زيادة كفاءة الطاقة من خلال إصدار الشهادات

المؤلفون : Dipl. -عمل. هانز كريستوف راوزر - HCR Consulting - ألمانيا
ستيفانو فيليبيني - رئيس لجنة الإمتثال للمبادلات الحرارية

لقد وضع توجيه EcoDesign معايير عالية الكفاءة ونحن جميعًا تحت واجب تشريعي وأخلاقي لضمان أن أنظمة التبريد مناسبة للغرض وفعالة في استخدام الطاقة قدر الإمكان. في حين أن EcoDesign قد أجبر تكنولوجيا المبردات على التحسن بشكل كبير على مر السنين، إلا أنه يمكن تعزيز توفير الطاقة بشكل أكبر من خلال إضافة المبردات الجافة. ومع ذلك، فإن الانخفاض الأخير في مبيعات المبردات الجافة يُظهر أن العديد من تركيبات المبردات الجديدة تفتقد توفيرًا كبيرًا في الطاقة والمالية.

يجب أن تصل أنظمة التبريد إلى الحد الأدنى من معايير أداء الطاقة (MEPS) وأن تكون لها متطلبات أداء منفصلة اعتمادًا على نوع المبرد والتطبيق. إن ضمان تجاوز الأنظمة لمعايير MEPS يؤدي إلى انخفاض تكاليف التشغيل، وتأثير أقل على البيئة، وإمكانية التدقيق المستقبلي ضد المزيد من التشريعات.

للسماح بتصميم نظام فعال في استهلاك الطاقة، يتعين على الشركات المصنعة توفير بيانات التصميم البيئي بموجب القانون. ومع ذلك، ليست كل البيانات متساوية، وبالنسبة للمحترفين، فإن التنقل بين المنتجات المعتمدة وغير المعتمدة يمكن أن يكون بمثابة حقل ألغام. على سبيل المثال، بين عامي 2004 و2008، طلبت الشركات المصنعة للمبادلات الحرارية المعتمدة من Eurovent Certita (ECC) من شركة Eurovent Certita Certification (ECC) اختبار أداء تسعة مبادلات حرارية بشكل مستقل. تم تصنيعها من قبل سبع شركات أوروبية، غير مشاركة في برنامج شهادة Eurovent. أدت مقارنة بيانات الأداء التي تم اختبارها مع القيم المنشورة في منشورات المنتج الخاصة بالشركة المصنعة إلى انخفاض القدرة بنسبة تصل إلى 37%. لا يمكن تصميم الأنظمة الموفرة للطاقة حقًا إلا بالمعلومات الصحيحة.

كيف تعمل المبردات الجافة على تحسين الكفاءة؟

المبردات الجافة هي في الأساس أجهزة نقل الحرارة التي تستخدم الحمل الحراري للهواء القسري لإزالة الحرارة الزائدة. تُعرف هذه التقنية أيضًا باسم مبردات الهواء، ويمكن استخدامها لتبريد الماء في مكثفات الماء لوحدات إنتاج الماء المبرد، أو لتطبيقات التبريد المجانية. يمكن أن تساعد المبردات الجافة في تقليل الحمل على نظام التبريد، عن طريق إزالة حرارة العملية وتقليل عمل الضاغط.

تشتمل المكونات الرئيسية للمبردات الجافة على مبادل حراري من الهواء إلى السائل ومنفاخ مروحة. المبردات الجافة عبارة عن نظام دائرة مغلقة، يستخدم مراوح لسحب الهواء المحيط. يتدفق هذا الهواء عبر مبادل حراري، والذي يمكن أن يكون إما تصميمًا تقليديًا للزعنفة والأنبوب أو قناة صغيرة. يجذب الهواء الذي يمر فوق المبادل الحراري الحرارة من السائل الموجود بداخله، والذي عادة ما يكون عبارة عن ماء أو مزيج من الماء والجليكول. بمجرد تبريده، يصبح السائل جاهزًا لامتصاص الحرارة من العملية المرتبطة به. وبمجرد الانتهاء من ذلك، يعود السائل إلى المبادل الحراري لبدء الدورة مرة أخرى.

تعتبر المبردات الجافة مناسبة لقدرات التبريد العالية، في المناطق التي تكون فيها درجة حرارة الهواء المحيط أكثر برودة بحيث يختلط الماء / الماء والجليكول في النظام. حتى لو كانت درجة حرارة الهواء أكثر برودة لجزء فقط من العام، فسيتم تحقيق التوفير. عند استخدام مبرد معتمد مع مكثف أو مبرد إعادة تبريد مركب بشكل منفصل، فمن المستحسن استخدام منتج معتمد من أجل الوصول إلى أقصى قدر من كفاءة الطاقة.

أنواع البناء المبرد

يتم تصنيع المبردات المبردة بالماء باستخدام مبادلات حرارية من الألواح والأنابيب كمكثفات. في هذه الأنظمة يتم تبديد الحرارة إلى الهواء المحيط بواسطة مبرد في الدورة الثانوية. إذا تم تبديد الحرارة مباشرة إلى الهواء المحيط بواسطة مكثف، يسمى النظام مبرد الهواء المبرد. يتم تصنيفها إما على أنها مبرد مدمج للاستخدام الخارجي مع مكثف متكامل مبرد بالهواء، أو نظام مبرد منفصل مع مكثف مبرد بالهواء للتركيب الخارجي. اليوم، في معظم الحالات، يتم استخدام المبردات المدمجة المبردة بالهواء.

سوق المبردات

معظم المبردات معتمدة من قبل شهادة Eurovent Certita. ويشارك حاليًا 33 مصنعًا للمبردات في برنامج الاعتماد. يظهر الشكل 1 تطور مبيعات المبردات في الاتحاد الأوروبي من 2014 إلى 2021، في حين يظهر الشكل 2 تطور مبيعات المبردات مقابل المبردات الجافة.

الشكل 1 - تطور مبيعات المبردات، 2014-2021، من معلومات السوق الخاصة بشركة Eurovent.
 

الشكل 2 - تطور مبيعات المبردات والمبردات الجافة في الاتحاد الأوروبي 28، 2019-2021، من معلومات سوق Eurovent.

تظهر نسبة مبيعات المبردات في الاتحاد الأوروبي في عام 2021 وفقًا لنوع البناء وحجمه في الأشكال 3 و4 و5.
 

الشكل 3: مبيعات المبردات حسب نوع البناء، الاتحاد الأوروبي 28 – 2021، من معلومات Eurovent Market Intelligence.
 

الشكل 4: مبيعات المبردات حسب سعة التبريد (النسبة المئوية للوحدات)، الاتحاد الأوروبي 28 - 2021، من معلومات Eurovent Market.
 

الشكل 5: مبيعات المبردات حسب قدرة التبريد (النسبة المئوية بالكيلووات)، الاتحاد الأوروبي 28 - 2021، من معلومات Eurovent Market.
 

نموذج الحساب

تم إنشاء نظامين اختباريين لقياس تأثير المبرد الجاف على كفاءة الطاقة لنظام التبريد المبرد بالماء بالكامل. يستخدم أحدهما مبردًا جافًا معتمدًا، والآخر مبردًا جافًا غير معتمد.

يتكون نظام التبريد من مبرد مبرد بالماء معتمد من Eurovent، ومن فئة كفاءة استخدام الطاقة من Eurovent فئة B، ويستخدم لتكييف الهواء (التبريد فقط). تم توفير قدرة التبريد البالغة 1000 كيلووات عند التحميل الكامل، ودرجة الحرارة المحيطة 35 درجة مئوية، بواسطة ضاغطين لولبيين باستخدام المبرد R134a. يقوم المبخر بتبريد الماء من 12 درجة مئوية إلى 7 درجات مئوية.

في النموذج المبسط، كان من المفترض أن الفرق في درجة الحرارة بين درجة حرارة التكثيف ودرجة الحرارة المحيطة كان ثابتًا بمقدار 12 كلفن. يقوم المكثف بتسخين السائل الثانوي، والذي يتم إعادة تبريده بواسطة مبرد جاف. في المبرد الجاف، تم تبريد السائل الثانوي بمقدار 5K إلى درجة حرارة أعلى بمقدار 5K من درجة الحرارة المحيطة. لم يتم أخذ قوة المضخة للسائل الثانوي بعين الاعتبار. وكانت الدراسة فجوة في القدرة بنسبة 25٪.

عند التحميل الكامل، تسبب المبرد الجاف غير المعتمد في ارتفاع درجة حرارة تكثيف المبرد بمقدار 2.5 كلفن. عند تشغيل التحميل الجزئي بنسبة 75% و50% و25%، تم رفع سرعة مروحة التيار المتردد للمبرد الجاف غير المعتمد لتحقيق نفس درجة حرارة التكثيف كما هو الحال عند استخدام المبرد الجاف المعتمد. تمت مقارنة كلا النظامين باستخدام قيمة ESEER (نسبة كفاءة الطاقة الموسمية الأوروبية) للنظام الكامل.

نتائج

كان استهلاك طاقة مروحة التبريد الجاف ضمن نطاق 10% و20% من إجمالي استهلاك الطاقة للنظام في ظروف التحميل المختلفة (الشكل 6).

الشكل 6: استهلاك الطاقة لمبرد النظام الإجمالي بالإضافة إلى المبرد الجاف (كيلوواط)، من معلومات Eurovent Market.

يوضح الشكل 7 نسبة كفاءة الطاقة (EER) للنظام الكلي مع المبردين الجافين المختلفين. إن قيمة ESEER للنظام الذي يستخدم المبرد الجاف مع فجوة السعة أقل بنسبة 4.6%، وذلك بسبب ارتفاع استهلاك الطاقة للمبرد عند التحميل الكامل، وارتفاع استهلاك الطاقة لمراوح المبرد الجاف عند تشغيل التحميل الجزئي.

لوضع هذا في السياق، بالنسبة لمدينة ميلانو، يبلغ توفير الطاقة السنوي لنظام التبريد باستخدام المبرد الجاف، الذي يحصل على السعة المصممة، حوالي 20.000 كيلووات/ساعة عند 3542 ساعة تشغيل محسوبة.

بالنسبة للمبردات ذات ساعات التشغيل الأطول، أو المبردات المصممة لعملية التبريد، فإن وقت الاسترداد سيكون أقصر.

الشكل 7: كفاءة استهلاك الطاقة لمبرد النظام بالإضافة إلى المبرد الجاف بأحمال مختلفة، من معلومات Eurovent Market.

لماذا تعتبر الشهادة مهمة

تظهر النتائج مدى أهمية استخدام المكونات والأنظمة المعتمدة. تعد بيانات الأداء الصحيحة للمبادلات الحرارية أمرًا ضروريًا للغاية، لأنها تؤثر على كفاءة استخدام الطاقة في النظام بأكمله. في الدراسة، كان المبرد الذي يتم تبريده بالماء، والذي تم إعادة تبريده بواسطة مبرد جاف غير معتمد مع وجود فجوة في السعة بنسبة 25%، يتسبب في ارتفاع تكاليف الطاقة بنسبة 4.6%.

ولهذا السبب، عند استخدام مبرد معتمد مع مكثف مبرد بالهواء أو مبرد جاف مثبت بشكل منفصل، يجب عليك استخدام منتج معتمد من أجل الوصول إلى أقصى قدر من كفاءة الطاقة. سيوفر المال والطاقة على المدى الطويل، ويمكنك الاطمئنان إلى أن المنتجات المعتمدة ستعمل على النحو المنشود. لعرض ومقارنة المنتجات المعتمدة مثل المبردات والمبردات الجافة، يمكن أن يساعدك دليل منتجاتنا المعتمد سهل الاستخدام. ابحث عن المنتجات حسب العائلة والنوع والعلامة التجارية واسم الطراز ورقم الشهادة.

ابحث عن المنتجات المعتمدة الآن