لتوفير بعض التكرار في تصميم التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، سيحتاج معظم المصممين إلى مبردين أو أكثر. توفر المبردات المتعددة أيضًا الفرصة لتحسين أداء التحميل الجزئي للنظام بشكل عام
تقليل استهلاك الطاقة. تعتبر محطات التبريد المتوازية سهلة التصميم ويمكن تعديلها بسهولة لتناسب التدفق الأولي المتغير.
عملية أساسية
يوضح الشكل أدناه محطة تبريد موازية يتم تبريدها بالماء. يتم تدوير الماء المبرد بواسطة الماء المبرد أو المضخة الأولية عبر كلا المبردين إلى الحمل والعودة إلى المبردات. يمكن حلقة الماء المبرد
be either constant flow or variable flow. Variable flow systems increase the complexity but offer significant pump work savings. They also resolve the issue about chiller sequencing that occurs with parallel chillers, constant flow.
يتم تغطية أنظمة التدفق المتغير في الأنظمة الأولية/الثانوية وتصميم التدفق الأساسي المتغير. مطلوب حلقة مكثف للمبردات المبردة بالماء. يتضمن ذلك مضخة مكثف وأنابيب وبرج تبريد أو مبرد دائرة مغلقة. تعمل حلقة المكثف عندما تعمل المبردات.
بالنسبة لأنظمة التدفق المستمر، يختلف نطاق درجة حرارة الماء المبرد بشكل مباشر مع الحمل. اعتمادًا على تنوع الأحمال، سيكون نطاق درجة حرارة تصميم المبرد أقل من نطاق درجة الحرارة المشاهد عند كل حمولة. في هذه الحالة، نطاق درجة حرارة المبرد هو 8 درجات فهرنهايت بينما نطاق ملف التبريد هو 10 درجات فهرنهايت. والنتيجة الإجمالية هي زيادة تكلفة رأس مال مضخة المياه المبردة والأنابيب بالإضافة إلى ارتفاع تكلفة الضخ السنوية.
المكونات الأساسية
تواجه المبردات المتوازية نفس نسبة الحمل. على سبيل المثال، لنفترض أن هناك مصنع تبريد به مبرد سعة 100 طن ومبرد سعة 1000 طن يعمل بقدرة 50%. ومع تشغيل كلا المبردين، سيعمل كلا المبردين بقدرة 50%. المبرد 100 طن سيكون 50 طن والمبرد 1000 طن سيكون 500 طن. ويحدث هذا طالما أن التدفقات لا تتغير (أي التدفق الأولي المتغير) ويرى كلا المبردين نفس درجة حرارة الماء الراجع.
المبردات
في معظم الحالات، يكون مجموع سعات المبرد متوافقًا مع تصميم المبنى أو العملية. ويمكن إضافة سعة إضافية، إذا لزم الأمر، عن طريق زيادة حجم المبردات. من الشائع أن تكون المبردات المتوازية بنفس الحجم والنوع على الرغم من أن هذا ليس شرطًا. يمكن استخدام المبردات المبردة بالماء أو المبردة بالهواء أو المبردة بالتبخير. لا تتطلب مبردات الهواء والمبردة بالتبخير حلقة مكثف بما في ذلك الأنابيب وبرج التبريد والمضخة.
مضخات
يمكن أن تكون المضخات تدفقًا ثابتًا أو متغيرًا. تم ضبط حجم مضخة الماء المبرد ليناسب معدل التدفق التصميمي. يوضح الشكل أدناه مضخة مياه مبردة رئيسية واحدة توفر التدفق لكلا المبردين. هناك طريقة بديلة تتمثل في وجود مضختين أصغر حجمًا تخدمان مبردات مخصصة. ويبين الشكل أدناه أيضًا مضخات المكثف وأبراج التبريد المخصصة لكل مبرد. تم تصميم المضخات والأنابيب حسب حجم تدفق المكثف التصميمي لكل مبرد. عندما يعمل المبرد، تعمل مضخة المكثف.
أبراج التبريد
سوف تتطلب المبردات المبردة بالمياه أبراج تبريد. الشكل أعلاه يوضح أبراج التبريد المخصصة لكل مبرد. من الممكن أيضًا وجود برج تبريد مشترك ولكنه ليس شائعًا بالنسبة للمبردات المتوازية.
تسلسل تشغيل المبرد الموازي
تخلق محطات التبريد المتوازية وضعًا فريدًا عند استخدامها في نظام التدفق المستمر. خذ بعين الاعتبار أن النظام يعمل بنسبة 50%. من ناحية أداء المبرد، من المرغوب فيه إيقاف تشغيل أحد المبردات وتشغيل الآخر بكامل طاقته. ومع ذلك، فإن هذا لن يحدث. عند سعة 50%، ستكون درجة حرارة المياه العائدة 49 درجة فهرنهايت. المبرد الذي تم إيقاف تشغيله سيسمح للمياه بالمرور عبره دون تغيير. سوف يرى مبرد التشغيل حمولة بنسبة 50% فقط (49 درجة فهرنهايت من الماء الراجع)، وسوف يبرد الماء إلى نقطة التحديد البالغة 44 درجة فهرنهايت. سيتم بعد ذلك خلط تياري الماء المبرد إلى درجة حرارة العرض 46.5 درجة فهرنهايت.
إذا تم تشغيل النظام بهذه الطريقة، فإن الماء البارد الأكثر دفئًا سيؤدي إلى فتح صمامات التحكم (زيادة التدفق) لتلبية متطلبات المساحة. ستحدث عملية تكرارية وقد يستقر النظام. تكمن المشكلة في ما إذا كانت ملفات التبريد يمكنها تلبية الأحمال المحلية مع ارتفاع درجة حرارة الماء المبرد. اعتمادًا على ظروف التصميم الفعلية، يمكن تلبية الحمل المعقول للمبنى ولكن ارتفاع درجة حرارة الماء المبرد سيجعل من الصعب تلبية الحمل الكامن. وبما أن هذا السيناريو من المحتمل أن يحدث أثناء الطقس المتوسط، فقد لا يمثل التجفيف مشكلة. في المناطق التي تكون فيها الرطوبة مشكلة، يمكن أن يؤدي هذا الترتيب إلى ارتفاع نسبة الرطوبة داخل المساحة.
أحد الحلول هو تشغيل كلا المبردين طوال الوقت. يعد هذا حلاً ناجحًا، ولكنه ليس موفرًا للطاقة ويتسبب في تآكل غير ضروري للمعدات.
والاحتمال الآخر هو خفض نقطة ضبط مبرد التشغيل لتعويض درجة حرارة الماء المختلط. هذا يعمل أيضًا ولكن لديه بعض الصعوبات. يتطلب خفض نقطة ضبط الماء المبرد أن يعمل المبرد بجهد أكبر، مما يقلل من كفاءته. في الظروف القاسية، يمكن أن يسبب مشاكل في استقرار المبرد.
لا يوصى بإضافة صمامات عزل لإيقاف التدفق عبر المبرد عندما لا يعمل في نظام التدفق المستمر. من غير المرجح أن تكون المضخة قادرة على توفير التدفق التصميمي إذا تم توجيه كل الماء المبرد من خلال مبرد واحد فقط. سوف تركب المضخة منحنىها وسيحدث فقدان التدفق. بدون التدفق التصميمي، من غير المرجح أن تحصل جميع الأحمال الفردية على التدفقات المطلوبة. في حالة قدرة المضخة على توفير التدفق فعليًا من خلال مبرد واحد، فقد يتم تجاوز الحد الأقصى لمعدل التدفق المسموح به للمبرد مما يؤدي إلى حدوث أضرار جسيمة للمبرد.
الإجابة الآمنة هي تشغيل كلا المبردين طوال الوقت الذي تكون فيه المياه المبردة مطلوبة، ومع ذلك، فإن هذا مكلف مثل تشغيل محطة تبريد واحدة. يشبه التدريج على المضخات وأبراج التبريد تلك المحددة للمبردات الفردية.
مثال على محطة تبريد موازية
ضع في اعتبارك نفس نموذج البناء المستخدم في مثال المبرد الفردي. أداء الحمل التصميمي مطابق لمحطة التبريد الفردية. هناك تغييرات صغيرة في التطبيقات الحقيقية عند استخدام مبردين بدلاً من واحد. على سبيل المثال، من غير المرجح أن تقدم اختيارات المضخة والمبرد أداءً متطابقًا، بخلاف كونها بنصف الحجم.
الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن استخدام الطاقة السنوي هو نفسه لكل من المبردات الفردية والمتوازية. يحدث هذا لأنه تم تشغيل كلا المبردين لتوفير مياه مبردة بدرجة حرارة 44 درجة فهرنهايت عند أي حمل للمحطة. ومع تشغيل كلا المبردين، كان على جميع المضخات والأبراج أن تعمل أيضًا. لم تكن هناك فرصة لاستخدام مبرد واحد فقط عند الأحمال الخفيفة، وإغلاق برج واحد ومضخة مكثف ونقل المبرد الفردي إلى أعلى منحنى أدائه.
ويمكن تحقيق ذلك عن طريق التحول إلى التدفق الأولي المتغير، والذي من شأنه أن يسمح بعزل المبرد عند الأحمال الخفيفة، وكذلك تقليل حجم مضخة الماء المبرد وخفض تكلفة التشغيل.
FREQUENTLY ASKED QUESTIONS
Variable flow systems in parallel chiller plants improve pump work savings by allowing the chilled water pump to operate at a lower speed or capacity during part-load conditions. This reduces the energy consumed by the pump, resulting in significant pump work savings. Variable flow systems also resolve the issue of chiller sequencing that occurs with parallel chillers in constant flow systems.
In a constant flow system, the chilled water pump operates at a fixed speed, circulating a constant flow rate of chilled water through the chillers and the load. In a variable flow system, the chilled water pump speed is varied to match the changing cooling demand of the load. Variable flow systems are more complex but offer significant pump work savings and improved system efficiency.
Parallel chiller plants improve overall system part-load performance by allowing each chiller to operate at a more efficient part-load condition. This is because each chiller can be sized to meet a specific portion of the total cooling load, reducing the need for oversized chillers that operate inefficiently at part-load conditions. By operating multiple chillers in parallel, the system can take advantage of the most efficient operating points of each chiller, resulting in improved overall system efficiency.
When designing a parallel chiller plant with variable primary flow, consideration must be given to the chiller selection, piping layout, and control strategy. The chillers must be selected to operate efficiently at variable flow rates, and the piping layout must be designed to accommodate the varying flow rates. The control strategy must also be designed to optimize the operation of the chillers and pumps to achieve maximum system efficiency.
Chiller sequencing refers to the order in which the chillers are started and stopped to meet the changing cooling demand of the load. In a parallel chiller plant, chiller sequencing can affect the overall system efficiency and reliability. Improper chiller sequencing can lead to inefficient operation, increased energy consumption, and reduced system reliability. Variable flow systems can help resolve the issue of chiller sequencing by allowing the chillers to operate in a more flexible and efficient manner.
Maintenance is critical for ensuring the reliability and efficiency of a parallel chiller plant. Regular maintenance tasks include cleaning the condenser coils, checking and optimizing the refrigerant charge, and performing routine inspections of the chillers and pumps. Additionally, the control strategy must be regularly reviewed and updated to ensure that the system is operating at maximum efficiency. By performing regular maintenance, the system can operate reliably and efficiently over its entire lifespan.
