التحكم في مصنع التبريد

من المهم أن نفهم أنه بغض النظر عن مدى جودة تصميم النظام، فإن الضوابط الكافية ضرورية لجميع المكونات لتعمل بشكل صحيح كنظام. ومن المهم بنفس القدر أن تفهم أنه لا يمكنك "التحكم في طريقك للخروج من تصميم النظام السيئ.

يتكون مصنع التبريد من المبردات والمضخات والأنابيب والملفات وأبراج التبريد وأجهزة استشعار درجة الحرارة وصمامات التحكم والعديد من الأجهزة الأخرى. إنها تشبه الأوركسترا مع العديد من الآلات. ووجود هذه القطع لا يضمن أن النظام سيعمل بشكل صحيح. يجب أن يكون هناك قائد الأوركسترا. وفي حالة نظام الماء المبرد، فإن هذا الموصل هو نظام التحكم في محطة التبريد. يعتمد مدى جودة عمل المصنع على مدى نجاح نظام التحكم في جعل جميع القطع تعمل معًا.

إن أكبر تغيير في المبردات في العقد الماضي كان بلا شك في مجال الضوابط. في الماضي، كان يتم التحكم في المبردات هوائيًا، وكانت تتم حمايتها عن طريق إيقاف تشغيلها إذا تغيرت معدلات التدفق أو درجات الحرارة بسرعة كبيرة. توفر أدوات التحكم المعتمدة على المعالجات الدقيقة اليوم تحكمًا دقيقًا في درجة حرارة الماء المبرد، بالإضافة إلى وظائف المراقبة والحماية والحد التكيفي.

تقوم هذه الضوابط بمراقبة تشغيل المبرد وتمنع المبرد من العمل خارج حدوده المقبولة. ويمكنها أيضًا التكيف مع ظروف التشغيل غير العادية، والحفاظ على تشغيل المبرد من خلال تعديل مكوناته وإرسال رسالة تحذير، بدلاً من عدم القيام بأي شيء أكثر من إيقاف تشغيله عند انتهاك أحد إعدادات السلامة. تسمح دقة التحكم المحسنة بتطبيق المبردات في الأنظمة والتطبيقات التي تم تجنبها سابقًا. عند حدوث مشكلات، تساعد الرسائل التشخيصية في استكشاف الأخطاء وإصلاحها. تتفاعل أدوات التحكم الحديثة في المبرد أيضًا مع نظام التحكم في مصنع التبريد لتشغيل النظام المتكامل.

ما هو المهم؟

هناك في المقام الأول خمس قضايا يجب معالجتها في نظام التحكم في مصنع التبريد.

• متى يجب تشغيل أو إيقاف المبرد؟
• بعد أن علمنا أنه يجب تشغيل أو إيقاف المبرد، أيهما يجب أن يكون؟
• إذا حاولنا تشغيل مبرد أو مضخة أو برج تبريد، وحدث عطل، ماذا نفعل بعد ذلك؟
• كيف يمكننا تقليل تكلفة الطاقة لتشغيل النظام؟
• كيف يمكن لنظام التحكم في محطة التبريد التواصل بشكل فعال مع المشغل؟

يشير تسلسل المبردات إلى اتخاذ القرارات بشأن متى يتم تشغيل المبردات وإيقاف تشغيلها، وبأي ترتيب. عادةً، يتم تشغيل وإيقاف المبردات بهدف مطابقة قدرة مصنع التبريد مع حمل تبريد النظام. ومن أجل القيام بذلك بنجاح، يجب أن يزود تصميم نظام الماء المبرد نظام التحكم بمتغيرات تعتبر مؤشرات جيدة لحمل النظام.

سيحدد التصميم الهيدروليكي وحجم نظام الماء المبرد الطريقة (الطرق) الممكنة لمراقبة حمل النظام بشكل فعال. تتضمن الطرق النموذجية لمراقبة الحمل ما يلي:

• في أنظمة الأنابيب المتوالية أو المتوازية، تتم مراقبة درجات حرارة مياه الإمداد والعودة، وأحيانًا سحب تيار المبرد.
• في النظام الأولي الثانوي، عادةً ما يتم قياس درجات حرارة الماء الراجع لإمدادات النظام ومبرده و/أو اتجاه وكمية التدفق في الأنبوب الجانبي.
• في نظام التدفق الأولي المتغير، يمكن مراقبة درجة حرارة مياه إمداد النظام ومعدل تدفق النظام.
• كما تم استخدام القياس المباشر لحمل النظام (بالطن أو كيلوواط أو الأمبير) في بعض الأنظمة.

طرق أخرى ممكنة أيضا. من الضروري أن يتم تصميم نظام الماء المبرد مع أخذ متغيرات التحكم في الاعتبار؛ وإلا فقد تكون النتيجة نظامًا من المستحيل التحكم فيه بكفاءة.

درجة حرارة

يمكن لعناصر التحكم في المبرد اليوم التحكم بدقة شديدة في درجات حرارة الماء المغادر للمبرد على نطاق واسع من الأحمال. هذا ينطبق بشكل خاص على المبردات ذات الطرد المركزي والمبردات الحلزونية الدوارة. تسمح هذه الحقيقة لأنظمة المياه المبردة ذات التدفق المستمر، المشابهة للنظام الموضح في الشكل أعلاه، باستخدام درجات حرارة إمدادات النظام ومياه العودة لتحديد حمل النظام.

من خلال استشعار ارتفاع في درجة حرارة الماء الخارج من محطة التبريد، يمكن لنظام التحكم تحديد متى لم تعد المبردات العاملة قادرة على الحفاظ على درجة الحرارة المطلوبة. في كثير من الأحيان، يُسمح لدرجة حرارة مياه الإمداد بالانجراف بمقدار محدد مسبقًا قبل تشغيل مبرد إضافي، لضمان وجود حمل كافٍ للحفاظ على تشغيل مبرد إضافي.

يعد تحديد الوقت المناسب لإيقاف تشغيل المبرد أكثر تعقيدًا. قد يقوم نظام التحكم بمراقبة النظام ∆T، أي درجة حرارة الماء الراجع مطروحًا منها درجة حرارة الماء العرضي. تسمح هذه المعلومات، إلى جانب قدرات مبردات التشغيل، لنظام التحكم بتحديد متى يمكن إيقاف تشغيل المبرد. للمساعدة في استقرار تشغيل النظام، يجب أن يستخدم نظام التحكم المنطق لمنع الحمل العابر من التسبب في دورات التبريد غير المبررة.

في أنظمة التدفق المستمر التي تعاني من "متلازمة منخفضة ∆T"(أنظمة الهواء التي تعيد المياه إلى المحطة عند درجات حرارة أقل من المطلوب)، قد تتضور بعض محطات التحميل جوعًا قبل تجاوز قدرة مبرد التشغيل. وللحفاظ على كفاءة النظام، من الأفضل التعامل مع هذا الموقف من خلال حل مشكلة الجانب الجوي. تشمل الأسباب النموذجية لمتلازمة انخفاض ∆T ما يلي: نظام تدفق غير متوازن، أو مرشحات أو ملفات قذرة، أو أدوات تحكم في معالج الهواء سيئة الأداء، أو صمامات تحكم غير صحيحة في الملف، أو معالجات هواء صغيرة الحجم.

تدفق

في النظام الأولي الثانوي، يعد اتجاه وكمية التدفق في الأنبوب الجانبي مؤشرًا ممتازًا لموعد تشغيل المبرد أو إيقاف تشغيله. كما تمت مناقشته في الفترة الثانية، يمكن قياس تدفق المياه في الأنبوب الالتفافي مباشرةً باستخدام مقياس التدفق، أو بشكل غير مباشر عن طريق قياس درجات حرارة مياه النظام وتطبيق معادلات خلط التدفق. القواعد المطبقة على التدفق الالتفافي لتحديد وقت تشغيل وإيقاف المبرد هي:

• عندما يكون هناك عجز في التدفق، يمكن إضافة مبرد.
• عندما يكون هناك تدفق زائد أكبر من تدفق المبرد التالي الذي سيتم إيقاف تشغيله، بالإضافة إلى عامل أمان بنسبة 10 إلى 15 بالمائة، فقد يتم إيقاف تشغيل هذا المبرد.
• إذا لم يكن أي من الشروط المذكورة أعلاه موجودًا، فلا تفعل شيئًا.

كبديل لقياس التدفق في نظام أولي ثانوي يحتوي على أربعة مبردات أو أقل، يمكن استخدام إمداد النظام ودرجات حرارة المياه الراجعة لمحطة التبريد لتحديد متى يتم تشغيل المبرد أو إيقاف تشغيله. وهذا مشابه للمنطق المطبق على أنظمة التدفق المستمر. إنها بسيطة وتكلفة تركيبها منخفضة، ولكنها أقل دقة من تحديد التدفق، خاصة مع زيادة عدد المبردات.

يمكن أن تؤثر "متلازمة انخفاض ∆T" أيضًا على تشغيل الأنظمة الأولية والثانوية. على عكس أنظمة التدفق الثابت، سيحافظ النظام الأساسي الثانوي على تدفق النظام المطلوب ودرجة حرارة الماء الإمداد، وبالتالي الحفاظ على راحة الركاب. ومع ذلك، فإنه يحقق ذلك عن طريق تشغيل المبردات الإضافية قبل أن يتم تحميل جميع المبردات العاملة بالكامل. وهذا قد يقلل من كفاءة النظام بشكل عام.

على الرغم من أن البعض قد اقترح حلولاً مثل وضع صمام في الخط الالتفافي، أو خفض درجة حرارة إمدادات المياه، أو التحكم في النظام بشكل مختلف، إلا أن هذه مجرد أدوات مساعدة تخفي المشكلة الفعلية وغالبًا ما تسبب صعوبات تشغيلية أخرى. يعد إصلاح السبب الجذري لمتلازمة انخفاض ∆T في نظام التوزيع هو أفضل مسار للعمل لتشغيل النظام بشكل سليم وفعال.

قدرة

هناك طريقة أخرى لمراقبة حمل تبريد النظام وهي قياس معدل تدفق مياه النظام ودرجات الحرارة مباشرة، ومن ثم حساب الحمل. على الرغم من أنه يبدو أن القياس المباشر لحمل النظام الفعلي سيكون وسيلة ممتازة لتحديد متى يتم تشغيل وإيقاف المبردات، إلا أن هذه الطريقة لها عيوب عديدة. يتطلب استخدام عدادات التدفق بدقة عالية وقدرات ترتيب عالية. على الرغم من أن أجهزة قياس التدفق أصبحت أكثر دقة وأقل تكلفة، إلا أنها تتطلب شروط تركيب خاصة للحصول على دقة موثوقة - وهي شروط نادرًا ما يمكن تحقيقها في التركيبات الحقيقية. كما تتطلب المعدات عادةً معايرة منتظمة. لهذه الأسباب، لم يتم استخدام القياس المباشر للحمل بقدر الطرق البسيطة والموثوقة التي تمت مناقشتها سابقًا.

هناك طريقة بديلة لمراقبة حمل المبرد وهي قياس السحب الحالي لمحرك التبريد. وهذا في حد ذاته لا يوفر مؤشر تحكم مناسب، ولكن عند استخدامه مع معلومات أخرى، مثل درجة حرارة إمداد النظام بالمياه، فإنه يمكن أن يكون فعالاً. يتم استخدام درجة حرارة الماء في النظام لتحديد متى يتم تشغيل مبرد إضافي، ويتم استخدام سحب تيار محرك ضاغط المبرد التشغيلي لتحديد متى يمكن إيقاف تشغيل المبرد.

يعتمد مؤشر الحمل الأكثر فعالية لأي نظام للمياه المبردة على تصميم هذا النظام. استخدم المصممون المبدعون استراتيجيات التحكم كما هو موضح هنا وفي مجموعات مختلفة للتحكم بفعالية في مجموعة واسعة من محطات التبريد. يوصى بشدة أن تكون إحدى المهام الأولى التي يتم تنفيذها في عملية التصميم هي إنشاء مخطط تدفق مبسط ونموذج تحميل للنظام يسمح بتقييم استراتيجيات التحكم المختلفة ومواضع أجهزة الاستشعار. سيساعد ذلك على ضمان إمكانية تنفيذ التحكم الفعال في محطة التبريد.

دوران المبرد

عندما يقرر النظام أن المبرد يحتاج إلى تشغيل أو إيقاف تشغيله، فإن المشكلة التالية هي تحديد التسلسل الذي يتم من خلاله تشغيل وإيقاف المبردات. من المفترض أن يتم تشغيل المبرد الأول في التسلسل دائمًا عند الحاجة إلى التبريد.

عندما يتكون النظام من مبردات متطابقة، فإن اختيار المبرد الذي سيتم تشغيله أو إيقاف تشغيله بعد ذلك ليس له تأثير يذكر على كفاءة النظام. يفضل بعض مهندسي التصميم والمشغلين مساواة وقت التشغيل وعدد مرات البدء لجميع المبردات في النظام. ويتم ذلك عادة عن طريق تدوير تسلسل المبردات على أساس دوري، غالبًا كل بضعة أيام أو أسابيع. تحافظ هذه الطريقة عمومًا على تعادل وقت التشغيل بشكل جيد إلى حد معقول، ويعرف المشغل بالضبط متى يتوقع حدوث التدوير. هناك طريقة بديلة تتمثل في حساب إجمالي ساعات التشغيل الفعلية لكل مبرد، في محاولة لتدوير المبردات عند حدوث خلل كبير في وقت التشغيل أو عدد مرات البدء. إن التدوير الذي يعتمد على وقت التشغيل الفعلي له مساوئ المشغل وهو عدم معرفة متى سيحدث التدوير. في بعض المنشآت، يفضل موظفو التشغيل بدء التناوب يدويًا.

من ناحية أخرى، يعتقد بعض مهندسي التصميم والمشغلين أن مساواة أوقات التشغيل ستؤدي إلى الحاجة إلى إصلاح جميع المبردات أو استبدالها في نفس الوقت. إنهم يميلون إلى تشغيل المبرد الأكثر كفاءة أولاً، يليه المبرد التالي الأكثر كفاءة، وهكذا. باستخدام هذا النهج، يتم تشغيل جميع المبردات مرة واحدة على الأقل شهريًا للتأكد من قدرتها على البدء عند الحاجة.

عندما يتكون النظام من مبردات ذات قدرات أو كفاءات أو أنواع وقود مختلفة، تصبح مسألة المبرد الذي سيتم تشغيله أو إيقاف تشغيله بعد ذلك أكثر تعقيدًا. على الرغم من أن كل نظام يتطلب تحليلًا كاملاً، إلا أن هناك بعض المبادئ العامة التي تنطبق على معظم الأنظمة.

في الأنظمة ذات المبردات ذات السعات المختلفة، مثل مفهوم المبرد "المتأرجح" الذي تم تقديمه في الفترة الثالثة، فإن الهدف هو تشغيل أقل عدد من المبردات وأصغر مبرد ممكن. يؤدي هذا عادةً إلى تقليل استهلاك الطاقة الإجمالي للنظام من خلال مطابقة قدرة المحطة بشكل وثيق مع حمل النظام، وبالتالي تقليل الطاقة المستخدمة بواسطة المعدات الإضافية.

في الأنظمة ذات المبردات ذات الكفاءة المختلفة، من المنطقي تشغيل المبردات الأكثر كفاءة أولاً والمبردات الأقل كفاءة أخيرًا. إذا كان الأمر يتعلق بأنواع مختلفة من الوقود، فقد يتلقى نظام التحكم بيانات حول تكاليف الغاز الطبيعي والكهرباء ويحسب التكلفة في الوقت الفعلي لتشغيل المبردات التي تعمل بالكهرباء مقابل المبردات التي تعمل بالغاز.

استرجاع الحرارة

قد يستفيد النظام أيضًا من تحميل مبرد استرداد الحرارة بالكامل. كما تمت مناقشته في الفترة الثالثة، لتعظيم كمية الحرارة المستردة، غالبًا ما يكون من المرغوب فيه تحميل هذا المبرد بشكل تفضيلي، وتسلسله كمبرد أساسي - "أولاً في التشغيل" و"آخرًا". يمكن بعد ذلك تشغيل المبردات الأخرى عندما لا يتمكن مبرد استرداد الحرارة من التعامل مع حمل التبريد بمفرده.

أحد الاختلافات في هذه الفكرة هو مبرد الامتصاص الذي يتم تغذيته بالحرارة المهدرة. يتم تحميله بشكل تفضيلي للتعامل مع أكبر قدر ممكن من حمل التبريد قبل تشغيل المبردات الأخرى. سيتم تسلسل مبرد الامتصاص كمبرد أساسي للاستفادة من الطاقة المجانية التي تعمل على تشغيل هذا المبرد.

أنظمة التدفق الأساسي المتغير

تم تصميم نظام التدفق الأولي المتغير، الذي تم تقديمه في الفترة الثالثة، للعمل بتدفق متغير عبر مبخرات المبرد. لا يمكن أن يعتمد تسلسل المبردات في هذا النوع من الأنظمة على درجة الحرارة فقط، لأنه في نظام يعمل بشكل صحيح، ستكون درجات حرارة العرض والمياه العائدة ثابتة تقريبًا. إن تحديد وقت تشغيل أو إيقاف تشغيل المبردات ليس بالمهمة البسيطة. من أجل استقرار التحكم وموثوقية المبرد، يجب أن تظل معدلات التدفق عبر المبردات، ومعدل تغير التدفق، ضمن النطاقات المسموح بها.

ولذلك، فإن التحكم في نظام التدفق الأولي المتغير يجب أن:

• قم بتضمين طريقة لتحديد تحميل النظام. تقيس العديد من الأنظمة معدلات التدفق ودرجات الحرارة.
• التأكد من أن معدلات التدفق عبر المبردات ضمن الحدود الدنيا والقصوى المسموح بها. يتم استخدام تعديل صمام التحكم في الأنبوب الالتفافي بشكل شائع لضمان الحد الأدنى من معدلات التدفق عبر المبردات.
• التحكم في المعدل الذي يتغير به معدل تدفق النظام، للتأكد من أنه لا يتغير بسرعة أكبر مما تستطيع المبردات التكيف معه. وهذا أمر بالغ الأهمية بشكل خاص عند تشغيل المبردات الإضافية.

ويجب قضاء الوقت الكافي في تصميم تسلسل التحكم وتشغيل النظام بعد التثبيت، لضمان التشغيل السليم لنظام التدفق الأولي المتغير.

استرداد فشل النظام

• الحفاظ على تدفق المياه المبردة
• أبقيها بسيطة
  • قفل المعدات الفاشلة
  • قم بتشغيل المبرد التالي في التسلسل
• قم بإخطار عامل التشغيل
• السماح للمشغل بالتدخل

بالإضافة إلى التسلسل الطبيعي للمبرد، يجب أن يتفاعل نظام التحكم في مصنع التبريد عندما يتعطل المبرد أو أي قطعة أخرى من المعدات المرتبطة به. يعد استرداد الأعطال، أو ضمان الإمداد الموثوق بالمياه المبردة، جزءًا مهمًا جدًا من نظام التحكم في محطة التبريد، وهو مجال فشلت فيه العديد من الأنظمة. وينطبق هذا بشكل خاص على الأنظمة المبرمجة ميدانيًا بسبب صعوبة التصحيح الشامل.

خلال فترات عطل المعدات، من المهم التركيز على الهدف الأساسي للنظام، وهو توفير التدفق المطلوب من الماء المبرد إلى النظام عند درجة الحرارة المناسبة. يبدو من المعقول أن أبسط تسلسل لاستعادة الفشل وأكثرها موثوقية هو ببساطة تشغيل المبرد التالي في التسلسل، وعدم محاولة تشغيل وإيقاف العديد من المبردات في محاولة لإعادة تحسين النظام.

أثناء تعطل المعدات، من المهم بشكل خاص إخطار المشغل بالحالة، وكذلك مساعدة المشغل على فهم مكان المشكلة وما قد يكون السبب. يجب أن يسمح نظام التحكم أيضًا للمشغل بتحليل الموقف بسهولة والتدخل في حالة استمرار حالة الفشل لفترة طويلة من الزمن. سيضمن النظام الذي يوفر هذه المعلومات صيانة النظام نفسه وتشغيله في حالة مناسبة.

التخطيط للطوارئ

بالإضافة إلى التعافي من الأعطال، من الحكمة أن يعمل مهندس تصميم النظام مع مالك المبنى لوضع خطة طوارئ للمياه المبردة في حالة الإغلاق الطارئ أو العطل الممتد. لدى العديد من المنظمات خطط طوارئ للمجالات الحيوية لأعمالها. يتعامل البعض مع الكوارث الطبيعية والبعض الآخر مع فقدان الطاقة في المناطق الحرجة. ومع ذلك، لم يأخذ سوى القليل من الوقت للتفكير فيما قد يعنيه فقدان التبريد لمنشأتهم. غالبًا ما يكون هذا أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص لتطبيقات تبريد العمليات.

يهدف التخطيط لطوارئ التبريد إلى تقليل الخسائر التي قد تتكبدها المنشأة نتيجة للفقدان الكلي أو الجزئي لقدرة التبريد. فهو يسمح لمشغل المبنى بالتصرف بسرعة أكبر من خلال وجود خطة جاهزة وإعداد المنشأة بشكل استباقي. غالبًا ما تتضمن مثل هذه الخطة العمل مع الموردين لتأجير معدات التبريد مؤقتًا. أثناء البناء الأولي، يكون من السهل والفعال من حيث التكلفة توفير كعب الأنابيب، والتي تكون مدمجة في نظام الماء البارد للتوصيل السريع، والتوصيلات الكهربائية التي يمكن الوصول إليها بسهولة. عندما يتم الجمع بين تأجير المعدات وهذه الإضافات البسيطة للنظام، يمكن وضع خطة الطوارئ موضع التنفيذ بسرعة ويمكن للنظام إنتاج المياه المبردة مرة أخرى في فترة زمنية قصيرة.

من المهم أولاً تحديد الحد الأدنى أو الحرج لقدرة التبريد المطلوبة. مع وجود مبردات متعددة في المنشأة، قد يكون من المقبول أن تكون أقل من السعة الكاملة في حالة الطوارئ. على سبيل المثال، قد يتكون مصنع التبريد من 1800 طن [6330 كيلووات]، ولكن الحد الأدنى من القدرة المطلوبة في حالة الطوارئ قد يكون 1200 طن فقط [4220 كيلووات]. لذلك، من المهم أيضًا تحديد خطة طوارئ في حالة فشل المبرد 1، أو إذا فشل المبرد 2، أو إذا فشل المبرد 2 و3، وما إلى ذلك.

ضبط النظام

بالإضافة إلى تشغيل وإيقاف المبردات، هناك وظائف أخرى لنظام التحكم في مصنع التبريد تساعد على منع عدم استقرار تدفق النظام من تعطيل تشغيل المبرد. غالبًا ما يكون سبب عدم استقرار التدفق هو التشغيل العادي للصمام والمضخة. الأول هو تأخير الوقت.

يمكن أن يكون الإفراط في ركوب الدراجات ضارًا بحياة المحرك. لهذا السبب، يجب تقليل تشغيل وإيقاف محرك كبير (مثل تلك المستخدمة في المبردات الكبيرة). تتمتع أنظمة الماء المبرد عادةً بكتلة حرارية كبيرة (الماء الموجود في النظام) وتستفيد من التنوع وبطء معدل التغيير في حمل تبريد النظام. ولذلك، فإن ردود الفعل السريعة ليست مطلوبة عادة. في الواقع، غالبًا ما تؤدي الاستجابة السريعة جدًا إلى عدم استقرار النظام، وإهدار الطاقة، والتسبب في تآكل غير ضروري للمعدات الميكانيكية. لتحقيق تحكم مستقر ودقيق، توفر العديد من أنظمة التحكم في محطات التبريد تأخيرات زمنية يمكن ضبطها بواسطة المشغل للمساعدة في تقليل دورات المبرد.

التأخير في المرة الأولى هو مؤقت تأكيد التحميل. والغرض منه هو تأخير تشغيل مبرد إضافي لفترة من الوقت بعد الإشارة الأولية إلى أن هناك حاجة إلى مبرد إضافي. وهذا يؤكد أن الحمولة المشار إليها ليست حالة عابرة من شأنها أن تتسبب في تشغيل المبرد ثم إيقاف تشغيله بسرعة.

تأخير المرة الثانية، والذي يعمل جنبًا إلى جنب مع الأول، هو مؤقت الفاصل الزمني. والغرض منه هو إتاحة الوقت للنظام للاستجابة بعد تشغيل المبرد. وهذا يمنع تشغيل المزيد من المبردات عما هو مطلوب بالفعل، خاصة خلال فترات السحب للأسفل أو تغير الحمل السريع.

التأخير الزمني الثالث هو مؤقت الدورة الأدنى. يجب أن يكون لهذا الموقت الأولوية القصوى. يتطلب فترة زمنية محددة بين تشغيل المبرد الفردي وإيقاف تشغيله مرة أخرى. وهذا يضمن عدم تدوير المبرد بشكل متكرر.

من المهم أن نفهم أن هذه الموقتات لها أولوية أقل من وسائل الأمان المضمنة في عناصر التحكم الفردية في المبرد. في جميع الأوقات، يجب أن تكون أدوات الأمان الفردية للمبرد قادرة على إيقاف تشغيل المبرد لتجنب تلف المعدات.

تفريغ قبل البدء

وظيفة التحكم التالية هي تفريغ مبردات التشغيل جزئيًا قبل تشغيل مبرد إضافي ومضخة. اعتمادًا على تكوين النظام، يمكن أن تكون هناك اختلافات سريعة جدًا في تدفق الماء عبر مبخر المبرد عند تشغيل المضخة أو إيقاف تشغيلها، أو عند فتح صمام التحكم أو إغلاقه. إن تفريغ المبرد جزئيًا قبل حدوث هذه الاختلافات يسمح للمبرد بمواصلة العمل دون انقطاع.

ويمكن تفسير ذلك من خلال النظر إلى مخطط التدفق لنظام المياه المبردة مع مضخات متعددة. يوضح هذا الرسم البياني أنه عند تشغيل مضخة واحدة ومبرد واحد، يبلغ معدل التدفق عبر المبرد 610 جالونًا في الدقيقة [38.5 لتر/ثانية]. عند تشغيل المضخة والمبرد الثانيين بنفس الحجم، يزيد معدل التدفق عبر النظام إلى 870 جالونًا في الدقيقة [54.9 لترًا في الثانية]، لكن التدفق عبر كل مبرد ينخفض ​​إلى 435 جالونًا في الدقيقة [27.4 لترًا في الثانية]. ويمثل هذا تخفيضًا فوريًا قدره 175 جالونًا في الدقيقة [11 لترًا في الثانية]، أو 30 بالمائة، من خلال المبرد الأول.

تنخفض درجة حرارة الماء الخارج من المبرد ودرجة حرارة مادة التبريد في المبخر نتيجة لهذا الانخفاض الجذري في التدفق. قد تسمح أدوات التحكم الجديدة والمتقدمة في المبرد بانخفاض درجة حرارة سائل التبريد إلى ما دون نقطة تجمد السائل لفترة وجيزة من الوقت أثناء تفريغ الضاغط. ومع ذلك، قد تقوم سلامة المبخر في درجات الحرارة المنخفضة بإيقاف تشغيل المبرد إذا لم تتمكن أدوات التحكم والضاغط من التفاعل بسرعة كافية.

تعمل وظيفة "التفريغ قبل البدء" على تفريغ مبردات التشغيل جزئيًا، مما يؤدي إلى رفع درجة حرارة مادة التبريد في المبخر، قبل حدوث انخفاض في التدفق. يُسمح بإعادة تحميل المبردات بمجرد تشغيل المبرد الإضافي.

تحميل ناعم

هناك وظيفة تحكم أخرى مرغوبة تسمى التحميل الناعم. يتم استخدامه عادةً عند إيقاف تشغيل النظام لفترة طويلة من الوقت وتكون درجة حرارة الماء المبرد هي نفس درجة الحرارة المحيطة داخل المبنى.

يؤدي التحميل الناعم إما إلى تأخير تشغيل المبردات الإضافية أو تغيير نقطة ضبط الماء المبرد، مما يسمح للمبردات العاملة باللحاق تدريجياً بالحمل المنسدل للمبنى. يؤدي هذا إلى سحب سلس للغاية، ويمنع تجاوز نقطة التحديد، ويعمل فقط على تشغيل المعدات المطلوبة لتلبية الحمل الفعلي للنظام.

مياه مبردة بتدفق مستمر

تتطلب أنظمة المياه المبردة ذات التدفق المستمر في كثير من الأحيان التحكم الفردي في نقطة ضبط المبرد. والغرض منه هو المساعدة في الحفاظ على درجة حرارة إمدادات المياه في النظام عن طريق التعويض عن تجاوز المياه العائدة من خلال المبردات غير العاملة.

يقوم نظام التحكم في محطة التبريد بضبط نقاط الضبط الفردية للمبرد التشغيلي من أجل "التبريد الزائد" للمياه قبل أن يختلط مع الماء ذي درجة الحرارة الأعلى الذي يمر عبر المبرد غير العامل. والنتيجة هي أن الماء المبرد الذي يتم توفيره للنظام يكون قريبًا قدر الإمكان من درجة الحرارة المطلوبة. هناك حدود لكمية التبريد الزائد. اعتمادًا على تصميم نظام الماء المبرد، قد توجد إحدى الحالتين. إما أنه ربما لم يتم اختيار المبرد لإنتاج ماء بارد بدرجة كافية، أو أن درجة الحرارة المطلوبة قد تكون أقل من نقطة تجمد الماء الذي يتم تبريده. وفي كلتا الحالتين، يجب أن يكون نظام التحكم ذكيًا بدرجة كافية للحد من التبريد الزائد من أجل منع تلف المبرد.

بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يعرف نظام التحكم متى يتم تشغيل مبرد آخر للوفاء بنقطة ضبط درجة حرارة الماء المبرد للنظام. قد يكون من الضروري تشغيل مبرد إضافي لتلبية طلب النظام على التدفق، على الرغم من أن مبرد التشغيل قد لا يكون محملاً بالكامل.

تحسين النظام

• مبرد
  • خفض درجة حرارة الماء المكثف
  • زيادة درجة حرارة الماء المبرد
• مضخة الماء المبرد (نظام التدفق المتغير)
  • زيادة الماء المبرد ∆T
• برج التبريد
  • زيادة درجة حرارة الماء المكثف
• مضخة مياه المكثف (نظام التدفق المتغير)
  • زيادة مكثف المياه ∆T

يمكن أيضًا استخدام نظام التحكم في محطة التبريد لتحسين النظام. لأغراض هذه المناقشة، سوف نحدد التحسين على أنه تقليل الطاقة المستخدمة من قبل محطة التبريد (بما في ذلك المبردات، ومضخات المياه المبردة، ومضخات مياه المكثف، وبرج التبريد) مع الحفاظ على الراحة أو تلبية أحمال العملية.

الخطوة الأولى هي فحص استخدام الطاقة للمكونات الرئيسية لمحطة التبريد، لمعرفة ما يمكن فعله لتقليل كل مكون على حدة

يمكن تقليل استخدام طاقة المبرد عن طريق خفض درجة حرارة ماء المكثف أو عن طريق رفع درجة حرارة الماء المبرد.

في نظام التدفق المتغير، يمكن تقليل طاقة ضخ الماء المبرد عن طريق خفض درجة حرارة الماء المبرد مع زيادة النظام ∆T. مع انخفاض درجة حرارة الماء وزيادة ∆T، يتطلب الملف تدفقًا أقل للمياه للتعامل مع نفس الحمل.

يمكن تقليل طاقة برج التبريد عن طريق زيادة درجة حرارة ماء المكثف. وهذا يسمح لمشجعي البرج بالدوران أو الإبطاء. المكثف - يمكن تقليل طاقة ضخ المياه عن طريق زيادة ∆T من خلال جانب المكثف للنظام، وبالتالي ضخ كمية أقل من المياه. يتم تحقيق ذلك عن طريق تقليل تدفق المياه عبر المكثف.

من الواضح أن النظر إلى مكون واحد فقط يقدم صورة متضاربة لخفض الطاقة، والتغيير في مكون واحد له تأثير على المكونات الأخرى. لتحسين محطة التبريد بشكل حقيقي، يجب تحليل جميع المكونات معًا.

إعادة ضبط المياه المبردة

كما ذكرنا سابقًا، عند إعادة ضبط نقطة ضبط درجة حرارة الماء المبرد لأعلى، سيستخدم المبرد طاقة أقل. في أنظمة التدفق الثابت، تكون استراتيجية إعادة ضبط الماء المبرد هذه سهلة التنفيذ إلى حد ما ويمكن التحكم فيها بناءً على انخفاض درجة حرارة الماء الراجع.

ومع ذلك، في نظام التدفق المتغير، مع زيادة درجة حرارة الماء المبرد، تزداد طاقة الضخ أيضًا. في حين أن COP للمبرد يبلغ حوالي 6.5، فإن COP للمضخة يبلغ حوالي 0.65. في كثير من الأحيان، ستكون الزيادة في طاقة المضخة أكبر من كمية طاقة المبرد التي تم توفيرها، خاصة وأن المبرد غالبًا ما يعمل في ظروف التحميل الجزئي. هناك مشكلة محتملة أخرى تتعلق بإعادة ضبط درجة حرارة الماء المبرد لأعلى، وهي أن التحكم في رطوبة الفضاء يمكن أن يتعرض للخطر إذا أصبح الماء دافئًا جدًا. وأخيرًا، يجب أن يأخذ نظام التحكم في محطة التبريد في الاعتبار تغير درجة حرارة إمدادات المياه.

يتطلب معيار ASHRAE/IESNA 90.1–1999 (القسم 6.3.4.3) استخدام إعادة ضبط درجة حرارة الماء المبرد في الأنظمة الأكبر من 25 طنًا [88 كيلووات). ومع ذلك، فهو يستبعد أنظمة التدفق المتغير والأنظمة التي سيتم فيها اختراق التحكم في رطوبة الفضاء.

يشعر بعض المهندسين أن تصميم النظام لمعدلات تدفق منخفضة ودرجة حرارة منخفضة لإمدادات المياه، وبالتالي تقليل استخدام طاقة المضخة، قد يكون إجابة أفضل من محاولة إعادة ضبط درجة الحرارة لأعلى.

مكثف - درجة حرارة الماء

Lowering the temperature of the condenser water can also reduce the energy consumption of the chiller. Depending on the system load and outdoor conditions, cooling towers typically have the ability to supply colder condenser water than at design conditions. This, however, increases the energy consumption of the cooling tower fans. The key to maximizing energy savings is knowing the relationship of cooling-tower energy consumption to chiller energy consumption.

At design conditions, a chiller typically uses five to ten times more energy than a cooling tower. This would suggest that it might be beneficial to use more cooling-tower energy to save chiller energy. However, there is a point of diminishing return where the chiller energy savings is less than the additional energy used by the cooling tower. Figure 106 shows the combined annual energy consumption of a chiller and cooling tower in a system that is controlled to various condenser-water-temperature set points. The third column shows a system that attempts to supply 55°F [12.8°C] water from the cooling tower at all times. Of course, at design conditions, the cooling tower may not be able to supply this temperature, but it will supply the water at the coldest temperature possible.

The fourth column shows a system that uses a control system to dynamically determine the optimal condenser-water temperature that minimizes the combined energy use of the chiller plus cooling tower. It is obvious that this method of optimal control minimizes overall system energy consumption.

التحكم في ضغط التكثيف

Related to the issue of condenser-water-temperature control is the control of condensing pressure. Every chiller requires a minimum refrigerant-pressure difference between the evaporator and the condenser, in order to ensure that refrigerant and oil circulate properly inside the chiller. This pressure difference varies based on the chiller design and operating conditions. The chiller must develop the required pressure difference within a certain amount of time, as specified by the manufacturer, or the chiller controls will turn it off due to a safety limit. During some start-up conditions, this pressure difference may be difficult to achieve within the time required.

An example of such a condition is an office building that has been unoccupied during a cool autumn weekend. The temperature of the water in the sump of the cooling tower is 40°F [4.4°C]. Monday is sunny and warm, and the building cooling load requires a chiller to be started. Because the chiller is operating at part load and the tower sump is relatively large, the minimum pressure difference may not be reached before the chiller is turned off on a safety. If, however, the flow of water through the condenser is reduced, the minimum pressure difference can be obtained. The lower flow rate increases the temperature of the water leaving the condenser, which results in a higher refrigerant pressure inside the condenser. After the minimum pressure difference is reached, the flow may again be increased.

Either the refrigerant pressure in the condenser or the condenser-evaporator refrigerant-pressure differential can be monitored and used to control the temperature or flow rate of the condenser water, to prevent this pressure differential from dropping below the limit.

واجهة المشغل

System-level communication and control is very important. Today, the amount of communication between the components (chillers, cooling towers, pumps, control valves, and so forth) has increased immensely, allowing many chilled-water systems to be fully automated.

In some facilities, however, the largest energy user in the HVAC system (the chiller plant) has not progressed beyond manual control. In some cases it was reduced to manual control shortly after the building was commissioned.

Why does this occur? Chillers are large, with very expensive pieces of equipment which, if damaged by incorrect operation, can cost the owner a substantial amount of money to repair or replace. Operators are, therefore, very sensitive to chiller plant operation. If the operator does not understand how the system is designed and controlled, it is likely that the system will be put into a manual control mode. Therefore, initial and ongoing operator training and support is critical.

There is an amazing amount of information available within a chilled-water system. Often the problem is not a lack of information, but how to interpret that information. Therefore, a clear and concise interface between the control system and the system operator is extremely important.

Information that should be communicated to the operator includes:

• Chiller-water system temperatures
• Chiller status (on or off)
• Information specified by ASHRAE Guideline 3
• Any pending control actions (chiller about to turn on or off)
• Status of system time delays
• Status of ancillary equipment (pumps, cooling towers, and so forth)

In addition, the chiller-plant control system should notify the operator of problems that are occurring, or are about to occur, in the system. These warning or diagnostic messages may point to a single piece of equipment malfunctioning, or be indicative of system changes that may cause problems. Diagnostics that occur at the chiller control panel should be communicated to the chiller-plant control system.

سجل تشغيل المبرد

ASHRAE Guideline 3, Reducing Emission of Halogenated Refrigerants in Refrigeration and Air Conditioning Equipment and Systems, includes a list of recommended data points to be logged daily for each chiller. Much of this data may be available from the display on the chiller control panel. It is also helpful to the operator if this information is available at the chiller-plant control system and presented in a clear format.

In addition to current status, historical operating information is valuable for keeping the equipment operating at peak efficiency and for identifying operating trends that signal either impending problems or a drop in system performance. For example, the condenser approach temperature is the temperature difference between the water leaving the condenser and the refrigerant inside the condenser. If there has been a problem with water treatment in the cooling tower, fouling may build up inside the tubes in the chiller condenser. This will cause the difference between the condenser water and refrigerant temperatures to increase, reducing chiller efficiency. By noting an increase in this approach temperature, the operator can schedule cleaning of the condenser tubes. By monitoring system and equipment trends, the operator has a chance to fix minor issues before they cause operational problems.

تحميل المرجع

كتب عيادة ترين لتكييف الهواء