HVAC 設計に冗長性を持たせるために、ほとんどの設計者は 2 台以上の冷却装置を必要とします。複数のチラーは、システム全体の部品負荷パフォーマンスを向上させる機会も提供します。
エネルギー消費を削減します。並列冷却装置プラントは設計が簡単で、可変一次流に合わせて簡単に変更できます。
基本操作
以下の図は、並列水冷チラー プラントを示しています。冷水は、冷水または一次ポンプによって両方のチラーを通って負荷に循環され、チラーに戻ります。冷水ループは、
定流量または変動流量のいずれかになります。可変流量システムは複雑さを増しますが、ポンプ作業を大幅に節約します。また、並列チラー、定流量で発生するチラーのシーケンスに関する問題も解決します。
可変流量システムは、一次/二次システムおよび可変一次流量設計で説明されています。水冷チラーには凝縮器ループが必要です。これには、凝縮器ポンプ、配管、冷却塔または閉回路クーラーが含まれます。冷却器が動作するたびに、凝縮器ループが動作します。
定流量システムの場合、冷水温度範囲は負荷に応じて直接変化します。負荷の多様性に応じて、チラーの設計温度範囲は各負荷で見られる温度範囲よりも小さくなります。この場合、冷却コイルの温度範囲は 8°F ですが、冷却コイルの温度範囲は 10°F です。全体的な結果として、冷水ポンプとパイプの資本コストが増加し、さらに年間のポンプコストも増加します。
基本コンポーネント
Parallel chillers experience the same percent load. For example, consider a chiller plant with a 100-ton and a 1000-ton chiller operating at 50% capacity. With both chillers operating, both chillers will operate at 50% capacity. The 100-ton chiller will be at 50 tons and the 1000-ton chiller will be at 500 tons. This occurs as long as the flows don’t change (i.e,. variable primary flow) and both chillers see the same return water temperature.
チラー
ほとんどの場合、チラー容量の合計が建物またはプロセスの設計を満たします。必要に応じて、チラーのサイズを大きくすることで、追加の容量を追加できます。並列冷却装置は同じサイズとタイプであるのが一般的ですが、これは必須ではありません。水冷、空冷、または蒸発冷却チラーを使用できます。空冷チラーおよび蒸発冷却チラーには、配管、冷却塔、ポンプを含む凝縮器ループが必要ありません。
ポンプは定流量または可変流量にすることができます。冷水ポンプは設計流量に合わせたサイズになっています。以下の図は、両方のチラーに流れを提供する 1 つのメイン冷水ポンプを示しています。別の方法は、専用チラーとして機能する 2 つの小型ポンプを用意することです。以下の図には、各チラーの専用凝縮器ポンプと冷却塔も示されています。ポンプと配管は、各チラーの設計凝縮器流量に合わせてサイズ設定されています。チラーが作動すると必ず凝縮器ポンプが作動します。
冷却塔
水冷チラーには冷却塔が必要です。上の図は、各チラーの専用冷却塔を示しています。共通の冷却塔も可能ですが、並列チラーの場合は一般的ではありません。
パラレルチラーの動作シーケンス
Parallel chiller plants create a unique situation when used in a constant flow system. Consider the system operating at 50%. From a chiller performance aspect, turning off one chiller and operating the other at full capacity is desirable. However, this will not happen. At 50% capacity, the return water will be 49°F. The chiller that is turned off will let the water pass through it unchanged. The operating chiller will only see a 50% load (49°F return water), and will cool the water down to the set point of 44°F. The two chilled water streams will then mix to 46.5°F supply temperature.
If the system is operated in this manner, the warmer chilled water will cause the control valves to open (increase flow) to meet the space requirements. An iterative process will occur and the system may stabilize. The issue is whether the cooling coils can meet the local loads with the higher chilled water temperature. Depending on the actual design conditions, the building sensible load could be met but high chilled water temperature will make it difficult to meet the latent load. Since this scenario is likely to occur during intermediate weather, dehumidification may not be an issue. In areas where humidity is an issue, this arrangement can result in high humidity within the space.
解決策の 1 つは、両方のチラーを常に稼働させることです。これは機能し、簡単な解決策ですが、エネルギー効率が悪く、不必要な機器の磨耗を引き起こします。
もう 1 つの可能性は、混合水の温度を相殺するために動作チラーの設定値を下げることです。これも機能しますが、いくつかの問題があります。冷水の設定値を下げると、チラーの動作がさらに激しくなり、効率が低下します。極端な条件では、冷却装置の安定性に問題が生じる可能性があります。
冷却装置が動作していないときに冷却装置を通る流れを止めるために遮断弁を追加することは、定流量システムには推奨されません。すべての冷水が 1 台のチラーだけを通過する場合、ポンプが設計流量を提供できる可能性は低いです。ポンプがその曲線に乗り、流量の損失が発生します。デザイン フローがなければ、すべての個々のロードが必要なフローを受け取ることは考えられません。ポンプが実際に 1 台のチラーに流量を供給できる場合、チラーの最大許容流量を超え、チラーに重大な損傷を与える可能性があります。
安全な答えは、冷水が必要なときは常に両方のチラーを稼働させることですが、これには単一のチラー プラントを稼働させるのと同じくらいコストがかかります。ポンプと冷却塔の設置は、単一チラーの場合と同様です。
パラレルチラープラントの例
単一チラーの例で使用したものと同じモデルの構築を考えてみましょう。設計負荷パフォーマンスは、単一のチラー プラントと同じです。実際のアプリケーションでは、1 台の代わりに 2 台のチラーを使用すると、小さな変化が生じます。たとえば、ポンプとチラーの選択では、サイズが半分であることを除けば、同じ性能が得られる可能性は高くありません。
さらに興味深いのは、年間エネルギー使用量が単一冷却装置と並列冷却装置の両方で同じであることです。これは、プラント負荷を問わず、両方のチラーが 44°F の供給冷水を供給するように動作していたために発生します。両方の冷却装置が動作しているため、すべてのポンプとタワーも同様に動作する必要があります。軽負荷時に 1 台のチラーのみを使用し、1 台のタワーと凝縮器ポンプを停止して、1 台のチラーの性能曲線をさらに上位にシフトする機会はありませんでした。
これは、可変一次流量に切り替えることで実現でき、軽負荷時に冷凍機を分離できるほか、冷水ポンプのサイズを縮小して運用コストを削減できます。
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