Controle da Planta de Resfriamento

É importante entender que não importa quão bom seja o projeto do sistema, controles adequados são necessários para que todos os componentes operem adequadamente como um sistema. É igualmente importante entender que você não pode “controlar sua saída de um projeto de sistema ruim.

A planta do chiller consiste em chillers, bombas, tubos, serpentinas, torres de resfriamento, sensores de temperatura, válvulas de controle e muitos outros dispositivos. É semelhante a uma orquestra com muitos instrumentos. A existência dessas peças não garante o bom funcionamento do sistema. Deve haver um maestro de orquestra. No caso de um sistema de água gelada, esse condutor é um sistema de controle da planta do resfriador. Quão bem a planta funciona depende de quão bem o sistema de controle faz com que todas as peças funcionem juntas.

A maior mudança para chillers na última década foi, sem dúvida, na área de controles. No passado, os chillers eram controlados pneumaticamente e eram protegidos desligando-os se as vazões ou temperaturas mudassem muito rapidamente. Os controles atuais baseados em microprocessador fornecem controle preciso da temperatura da água gelada, bem como funções de monitoramento, proteção e limite adaptativo.

Esses controles monitoram a operação do resfriador e evitam que o resfriador opere fora de seus limites aceitáveis. Eles também podem se adaptar a condições operacionais incomuns, mantendo o chiller operando modulando seus componentes e enviando uma mensagem de advertência, em vez de fazer nada mais do que desligá-lo quando uma configuração de segurança é violada. A precisão de controle aprimorada permite que os chillers sejam aplicados em sistemas e aplicações que antes eram evitados. Quando ocorrem problemas, as mensagens de diagnóstico auxiliam na solução de problemas. Os controles modernos do chiller também fazem interface com um sistema de controle da planta do chiller para operação integrada do sistema.

O que é importante?

Existem basicamente cinco problemas a serem resolvidos em um sistema de controle de uma planta de resfriamento.

• Quando um chiller deve ser ligado ou desligado?
• Depois de sabermos que um chiller deve ser ligado ou desligado, qual deve ser?
• Se tentarmos ligar um resfriador, bomba ou torre de resfriamento e houver um mau funcionamento, o que faremos a seguir?
• Como podemos minimizar o custo de energia da operação do sistema?
• Como o sistema de controle da planta do resfriador pode se comunicar efetivamente com o operador?

O sequenciamento do resfriador refere-se à tomada de decisões sobre quando ligar e desligar os resfriadores e em que ordem. Normalmente, ligar e desligar os chillers é realizado com o objetivo de adequar a capacidade da planta do chiller à carga de resfriamento do sistema. Para fazer isso com sucesso, o projeto do sistema de água gelada deve fornecer ao sistema de controle variáveis ​​que sejam bons indicadores da carga do sistema.

O projeto hidráulico e o tamanho do sistema de água gelada determinarão o(s) método(s) possível(is) para monitorar efetivamente a carga do sistema. Métodos típicos para monitoramento de carga incluem:

• Em sistemas de tubulação em série ou paralelo, as temperaturas da água de alimentação e retorno e, às vezes, o consumo de corrente do resfriador são monitorados.
• Em um sistema primário-secundário, as temperaturas de alimentação do sistema e água de retorno do resfriador e/ou a direção e a quantidade de fluxo no tubo de derivação são normalmente medidas.
• Em um sistema de fluxo primário variável, a temperatura da água de abastecimento do sistema e a taxa de fluxo do sistema podem ser monitoradas.
• A medição direta da carga do sistema (em toneladas, kW ou amperes) também tem sido usada em alguns sistemas.

Outros métodos também são possíveis. É imperativo que o sistema de água gelada seja projetado com as variáveis ​​de controle em mente; caso contrário, o resultado pode ser um sistema impossível de controlar com eficiência.

Temperatura

Os controles atuais do chiller podem controlar com muita precisão as temperaturas de saída da água do chiller em uma ampla gama de cargas. Isto é especialmente verdadeiro para chillers centrífugos e helicoidais. Este fato permite que os sistemas de água gelada de fluxo constante, semelhantes ao sistema mostrado na Figura acima, usem as temperaturas de alimentação e retorno do sistema para determinar a carga do sistema.

Ao detectar um aumento na temperatura da água que sai da planta do chiller, o sistema de controle pode determinar quando os chillers em operação não conseguem mais manter a temperatura desejada. Frequentemente, permite-se que a temperatura da água de abastecimento varie um valor predeterminado antes que um resfriador adicional seja ligado, para garantir que haja carga suficiente para manter um resfriador adicional operando.

Decidir quando é apropriado desligar um resfriador é mais complexo. O sistema de controle pode monitorar o ∆T do sistema, ou seja, a temperatura da água de retorno menos a temperatura da água de abastecimento. Essas informações, juntamente com as capacidades dos resfriadores em operação, permitem que o sistema de controle determine quando um resfriador pode ser desligado. Para ajudar a estabilizar a operação do sistema, o sistema de controle deve usar a lógica para evitar que transientes de carga causem ciclos indevidos do chiller.

Em sistemas de fluxo constante que sofrem de “síndrome de ∆T baixo” (sistemas do lado do ar que retornam água para a planta em temperaturas mais baixas do que o desejado), alguns dos terminais de carga podem ficar sem fluxo antes que a capacidade do resfriador operacional seja excedida. Para preservar a eficiência do sistema, esta situação é melhor tratada resolvendo o problema do lado ar. As causas típicas da síndrome de baixo ∆T incluem: um sistema de fluxo mal balanceado, filtros ou serpentinas sujas, controles do manipulador de ar com desempenho insatisfatório, válvulas de controle da bobina incorretas ou manipuladores de ar subdimensionados.

Em um sistema primário-secundário, a direção e a quantidade de fluxo no tubo de derivação é um excelente indicador de quando ligar ou desligar um resfriador. Conforme discutido no Período Dois, a vazão de água no tubo de derivação pode ser medida diretamente usando um medidor de vazão ou indiretamente medindo as temperaturas da água do sistema e aplicando equações de mistura de vazão. As regras aplicadas ao fluxo de derivação para determinar quando ligar e desligar um chiller são:

• Quando houver déficit de fluxo, um chiller pode ser adicionado.
• Quando houver excesso de vazão maior que o do próximo chiller a ser desligado, mais um fator de segurança de 10 a 15%, esse chiller poderá ser desligado.
• Se nenhuma das condições acima existir, não faça nada.

Como uma alternativa para medir a vazão em um sistema primário-secundário com quatro ou menos resfriadores, as temperaturas de alimentação do sistema e da água de retorno da planta do resfriador podem ser usadas para decidir quando ligar ou desligar um resfriador. Isso é semelhante à lógica aplicada aos sistemas de fluxo constante. É simples e tem baixo custo de instalação, mas é menos preciso do que a determinação de vazão, especialmente quando o número de chillers aumenta.

A “síndrome de baixo ∆T” também pode afetar a operação de sistemas primário-secundários. Ao contrário dos sistemas de fluxo constante, o sistema primário-secundário manterá o fluxo do sistema necessário e a temperatura da água de abastecimento e, portanto, manterá o conforto do ocupante. No entanto, ele consegue isso ativando chillers adicionais antes que todos os chillers operacionais estejam totalmente carregados. Isso pode reduzir a eficiência geral do sistema.

Embora alguns tenham proposto soluções como colocar uma válvula na linha de derivação, diminuir a temperatura da água de abastecimento ou controlar o sistema de maneira diferente, esses são apenas curativos que mascaram o problema real e muitas vezes causam outras dificuldades operacionais. Corrigir a causa raiz da síndrome de baixo ∆T no sistema de distribuição é o melhor curso de ação para a operação adequada e eficiente do sistema.

Capacidade

Outro método de monitoramento da carga de resfriamento do sistema é medir a taxa de fluxo de água do sistema e as temperaturas diretamente e, em seguida, calcular a carga. Embora pareça que a medição direta da carga real do sistema seria uma excelente maneira de determinar quando ligar e desligar os resfriadores, esse método tem várias desvantagens. Requer o uso de medidores de vazão com alta precisão e altas capacidades de abertura. Embora os medidores de vazão tenham se tornado mais precisos e baratos, eles exigem condições especiais de instalação para uma precisão confiável - condições raramente alcançáveis ​​em instalações reais. Além disso, o equipamento normalmente requer calibração regular. Por essas razões, a medição direta da carga não tem sido tão utilizada quanto os métodos simples e confiáveis ​​discutidos anteriormente.

Uma maneira alternativa de monitorar a carga do resfriador é medindo o consumo de corrente do motor do resfriador. Por si só, não fornece um indicador de controle adequado, mas quando usado em conjunto com outras informações, como a temperatura da água de abastecimento do sistema, pode ser eficaz. A temperatura da água de abastecimento do sistema é usada para determinar quando ligar um resfriador adicional, e o consumo de corrente do motor do compressor do resfriador operacional é usado para determinar quando um resfriador pode ser desligado.

O indicador de carga mais eficaz para qualquer sistema de água gelada depende do projeto desse sistema. Os designers criativos usaram as estratégias de controle descritas aqui e em várias combinações para controlar com eficácia uma ampla variedade de plantas de resfriamento. É altamente recomendável que uma das primeiras tarefas realizadas no processo de projeto seja criar um diagrama de fluxo simplificado e um modelo de carga do sistema que permita a avaliação de várias estratégias de controle e posicionamentos de sensores. Isso ajudará a garantir que o controle eficaz da planta do resfriador possa ser implementado.

Rotação do resfriador

Quando o sistema determina que um resfriador precisa ser ligado ou desligado, a próxima questão é determinar a sequência na qual ligar e desligar os resfriadores. Presume-se que o primeiro chiller na sequência será sempre ligado sempre que for necessário resfriamento.

Quando o sistema consiste em chillers idênticos, a escolha de qual chiller será ligado ou desligado em seguida tem pouco impacto na eficiência do sistema. Alguns engenheiros de projeto e operadores preferem equalizar o tempo de funcionamento e o número de partidas de todos os resfriadores do sistema. Isso geralmente é feito alternando a sequência de resfriadores periodicamente, geralmente a cada poucos dias ou semanas. Esse método geralmente mantém o tempo de execução razoavelmente bem equalizado e o operador sabe exatamente quando esperar que a rotação ocorra. Uma abordagem alternativa é totalizar as horas reais de operação em cada chiller, em uma tentativa de rotacionar os chillers quando ocorrer um desequilíbrio significativo no tempo de operação ou no número de partidas. A rotação baseada no tempo real de operação tem a desvantagem de o operador não saber quando a rotação ocorrerá. Em algumas instalações, o pessoal operacional prefere iniciar a rotação manualmente.

Por outro lado, alguns engenheiros de projeto e operadores acreditam que igualar os tempos de operação resultará na necessidade de revisão ou substituição de todos os resfriadores ao mesmo tempo. Eles tendem a operar o resfriador mais eficiente primeiro, seguido pelo segundo mais eficiente e assim por diante. Com esta abordagem, todos os chillers são ligados pelo menos uma vez por mês para garantir que possam iniciar quando necessário.

Quando o sistema consiste em chillers com diferentes capacidades, eficiências ou tipos de combustível, a questão de qual chiller ligar ou desligar em seguida torna-se mais complexa. Embora cada sistema exija uma análise completa, existem alguns princípios gerais que se aplicam à maioria dos sistemas.

Em sistemas com chillers de diferentes capacidades, como o conceito de chiller “swing” introduzido no Período Três, o objetivo é operar o menor número de chillers e o menor chiller possível. Isso normalmente minimiza o consumo geral de energia do sistema, combinando de perto a capacidade da planta com a carga do sistema, reduzindo assim a energia usada por equipamentos auxiliares.

Em sistemas com chillers de diferentes eficiências, faz sentido operar os chillers mais eficientes primeiro e os menos eficientes por último. Se diferentes tipos de combustível estiverem envolvidos, o sistema de controle pode receber dados sobre os custos de gás natural e eletricidade e calcular o custo em tempo real da operação dos chillers elétricos versus acionados a gás.

Recuperação de Calor

O sistema também pode se beneficiar de ter um resfriador de recuperação de calor totalmente carregado. Conforme discutido no Período Três, para maximizar a quantidade de calor recuperado, muitas vezes é desejável carregar preferencialmente esse resfriador, sequenciando-o como um resfriador de base - "primeiro ligado" e "último desligado". Outros resfriadores podem então ser ligados quando o resfriador de recuperação de calor não puder lidar com a carga de resfriamento sozinho.

Uma variação dessa ideia é um resfriador de absorção alimentado por calor residual. Ele é preferencialmente carregado para lidar com o máximo possível da carga de resfriamento antes de ligar outros resfriadores. O resfriador de absorção seria sequenciado como um resfriador de base para usar a energia livre operando este resfriador.

Sistemas de Fluxo Primário Variável

O sistema de fluxo primário variável, introduzido no Período Três, é projetado para operar com fluxo variável através dos evaporadores do chiller. O sequenciamento de chillers neste tipo de sistema não pode ser baseado apenas na temperatura, porque em um sistema operando adequadamente, as temperaturas de abastecimento e retorno da água serão quase constantes. Determinar quando ligar ou desligar os chillers não é uma tarefa simples. Para estabilidade de controle e confiabilidade do resfriador, as taxas de fluxo através dos resfriadores e a taxa de mudança de fluxo devem ser mantidas dentro das faixas permitidas.

Portanto, o controle de um sistema de fluxo primário variável deve:

• Inclua um método para determinar a carga do sistema. Muitos sistemas medem taxas de fluxo e temperaturas.
• Certifique-se de que as taxas de fluxo através dos resfriadores estejam dentro dos limites mínimo e máximo permitidos. A modulação de uma válvula de controle no tubo de derivação é comumente usada para garantir vazões mínimas através dos resfriadores.
• Controle a taxa na qual a taxa de fluxo do sistema muda, para garantir que ela não mude mais rapidamente do que os chillers podem se adaptar. Isso é especialmente crítico ao ligar chillers adicionais.

Tempo adequado deve ser gasto projetando a sequência de controle e comissionando o sistema após a instalação, para garantir a operação adequada de um sistema de fluxo primário variável.

Recuperação de falha do sistema

• Manter o fluxo de água gelada
• Mantenha simples
  • Bloquear equipamento com falha
  • Ligue o próximo resfriador na sequência
• Avise o operador
• Permita que o operador intervenha

Além do sequenciamento normal do resfriador, o sistema de controle da planta do resfriador deve reagir quando um resfriador ou outro equipamento associado falha. A recuperação de falhas, ou garantir o fornecimento confiável de água gelada, é uma parte muito importante do sistema de controle da planta do chiller e é uma área em que muitos sistemas falharam. Isso é especialmente verdadeiro em sistemas programados em campo devido à dificuldade de depuração completa.

Durante os períodos de mau funcionamento do equipamento, é importante focar no objetivo principal do sistema, que é fornecer o fluxo necessário de água gelada ao sistema na temperatura adequada. Parece razoável que a sequência de recuperação de falha mais simples e confiável seja simplesmente ligar o próximo resfriador na sequência e não tentar ligar e desligar vários resfriadores na tentativa de otimizar novamente o sistema.

Durante uma falha de equipamento, é especialmente importante notificar o operador sobre o status, bem como ajudar o operador a entender onde está o problema e qual pode ser a causa. O sistema de controle também deve permitir ao operador analisar facilmente a situação e intervir se a condição de falha persistir por um longo período de tempo. Um sistema que forneça essas informações garantirá que o próprio sistema seja mantido e operado em condições adequadas.

Planejamento de contingência

Além da recuperação de falhas, é aconselhável que o engenheiro de projeto do sistema trabalhe com o proprietário do edifício para desenvolver um plano de contingência para água gelada no caso de um desligamento de emergência ou uma avaria prolongada. Muitas organizações têm planos de contingência para áreas críticas de seus negócios. Alguns lidam com desastres naturais e outros com a perda de energia em áreas críticas. No entanto, poucos pararam para pensar sobre o que uma perda de resfriamento significaria para suas instalações. Isso geralmente é especialmente crítico para aplicações de resfriamento de processo.

O planejamento de contingência de resfriamento destina-se a minimizar as perdas que uma instalação pode incorrer como resultado de uma perda total ou parcial da capacidade de resfriamento. Ele permite que um operador de construção aja mais rapidamente, tendo um plano em vigor e preparando as instalações de forma proativa. Esse plano geralmente inclui trabalhar com fornecedores para alugar equipamentos de refrigeração temporariamente. Durante a construção inicial, é fácil e econômico fornecer tocos de tubulação, que são embutidos no sistema de água gelada para conexão rápida e conexões elétricas de fácil acesso. Quando o aluguel de equipamentos é combinado com essas simples adições ao sistema, um plano de contingência pode ser colocado em ação rapidamente e o sistema pode produzir água gelada novamente em um curto período de tempo.

É importante primeiro identificar a capacidade de resfriamento mínima ou crítica necessária. Com vários resfriadores em uma instalação, pode ser aceitável ter menos do que a capacidade total em uma situação de emergência. Por exemplo, a planta do chiller pode consistir de 1.800 toneladas [6.330 kW], mas a capacidade mínima exigida em uma situação de emergência pode ser de apenas 1.200 toneladas [4.220 kW]. Portanto, também é importante identificar um plano de contingência se o Chiller 1 falhar, se o Chiller 2 falhar, se os Chillers 2 e 3 falharem e assim por diante.

Ajuste do sistema

Além de ligar e desligar os chillers, existem outras funções do sistema de controle da planta do chiller que ajudam a evitar que a instabilidade do fluxo do sistema interrompa a operação do chiller. Muitas vezes, a instabilidade do fluxo pode ser causada pela operação normal da válvula e da bomba. O primeiro são os atrasos de tempo.

Ciclismo excessivo pode ser prejudicial para a vida útil de um motor. Por esse motivo, ligar e desligar um motor grande (como os usados ​​em resfriadores grandes) deve ser minimizado. Os sistemas de água gelada normalmente têm uma grande massa térmica (água no sistema) e se beneficiam da diversidade e da baixa taxa de variação da carga de resfriamento do sistema. Reações rápidas, portanto, normalmente não são necessárias. Na verdade, uma resposta muito rápida geralmente causa instabilidade do sistema, desperdício de energia e desgaste desnecessário de equipamentos mecânicos. Para obter um controle estável e preciso, muitos sistemas de controle da planta do chiller fornecem atrasos de tempo que podem ser ajustados pelo operador para ajudar a minimizar a ciclagem do chiller.

O primeiro atraso é o temporizador de confirmação de carga. Sua finalidade é atrasar a ativação de um resfriador adicional por um período de tempo após a indicação inicial de que um resfriador adicional é necessário. Isso confirma que a carga indicada não é uma condição transitória que faria com que o resfriador fosse ligado e, em seguida, desligado rapidamente.

O segundo retardo de tempo, que funciona em conjunto com o primeiro, é um temporizador de intervalo de escalonamento. Sua finalidade é permitir que o sistema tenha tempo para responder depois que um resfriador for ligado. Isso evita que mais chillers liguem do que o necessário, principalmente durante períodos de redução ou variação rápida de carga.

A terceira temporização é um temporizador de ciclo mínimo. Este temporizador deve ter a prioridade mais alta. Requer um período fixo de tempo entre ligar e desligar um chiller individual. Isso garante que o resfriador não seja ciclado com muita frequência.

É importante entender que esses temporizadores têm prioridade mais baixa do que as seguranças incorporadas aos controles individuais do resfriador. Em todos os momentos, as seguranças individuais do resfriador devem ser capazes de desligar o resfriador para evitar danos ao equipamento.

Descarregue antes de começar

A próxima função de controle é descarregar parcialmente os resfriadores em operação antes que um resfriador e uma bomba adicionais sejam ligados. Dependendo da configuração do sistema, pode haver variações muito rápidas no fluxo de água através do evaporador do chiller quando uma bomba é ligada ou desligada, ou quando uma válvula de controle é aberta ou fechada. Descarregar parcialmente o resfriador antes dessas variações permite que o resfriador continue a operar sem interrupção.

Isso pode ser explicado observando um diagrama de fluxo para um sistema de água gelada com várias bombas. Este diagrama mostra que, com uma bomba e um resfriador operando, a vazão através do resfriador é de 610 gpm [38,5 L/s]. Quando a segunda bomba e resfriador de mesmo tamanho são ligados, a taxa de fluxo através do sistema aumenta para 870 gpm [54,9 L/s], mas o fluxo através de cada resfriador cai para 435 gpm [27,4 L/s]. Esta é uma redução instantânea de 175 gpm [11 L/s], ou 30%, por meio do primeiro resfriador.

A temperatura da água que sai do chiller e a temperatura do refrigerante no evaporador caem como resultado dessa redução drástica do fluxo. Novos e avançados controles do resfriador podem permitir que a temperatura do refrigerante caia abaixo do ponto de congelamento do fluido por um breve período de tempo enquanto o compressor descarrega. A segurança de baixa temperatura do evaporador pode, no entanto, desligar o chiller se os controles e o compressor não puderem reagir com rapidez suficiente.

A função “descarregar antes de iniciar” descarrega parcialmente os chillers em operação, elevando a temperatura do refrigerante no evaporador, antes que ocorra a redução de vazão. Os resfriadores podem recarregar assim que o resfriador adicional for ligado.

Carregamento suave

Outra função de controle desejável é chamada de carregamento suave. É normalmente usado quando o sistema está desligado por um longo período de tempo e a temperatura da água gelada é a mesma que a temperatura ambiente dentro do prédio.

O carregamento suave atrasa a ativação de chillers adicionais ou varia o ponto de ajuste da água gelada, permitindo que os chillers em operação alcancem gradualmente a carga suspensa do prédio. Isso resulta em um pull-down muito suave, evita ultrapassar o ponto de ajuste e opera apenas o equipamento necessário para satisfazer a carga real do sistema.

Água gelada de fluxo constante

Os sistemas de água gelada de fluxo constante frequentemente requerem controle individual do ponto de ajuste do resfriador. Sua finalidade é ajudar a manter a temperatura da água de alimentação do sistema, compensando o desvio da água de retorno por meio de chillers não operacionais.

O sistema de controle da planta do resfriador ajusta os pontos de ajuste individuais para o resfriador em operação para “resfriar demais” a água antes que ela se misture com a água de temperatura mais alta que passa pelo resfriador não operacional. O resultado é que a água gelada fornecida ao sistema fica o mais próximo possível da temperatura desejada. Há limites para a quantidade de super-resfriamento. Dependendo do projeto do sistema de água gelada, pode haver uma de duas situações. O resfriador pode não ter sido selecionado para produzir água suficientemente fria ou a temperatura necessária pode estar abaixo do ponto de congelamento da água que está sendo resfriada. Em ambos os casos, o sistema de controle deve ser inteligente o suficiente para limitar o super-resfriamento a fim de evitar danos ao resfriador.

Além disso, o sistema de controle deve saber quando ligar outro resfriador para atingir o ponto de ajuste de temperatura da água gelada do sistema. Pode ser necessário ligar um resfriador adicional para atender à demanda de fluxo do sistema, mesmo que o resfriador operacional não esteja totalmente carregado.

Otimização do sistema

• Chiller
  • Diminuir a temperatura da água do condensador
  • Aumente a temperatura da água gelada
• Bomba de água gelada (sistema de fluxo variável)
  • Aumente o ∆T da água gelada
• Torre de refrigeração
  • Aumente a temperatura da água do condensador
• Bomba de água do condensador (sistema de fluxo variável)
  • Aumente o ∆T da água do condensador

O sistema de controle da planta do resfriador também pode ser usado para otimização do sistema. Para os fins desta discussão, definiremos otimização como a minimização da energia usada pela planta do resfriador (incluindo resfriadores, bombas de água gelada, bombas de água do condensador e torre de resfriamento) enquanto ainda mantém o conforto ou satisfaz as cargas do processo.

O primeiro passo é examinar o uso de energia dos principais componentes da planta do chiller, para ver o que pode ser feito para minimizar cada componente individualmente

O uso de energia do resfriador pode ser reduzido baixando a temperatura da água do condensador ou aumentando a temperatura da água gelada.

Em um sistema de fluxo variável, a energia de bombeamento de água gelada pode ser reduzida diminuindo a temperatura da água gelada enquanto aumenta o ∆T do sistema. Com a temperatura da água mais baixa e maior ∆T, a serpentina requer menos fluxo de água para lidar com a mesma carga.

A energia da torre de resfriamento pode ser reduzida aumentando a temperatura da água do condensador. Isso permite que os ventiladores da torre circulem ou desacelerem. A energia de bombeamento da água do condensador pode ser reduzida aumentando o ∆T através do lado do condensador do sistema, bombeando assim menos água. Isto é conseguido reduzindo o fluxo de água através do condensador.

Obviamente, olhar apenas para um único componente apresenta um quadro conflitante para a redução de energia, e uma mudança em um componente tem impacto em outros componentes. Para realmente otimizar a planta do chiller, todos os componentes devem ser analisados ​​juntos.

Redefinição de água gelada

Conforme declarado anteriormente, conforme o ponto de ajuste da temperatura da água gelada é redefinido para cima, o resfriador usará menos energia. Em sistemas de fluxo constante, essa estratégia de reinicialização da água gelada é bastante simples de implementar e pode ser controlada com base na queda na temperatura da água de retorno.

Em um sistema de fluxo variável, no entanto, à medida que a temperatura da água gelada aumenta, a energia de bombeamento também aumenta. Enquanto o COP do resfriador é de aproximadamente 6,5, o COP da bomba é de cerca de 0,65. Freqüentemente, o aumento na energia da bomba será maior do que a quantidade de energia economizada do resfriador, especialmente porque o resfriador geralmente opera em condições de carga parcial. Outro problema potencial com a redefinição da temperatura da água gelada para cima é que o controle da umidade do ambiente pode ser comprometido se a água ficar muito quente. Finalmente, o sistema de controle da planta do resfriador deve levar em consideração a mudança na temperatura da água de abastecimento.

A Norma ASHRAE/IESNA 90.1–1999 (Seção 6.3.4.3) requer o uso de reajuste da temperatura da água gelada em sistemas maiores que 25 toneladas [88 kW]. No entanto, exclui sistemas de fluxo variável e sistemas onde o controle de umidade do ambiente será comprometido.

Alguns engenheiros acham que projetar o sistema para taxas de fluxo baixas e uma temperatura de água de abastecimento mais baixa, minimizando assim o uso de energia da bomba, pode ser uma resposta melhor do que tentar redefinir a temperatura para cima.

Temperatura da água do condensador

Baixar a temperatura da água do condensador também pode reduzir o consumo de energia do chiller. Dependendo da carga do sistema e das condições externas, as torres de resfriamento geralmente têm a capacidade de fornecer água mais fria do condensador do que nas condições de projeto. Isso, no entanto, aumenta o consumo de energia dos ventiladores da torre de resfriamento. A chave para maximizar a economia de energia é conhecer a relação entre o consumo de energia da torre de resfriamento e o consumo de energia do resfriador.

Nas condições de projeto, um resfriador normalmente usa de cinco a dez vezes mais energia do que uma torre de resfriamento. Isso sugere que pode ser benéfico usar mais energia da torre de resfriamento para economizar energia do resfriador. No entanto, há um ponto de retorno decrescente em que a economia de energia do resfriador é menor do que a energia adicional usada pela torre de resfriamento. A Figura 106 mostra o consumo de energia anual combinado de um resfriador e uma torre de resfriamento em um sistema que é controlado para vários pontos de ajuste de temperatura da água do condensador. A terceira coluna mostra um sistema que tenta fornecer água a 55°F [12,8°C] da torre de resfriamento o tempo todo. É claro que, nas condições de projeto, a torre de resfriamento pode não ser capaz de fornecer esta temperatura, mas fornecerá a água na temperatura mais fria possível.

A quarta coluna mostra um sistema que usa um sistema de controle para determinar dinamicamente a temperatura ideal da água do condensador que minimiza o uso combinado de energia do resfriador e da torre de resfriamento. É óbvio que este método de controle ideal minimiza o consumo geral de energia do sistema.

Controle de Pressão de Condensação

Relacionado com a questão do controle da temperatura da água do condensador está o controle da pressão de condensação. Cada chiller requer uma diferença mínima de pressão de refrigerante entre o evaporador e o condensador, a fim de garantir que o refrigerante e o óleo circulem adequadamente dentro do chiller. Essa diferença de pressão varia de acordo com o projeto do chiller e as condições de operação. O resfriador deve desenvolver a diferença de pressão necessária dentro de um determinado período de tempo, conforme especificado pelo fabricante, ou os controles do resfriador irão desligá-lo devido a um limite de segurança. Durante algumas condições de inicialização, essa diferença de pressão pode ser difícil de atingir no tempo necessário.

Um exemplo de tal condição é um prédio de escritórios que ficou desocupado durante um fim de semana frio de outono. A temperatura da água no reservatório da torre de resfriamento é de 40°F [4,4°C]. A segunda-feira é ensolarada e quente, e a carga de resfriamento do prédio requer a inicialização de um resfriador. Como o resfriador está operando com carga parcial e o reservatório da torre é relativamente grande, a diferença mínima de pressão pode não ser alcançada antes que o resfriador seja desligado por segurança. Se, no entanto, o fluxo de água através do condensador for reduzido, a diferença mínima de pressão pode ser obtida. A taxa de fluxo mais baixa aumenta a temperatura da água que sai do condensador, o que resulta em uma pressão de refrigerante mais alta dentro do condensador. Depois que a diferença mínima de pressão é atingida, o fluxo pode ser aumentado novamente.

A pressão do refrigerante no condensador ou o diferencial de pressão do refrigerante do condensador-evaporador pode ser monitorado e usado para controlar a temperatura ou a vazão da água do condensador, para evitar que esse diferencial de pressão caia abaixo do limite.

Interface do operador

A comunicação e o controle no nível do sistema são muito importantes. Hoje, a quantidade de comunicação entre os componentes (chillers, torres de resfriamento, bombas, válvulas de controle e assim por diante) aumentou imensamente, permitindo que muitos sistemas de água gelada sejam totalmente automatizados.

Em algumas instalações, no entanto, o maior usuário de energia no sistema HVAC (a planta do resfriador) não progrediu além do controle manual. Em alguns casos, foi reduzido para controle manual logo após o comissionamento do edifício.

Por que isso ocorre? Os chillers são grandes, com equipamentos muito caros que, se danificados por operação incorreta, podem custar ao proprietário uma quantia substancial de dinheiro para consertar ou substituir. Os operadores são, portanto, muito sensíveis à operação da planta do resfriador. Se o operador não entender como o sistema foi projetado e controlado, é provável que o sistema seja colocado no modo de controle manual. Portanto, treinamento e suporte inicial e contínuo do operador são essenciais.

Existe uma quantidade incrível de informações disponíveis em um sistema de água gelada. Muitas vezes o problema não é falta de informação, mas como interpretar essa informação. Portanto, uma interface clara e concisa entre o sistema de controle e o operador do sistema é extremamente importante.

As informações que devem ser comunicadas ao operador incluem:

• Temperaturas do sistema de água do resfriador
• Status do resfriador (ligado ou desligado)
• Informações especificadas pela Diretriz 3 da ASHRAE
• Quaisquer ações de controle pendentes (chiller prestes a ligar ou desligar)
• Status dos atrasos de tempo do sistema
• Status do equipamento auxiliar (bombas, torres de resfriamento e assim por diante)

Além disso, o sistema de controle da planta do resfriador deve notificar o operador sobre problemas que estão ocorrendo ou estão prestes a ocorrer no sistema. Essas mensagens de aviso ou diagnóstico podem apontar para o mau funcionamento de uma única peça do equipamento ou ser indicativas de alterações no sistema que podem causar problemas. Os diagnósticos que ocorrem no painel de controle do chiller devem ser comunicados ao sistema de controle da planta do chiller.

registro de operação do resfriador

A Diretriz 3 da ASHRAE, Redução da Emissão de Refrigerantes Halogenados em Equipamentos e Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado, inclui uma lista de pontos de dados recomendados a serem registrados diariamente para cada chiller. Muitos desses dados podem estar disponíveis no visor do painel de controle do resfriador. Também é útil para o operador se esta informação estiver disponível no sistema de controle da planta do chiller e apresentada em um formato claro.

Além do status atual, as informações operacionais históricas são valiosas para manter o equipamento operando com eficiência máxima e para identificar tendências operacionais que sinalizam problemas iminentes ou uma queda no desempenho do sistema. Por exemplo, a temperatura de aproximação do condensador é a diferença de temperatura entre a água que sai do condensador e o refrigerante dentro do condensador. Se houver um problema com o tratamento de água na torre de resfriamento, pode haver acúmulo de incrustações dentro dos tubos no condensador do resfriador. Isso fará com que a diferença entre as temperaturas da água do condensador e do refrigerante aumente, reduzindo a eficiência do chiller. Ao notar um aumento nessa temperatura de aproximação, o operador pode programar a limpeza dos tubos do condensador. Ao monitorar as tendências do sistema e do equipamento, o operador tem a chance de corrigir pequenos problemas antes que causem problemas operacionais.

Download de referência

Livros de Clínicas de Ar Condicionado da Trane