Przedstawione w artykule kalkulacje oparto o wskaźniki ESEER dotyczące efektywności energetycznej agregatów chłodniczych podczas całego sezonu pracy tych urządzeń. Wartości te są od niedawna publikowane na stronie internetowej Euroventu obok wskaźników EER dotyczących efektywności dla warunków pełnego obciążenia cieplnego.
Z uwagi, że warunki obciążenia całkowitego występują tyko przez stosunkowo krótki okres pracy urządzeń, wskaźniki EER nie są reprezentatywne przy sporządzaniu kalkulacji rzeczywistego zużycia energii elektrycznej przez agregaty chłodnicze. Bardziej wiarygodne są wskaźniki ESEER, kalkulowane w oparciu o EER, ale dla różnych obciążeń cieplnych, odpowiadających 100, 75, 50 i 25% znamionowego obciążenia cieplnego. Znajomość wartości wskaźników ESEER jest zatem podstawą wyjściową do obliczeń.
Informacje wstępne
Obliczeń dokonano na przykładzie rzeczywistego obiektu – centrum handlowego w Grudziądzu. Obliczone przez biuro projektowe RAD-PROJEKT z Gliwic maksymalne zapotrzebowanie na chłód dwóch agregatów chłodniczych wynosi odpowiednio: 400 i 110 kW. Na potrzeby systemu klimatyzacji dobrano agregaty chłodnicze A1 i A2. Z uwagi na fakt, że tok obliczeniowy jest identyczny dla obydwu agregatów, poniżej przedstawione zostaną kalkulacje wraz z opisem poszczególnych etapów dla większego agregatu, zaś dla mniejszego podane zostaną jedynie wyniki obliczeń, w celu uzyskania rezultatu końcowego.
Na etapie wykonywania instalacji firma wykonawcza zaproponowała jako zamienne urządzenia agregaty B1 i B2. Poniżej przeprowadzono analizę obydwu proponowanych rozwiązań, zarówno tych ujętych w projekcie, jak i zaproponowanych zamienników.
Analiza podstawowych danych technicznych agregatów chłodniczych
W tabelach 1 i 2 zestawiono podstawowe parametry techniczne urządzeń. Zestawienia dotyczą typowego przypadku, z jakim najczęściej spotykają się projektanci, firmy wykonawcze, inwestorzy i użytkownicy systemów. Autor chciałby na tym przykładzie zwrócić uwagę czytelników na pewne aspekty, które są pomijane lub do których nie przywiązuje się większej wagi, a mają one ogromne znaczenie, szczególnie teraz, gdy tak wiele uwagi poświęca się efektywności energetycznej budynków.
Analizując poszczególne cechy i parametry konstrukcyjne agregatów, przyjrzyjmy się najpierw czynnikom chłodniczym. Zastosowany w podanych w projekcie agregatach chłodniczych czynnik R410A jest mieszaniną blisko azeotropową. Powoduje to, że czynnik nie cechuje się poślizgiem temperaturowym i w przypadku ewentualnej awarii, tj. rozszczelnienia układu chłodniczego, można do układu doprowadzić taką ilość czynnika, jaka z niego ubyła.
Z kolei przy zastosowaniu czynnika chłodniczego R407C, posiadającego typowe cechy mieszaniny zeotropowej, nawet niewielki ubytek czynnika chłodniczego powoduje konieczność całkowitego opróżnienia instalacji i dostarczenia ilości czynnika chłodniczego aż do całkowitego napełnienia, gdyż nie wiadomo, jakiego składnika mieszaniny ubyło najwięcej.
Kolejnym istotnym parametrem charakteryzującym agregaty chłodnicze jest efektywność energetyczna określona wskaźnikiem EER. Charakter pracy systemu (sezonowość) i towarzysząca mu wysoka zmienność występowania obciążeń cieplnych w ujęciu zarówno sezonowym, jak i dobowym powodują, że wskaźnik EER ma w systemach klimatyzacji komfortu praktycznie pomijalne znaczenie. Owszem, jeśli system charakteryzowałby się wysokim procentem czasu pracy instalacji z pełnym obciążeniem cieplnym, wskaźnik ten miałby pierwszorzędny wpływ na zużycie energii.
Jednak w tym wypadku jest on pomijalny, gdyż całkowite obciążenie cieplne w budynkach takich jak centrum handlowe występuje przez stosunkowo krótki okres pracy. Dla tego typu obiektów największy wpływ na energochłonność systemów klimatyzacyjnych ma stosowany od niedawna wskaźnik efektywności energetycznej ESEER, liczony dla warunków różnych obciążeń cieplnych. Co prawda przy kalkulacji wskaźnika ESEER wykorzystuje się wartość wskaźnika EER dla obciążenia 100% (tj. pełnego obciążenia cieplnego), ale waga tego wskaźnika jest bardzo mała, bo zaledwie 3%.
Bardzo dużą różnicę można zaobserwować w przypadku wskaźników ESEER. Korzyści wynikające z zastosowania agregatów o jego wysokich parametrach zostaną przedstawione w dalszej części tekstu. W tym momencie można tylko nadmienić, że wyższe wskaźniki ESEER świadczą o dokładniejszym dopasowaniu do zmiennych parametrów pracy instalacji, mniejszych nakładach na koszty eksploatacji, wyższej dokładności dotrzymania zadanej temperatury wody i często mniejszej wymaganej pojemności zładu wody w instalacji hydraulicznej.
Patrząc na ilość i typ zastosowanych sprężarek, liczbę obiegów chłodniczych i ilość stopni pracy agregatu, można wyciągnąć następujący wniosek: w momencie awarii pojedynczej sprężarki przy agregacie wyposażonym w większą ich liczbę nastąpi spadek wydajności całkowitej tylko o niewielki procent (dla agregatu o większej wydajności chłodniczej podanego w projekcie – o ok. 16%).
W przypadku awarii sprężarki w agregacie dwusprężarkowym (o równomiernym – symetrycznym rozkładzie wydajności na poszczególne obiegi) spadek wydajności jest już znaczący, bo wynosi 50%. Należy również zwrócić uwagę na fakt, że w przypadku zastosowania dwóch sprężarek śrubowych całkowita ilość tłoczonego czynnika chłodniczego przypada na dwie sprężarki, co powoduje, że ich wymiary i ciężar zasadniczo komplikują naprawę lub nawet przegląd serwisowy. Z doświadczenia autora wynika, że problemy te są tak istotne, że w wielu przypadkach istnieje konieczność zastosowania helikoptera lub dźwigu o dużych gabarytach, co kilkakrotnie zwiększa koszty usunięcia usterki.
Przy zastosowaniu układu wielosprężarkowego ze sprężarkami spiralnymi awaria pojedynczej lub nawet kilku sprężarek nie jest kłopotliwa, gdyż przy konieczności wymiany sprężarka może zostać zabrana przez pracownika firmy serwisowej np. do zwykłej windy. Podział całkowitej wydajności na mniejszą liczbę sprężarek śrubowych i związane z tym wady tego typu urządzeń wpływają na niekorzystne wymiary i ciężar agregatu chłodniczego. Można zauważyć, że przy agregacie o mocy 400 kW długość agregatu ze sprężarkami śrubowymi jest większa o ponad 2 m, zaś ciężar jest większy o 2000 kg w porównaniu z agregatem typu multi-scroll podobnej konstrukcji.
