CASE STUDY · WERYFIKACJA EFEKTU
Od pomiaru rzeczywistej pracy instalacji, przez projekt modernizacji, do weryfikacji efektu.
530 MWh chłodu / 69,5 MWh energii elektrycznej · 12 miesięcy
Problem → dane → diagnoza → projekt → realizacja → weryfikacja
01 · PUNKT WYJŚCIA
Instalacja chłodzenia procesowego rozwijała się stopniowo wraz ze wzrostem potrzeb zakładu. Kolejne elementy układu były dokładane w różnych okresach przez różnych wykonawców, a późniejsze zmiany i bieżące usprawnienia realizowały służby utrzymania ruchu.
W efekcie powstał układ, który zapewniał wymagane chłodzenie procesu, ale nie był projektowany i optymalizowany jako jedna całość.
Celem nie była więc wymiana sprawnej instalacji, lecz uporządkowanie jej pracy i ograniczenie energii zużywanej na wytwarzanie oraz dystrybucję chłodu.
02 · ISTNIEJĄCY UKŁAD
Instalacja zapewniała wymagane chłodzenie procesu, ale robiła to kosztem niepotrzebnie dużych przepływów.
Po stronie odbioru pracował wymiennik o zbyt małej powierzchni wymiany, a układ pomp był przewymiarowany i częściowo zdublowany. W efekcie przez instalację przepływało więcej wody niż było potrzebne, przy jednocześnie niewielkiej różnicy temperatur między zasilaniem i powrotem.
Duży przepływ nie oznaczał więc większej ilości użytecznego chłodu — oznaczał przede wszystkim dodatkową pracę pomp.
03 · DANE, POMIAR I DIAGNOZA
Sterowanie odbywało się doraźnie, bez rejestracji stanów pracy i parametrów instalacji. Układ zapewniał chłodzenie procesu, podczas normalnej pracy linii produkcyjnych. Jednak przy kumulacji obciążenia pojawiały się deficyt chłodu oraz nie dostarczał informacji pozwalających ocenić jego rzeczywistą efektywność.
Dlatego zaczęliśmy od pomiarów temperatur, przepływów i stanów pracy głównych elementów instalacji.
Rzeczywiste różnice temperatur na części odbiorników były bardzo małe, co wskazywało na nadmierne przepływy. To istotne, ponieważ przy regulacji prędkości obrotowej pompy jej zapotrzebowanie na moc zmienia się w przybliżeniu z trzecią potęgą przepływu.
Pompy w chillerach oraz pompa obiegu pierwotnego pracowały równocześnie znajdując się na tym samym rurociągu. Takie rozwiązanie, w większości układów chłodzenia, wskazuje na błąd, który należało zweryfikować.
Część wymienników na liniach produkcyjnych nie pozwalała uzyskać rozsądnej różnicy temperatur (oczekiwana ΔT co najmniej 4.5°C), a niektóre obiegi pozostawały otwarte również poza pracą odbiorników.
Agregaty pracowały równolegle, a na każdym z urządzeń był indywidualnie ustawiony najniższy (możliwie) setpoint. Należało sprawdzić powód ich nieracjonalnego załączania/odstawiania i nieefetktywnej pracy - braku dopasowania ich pracy do aktualnego zapotrzebowania.
04 · CO POKAZAŁY DANE
Analiza wykazała, że część możliwego do pozyskania chłodu była już dostępna w zakładzie — bez pracy agregatów chłodniczych. Jednocześnie największy potencjał poprawy efektywności nie wynikał z samej wymiany urządzeń.
Jedna z linii korzystała bezpośrednio z chłodnej wody wodociągowej dostępnej na wejściu do zakładu, podczas gdy pozostałe były chłodzone przez agregaty. Projekt miał połączyć oba źródła w jeden sterowany układ - wykorzystując chłód wody wodociągowej w pierwszej kolejności, a agregaty tylko wtedy, gdy było to potrzebne.
Na podstawie pomiarów i analizy dostępności chłodnej wody oszacowano potencjał jej wykorzystania na około 572 MWh chłodu rocznie.
Przez większą część roku temperatura wody wodociągowej na wejściu do zakładu była wystarczająco niska, aby wykorzystać ją do chłodzenia procesu wymagającego temperatury ok. 25°C.
Większa powierzchnia wymiany pozwalała przekazać wymaganą moc chłodniczą przy mniejszym przepływie, a tym samym ograniczyć energię potrzebną do pompowania.
Przepływy przez poszczególne odbiorniki wymagały uporządkowania i dopasowania do ich rzeczywistych potrzeb, zamiast kompensowania problemu zwiększaniem przepływu w całej instalacji.
Dlatego projekt nie sprowadzał się do ograniczenia pracy agregatów. Chodziło o uzyskanie wymaganej mocy chłodniczej przy możliwie wysokiej temperaturze zasilania, mniejszych przepływach i wykorzystaniu w pierwszej kolejności chłodu dostępnego w wodzie wodociągowej. Każdy 1°C podniesienia temperatury po stronie parownika może poprawiać efektywność agregatu o ok. 1,5–2,5%, w granicach jego dopuszczalnego zakresu pracy.
Wniosek projektowy był następujący: źródło dostępne bez pracy agregatów powinno pracować jako podstawowe, a agregaty chłodnicze jedynie uzupełniać brakującą moc.
05 · PROJEKT INSTALPOL
Projekt przełożył wnioski z diagnozy na konkretne rozwiązania: wykorzystanie dostępnego źródła chłodu, większą powierzchnię wymiany oraz przepływy dopasowane do rzeczywistych potrzeb odbiorników.
Na podstawie analizy pracy instalacji oraz przyjętego sposobu sterowania oszacowano potencjał ograniczenia zużycia energii elektrycznej na 76,5 MWh rocznie. Wartość ta stanowiła założenie projektowe, które po realizacji można było skonfrontować z rzeczywistymi wynikami pomiarów.
Projekt zakładał priorytetowe wykorzystanie chłodu dostępnego w wodzie wodociągowej, a następnie uzupełnianie brakującej mocy przez agregaty chłodnicze. Sterowanie kaskadą agregatów, pompą z falownikiem i zaworami regulacyjnymi powiązano z rzeczywistym zapotrzebowaniem instalacji.
Opracowano również szczegółowe algorytmy sterowania, wykorzystane w powstającym równolegle systemie BMS. Istotnym założeniem było oddzielenie lokalnych funkcji sterowania i zabezpieczeń od nadrzędnego nadzoru oraz analizy danych.
Projekt przewidział również wielomiejscowy pomiar temperatur, ciśnień i energii chłodu po obu stronach wymienników. Dane z liczników trafiają oprócz BMS, także do EnobEMS (przez EnobHUB) - dzięki temu po uruchomieniu można było wrócić do rzeczywistej pracy instalacji i zweryfikować efekt.
Istotnym elementem poprawy efektywności energetycznej układu było zapewnienie odpowiednich przepływów medium chłodzącego (woda lodowa) przez poszczególne odbiorniki.
Zaprojektowano zawory regulacyjne niezależne od zmian ciśnienia (PICV) wyposażone w ultradźwiękowy pomiar przepływu. Rozwiązanie pozwala utrzymywać wymagane przepływy niezależnie od zmian ciśnienia w instalacji, a dzięki komunikacji z BMS również dostosowywać ich wartości zadane do aktualnego zapotrzebowania odbiorników.
REALIZACJA · PO STRONIE KLIENTA
Projekt Instalpol został zrealizowany przez inwestora i jego wykonawców. Po przebudowie instalacji hydraulicznej, wykonaniu automatyki BMS i uruchomieniu EnobHUB mogliśmy wrócić do danych i sprawdzić rzeczywisty efekt.
06 · ZWERYFIKOWANY EFEKT
Po realizacji nie porównywaliśmy efektu z założeniami projektowymi na podstawie deklaracji - oceniliśmy rzeczywistą pracę układu na podstawie pomiarów. Ponieważ dane są zbierane automatycznie przez EnobHUB i przekazywane do systemu ENOB, mogliśmy ocenić rzeczywistą pracę układu w całym roku - również jej wyraźną sezonowość.
TWÓJ ZAKŁAD
Zacznijmy od pomiarów i bilansu jej pracy.