Hoe verbeter je de efficiëntie van proceskoeling en gekoeld water
Waarom de temperatuur van het gekoelde water de hoofdvariabele is, plus vrije koeling, volgordeschakeling, pompen en lastverlaging voor efficiënte proceskoeling.
Hoe een gekoeldwatersysteem energie gebruikt
Een typisch proceskoelsysteem heeft een koelmachine die koud water produceert, pompen die het naar de lasten rondpompen, en een warmteafvoersysteem — koeltorens of luchtgekoelde condensors — dat de geabsorbeerde warmte aan de atmosfeer afgeeft. De koelmachinecompressor is meestal de grootste afzonderlijke energieverbruiker, maar de pompen en ventilatoren eromheen voegen een aanzienlijk aandeel toe, en ze worden vaak op vol vermogen laten draaien ongeacht de vraag.
Het efficiëntieverhaal gaat over drie dingen: de koelmachine minder hard laten werken per eenheid koeling, water en lucht niet sneller verplaatsen dan nodig, en geen koellast genereren die niet had hoeven bestaan. De grootste afzonderlijke hefboom zit binnen de eerste hiervan.
Gekoeldwatertemperatuur: de hoofdvariabele
Een koelmachine werkt harder naarmate het gat groter is tussen de temperatuur die hij moet produceren en de temperatuur waaraan hij warmte afgeeft. Dus hoe kouder het gekoelde water dat hem wordt gevraagd te maken, hoe lager zijn efficiëntie. Veel systemen zijn ingesteld om water veel kouder te produceren dan de lasten werkelijk nodig hebben, simpelweg omdat het setpunt nooit opnieuw is bekeken.
Het verhogen van het gekoeldwatersetpunt, waar het proces het toelaat, is vaak de grootste afzonderlijke beschikbare efficiëntieverbetering — het verhoogt de efficiëntie van de koelmachine rechtstreeks. Evenzo vermindert alles wat de temperatuur verlaagt waaraan warmte wordt afgegeven (koeler condensorwater, koelere omgeving) de verhoging die de compressor moet overwinnen. Het versmallen van dit temperatuurgat is de kern van efficiënte koeling.
Vrije koeling
Wanneer de buitenlucht koud genoeg is, kunnen de koeltorens of droge koelers een deel of de gehele koellast leveren zonder de compressor überhaupt te laten draaien — dit is vrije koeling. Voor locaties met koelvraag gedurende koelere maanden kunnen de besparingen groot zijn, omdat het meest energiehongerige onderdeel wordt uitgeschakeld of ontlast.
Het realiseren ervan vereist de regelingen om de kans te detecteren en automatisch over te schakelen, en een gekoeldwatersetpunt dat hoog genoeg is zodat de omgevingscondities het een nuttig deel van het jaar kunnen halen. Vrije koeling en een zinvol setpunt versterken elkaar.
Pompen, ventilatoren en toerenregeling
Gekoeldwaterpompen en condensor-/torenventilatoren zijn klassieke centrifugale lasten, waar debiet en vermogen steil dalen naarmate het toerental afneemt. Toch draaien er veel op vast toerental tegen smoorkleppen, energie verspillend. Omschakelen naar variabel debiet — pomptoerental variëren om een drukverschil te houden, en ventilatortoerental om een condensortemperatuur te houden — vangt grote besparingen op bij deellast, en daar brengen deze systemen het grootste deel van hun leven door.
Hetzelfde geldt voor volgordeschakeling: in plaats van elke pomp en ventilator continu te laten draaien, regel ze naar de vraag. Deellastbedrijf is de normale toestand, dus het goed krijgen ervan doet er meer toe dan de vollastwaarde.
Meerdere koelmachines in volgorde schakelen
Waar een locatie meerdere koelmachines heeft, bepaalt hoe ze in volgorde worden geschakeld de systeemefficiëntie. Te veel machines licht belast draaien, of de verkeerde machine voor de omstandigheden, verspilt energie. Goede volgordeschakeling belast de meest efficiënte machines eerst, stemt het aantal draaiende koelmachines af op de last, en gebruikt elke koelmachine in zijn efficiënte bereik.
Dit wordt steeds vaker geautomatiseerd door installatie-optimalisatiesoftware die rekening houdt met de deellastkromme van elke machine, de huidige last en de omgevingscondities, en de combinatie met het laagste totale vermogen inzet. De winst van volgordeschakeling is reëel en vereist geen nieuwe mechanische installatie.
De last verlagen en monitoren
De goedkoopste koeling is de koeling die je nooit hoeft te leveren. Warmtetoenamen in gekoelde ruimten en kringen — door slechte isolatie, infiltratie, te grote debieten en procesinefficiëntie — voegen alle last toe die de koelmachine dan moet verwijderen. Het terugdringen van ongewenste warmtetoename bij de bron verlaagt de koelvraag rechtstreeks en laat elke andere maatregel op een kleinere last werken.
Niets hiervan is beheersbaar zonder meting. Het bemeteren van koelmachinevermogen tegen geleverde koeling geeft een rendementscijfer dat kan worden getrend; het bewaken van gekoeldwater- en condensortemperaturen, debieten en pomp- en ventilatorvermogen onthult verloop en bevestigt besparingen. Continue monitoring verandert een koelinstallatie van een vaste kost in een beheersbare.
Veelgestelde vragen
Wat is de grootste afzonderlijke manier om een koelmachine efficiënter te maken?
Verhoog het gekoeldwatersetpunt zo ver als het proces het toelaat. Een koelmachine werkt harder naarmate het water dat hij moet produceren kouder is, dus veel systemen verspillen energie door water kouder te maken dan de lasten nodig hebben. Het verhogen van het setpunt verbetert de efficiëntie van de koelmachine rechtstreeks.
Wat is vrije koeling?
Wanneer de omgevingslucht koud genoeg is, kunnen de koeltorens of droge koelers een deel of de gehele koellast leveren zonder de compressor van de koelmachine te laten draaien. De besparingen kunnen groot zijn voor locaties met koelvraag in koelere maanden, maar het vereist geschikte regelingen en een hoog genoeg gekoeldwatersetpunt.
Waarom gekoeldwaterpompen en ventilatoren omschakelen naar toerenregeling?
Het zijn centrifugale lasten waarvan het vermogen steil daalt naarmate het toerental afneemt, en koelsystemen brengen het grootste deel van hun tijd in deellast door. Vasttoerenbedrijf tegen smoorkleppen verspilt energie, terwijl het variëren van het toerental om druk of temperatuur te houden grote deellastbesparingen oplevert.
Doet de volgordeschakeling van koelmachines er echt toe?
Ja. Met meerdere koelmachines verspilt te veel licht belast draaien of de verkeerde machine voor de omstandigheden energie. Het eerst in volgorde schakelen van de meest efficiënte machines en het afstemmen van het aantal draaiende op de last verbetert de systeemefficiëntie zonder nieuwe mechanische installatie.
Gerelateerde gidsen
How to improve industrial refrigeration efficiency
The big refrigeration energy levers — suction and condensing pressure, defrost, compressor control, heat recovery and load reduction — and how to manage them.
Cooling tower efficiency
Cooling towers reject process heat to the air, and small improvements in approach, fan control and water treatment cut both energy and water use. The levers that matter and the faults that waste them.
Pump efficiency
Pumps are among the largest electricity users in industry, and many run far from their best efficiency point. Where pump energy is wasted — oversizing, throttling, wear — and how to recover it.
Fan and VFD optimization
Fans move air for ventilation, combustion, drying and cooling — and like pumps, they are often controlled by wasteful damping. How variable-speed drives and better system design cut fan energy.
Software die helpt
Schneider EcoStruxure
IoT platform for energy and plant resource management.
AVEVA Predictive Analytics
Early-warning analytics for critical process and power assets.
Seeq
Advanced analytics for time-series process data.