تصميم محطة التبريد (1) – أساسيات مبرد المياه. يعتبر استخدام الماء المبرد لتبريد مبنى أو عملية فعالًا ومرنًا. يمكن لأنبوب الماء المبرد بقطر ٢ بوصة من الجدول ٤٠ توفير نفس برودة التبريد التي يمكن أن يوفرها نظام للهواء بقطر ٤٢ بوصة. يسمح استخدام المبردات لمهندس التصميم بإنتاج ماء مبرد في موقع مركزي داخل المبنى أو حتى على السطح وتوزيع الماء بشكل اقتصادي ودون الحاجة إلى استخدام ممرات هوائية كبيرة. كما يوفر الماء المبرد تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة الذي يكون خاصة مفيدًا في حالات تغيير حجم الهواء. الغرض من هذا الدليل هو مناقشة مختلف أنواع التوصيل والتحكم.

يناقش هذا الدليل في البداية المكونات المستخدمة في نظام تبريد المياه المبردة. ثم يستعرض تصاميم مختلفة لمحطات التبريد مشرحاً عملها ونقاط قوتها ونقاط ضعفها. حيثما كان مناسبًا، سيتم توفير تسلسل العمليات. كل مشروع فريد لذا فإن هذه التسلسلات مجرد إرشادات. بالإضافة إلى ذلك، تشير العديد من الأقسام إلى المعيار ASHRAE 90.1-2001. يتم توفير أرقام الأقسام الخاصة بASHRAE بين القوسين لتوجيه القارئ. الأقسام المشار إليها في هذا الدليل ليست بأي حال من الأحوال شاملة. يوصى بأن يكون لدى القارئ وصول إلى نسخة من المعيار 90.1 بالإضافة إلى الدليل الخاص بالمستخدم.

تصميم محطة التبريد (1) – أساسيات مبرد المياه. – أساسيات مبرد المياه

يمكن أن يكون مبرد الماء مبرد بالماء، أو مبرد بالهواء، أو مبرد بالتبخير. أما أنواع ضواغط المبردات فغالبًا ما تكون متغيرة الحركة، أو سكرول، أو دوارة، أو مركزية. يمكن أن يكون المبخر بعيدًا عن الجزء المكثف في وحدات التبريد بالهواء، مما يتيح لحلقة المياه المبردة البقاء داخل غلاف المبنى عند استخدام مبرد خارجي. في التطبيقات التي يمكن توقع حدوث درجات حرارة تحت الصفر، فإن إبقاء حلقة المياه المبردة داخل المبنى يجنب الحاجة إلى بعض أشكال النتوء. يمكن أن يكون هناك عدة مبردات في محطة المياه المبردة. سيتم مناقشة تفاصيل تصاميم محطات المبردات المتعددة في أقسام مستقبلية.

يمر الماء المبرّد من خلال المبخر للمبرّد. المبخر هو مبادل حراري حيث يتخلص الماء المبرّد من حرارته الحسية (درجة حرارة الماء تنخفض) وينقل الحرارة إلى وسيط التبريد بصورة طاقة كامنة (يتبخر أو يغلي وسيط التبريد).

تصميم محطة التبريد (1) – أساسيات مبرد المياه. -معدل تدفق السائل و كمية الحرارة المبادلة Flow and Capacity Calculations

لتطبيقات تكييف الهواء، تكون شروط التصميم الشائعة هي درجة حرارة ماء التغذية 44°F و 2.4 جالون في الدقيقة لكل طن. يمكن وصف التغيير في درجة حرارة السائل سواء بالمكثف أو المبخر باستخدام الصيغة التالية:

Q = W x C x ΔT

 حيث

Q = كمية الحرارة المبادلة (Btu/hr)

W = معدل تدفق السائل (جالون أمريكي في الدقيقة)

C = الحرارة النوعية للسائل (Btu/رطل· °F)

ΔT = تغيير درجة حرارة السائل (°F)

 بافتراض أن السائل هو الماء، تأخذ الصيغة الشكل الأكثر شيوعًا كالتالي:

 Load (Btu/hr) = Flow (USgpm) x (°Fin – °Fout) x 500

Load (tons) = Flow (USgpm) x (°Fin – °Fout)/24

باستخدام هذه المعادلة وظروف التصميم المذكورة أعلاه، يتم العثور على تغيير درجة الحرارة في المبخر بمقدار 10 درجة فهرنهايت. ثم يتم التوصل إلى درجة حرارة الماء الذي يدخل المبخر والتي تبلغ 54 درجة فهرنهايت. معظم ظروف تصميم تكييف الهواء تعتمد على درجة حرارة 75 درجة فهرنهايت ونسبة رطوبة نسبية بنسبة 50% في المساحة المحتلة. نقطة الندى للهواء في هذه الحالة تبلغ 55.08 درجة فهرنهايت. يعتمد معظم تصاميم أنظمة تدفئة وتهوية وتكييف الهواء على تبريد الهواء إلى هذه نقطة الندى للحفاظ على نسبة الرطوبة المناسبة في المساحة. ويعني استخدام نهج بمقدار 10 درجة فهرنهايت في الملف المبرد أنه يجب أن تكون حاجة المياه المبردة حوالي 44 أو 45 درجة فهرنهايت. لا يلتزم المصمم بهذه الظروف النموذجية للتصميم. في الواقع، يمكن العثور على حلول توفير الطاقة الأكثر كفاءة من خلال تعديل ظروف التصميم، حسب احتياجات المشروع. تغيير معدل تدفق الماء المبرد يؤثر على أداء مبرد محدد. تقليل معدل تدفق قليل يقلل من كفاءة المبرد ويؤدي في النهاية إلى تدفق لامع. ويكون معدل التدفق الأدنى عادة حوالي 3 قدم في الثانية. تزيد معدل تدفق عالي جداً إلى اهتزاز وضوضاء وتآكل الأنابيب. ويكون معدل التدفق الأقصى عادة حوالي 12 قدم في الثانية. يجب الحفاظ على معدل تدفق الماء المبرد بين هذه الحدود من 3 إلى 12 قدم في الثانية. يتدفق الماء المكثف خلال مكثف المبرد. المكثف هو أيضاً مبادل حراري. في هذه الحالة، يترك الحرارة التي أمتصت من المبنى بالإضافة إلى العمل الميكانيكي للضغط الزائد، السوائل التبريدية (تكثيف السائل التبريدي) وتدخل الماء المكثف (زيادة درجة حرارته). وللمكثف نفس القيود المتعلقة بتغيير التدفق كما هو الحال مع المبخر.

تصميم محطة تبريد– المبردات وكفاءة الطاقة المبردات

 غالبًا ما تكون أكبر مستهلكي الكهرباء في المبنى. تحتوي مبردة بسعة 1000 طن على محرك يبلغ قوته 700 حصان. تحسين أداء المبرد يعود بالفائدة على تكلفة تشغيل المبنى على الفور. تُعطى تصنيفات كفاءة مبردات الحمل الكامل عادةً في شكل كيلوواط/طن، أو عامل أداء COP (كيلوواط التبريد/كيلوواط الإدخال)، أو EER (معدل كفاءة الطاقة = طن × 12/كيلوواط الإدخال). أداء الحمل الكامل إما تحت شروط الـ ARI الافتراضية أو تحت الشروط التي حددها المصمم. من المهم أن تكون محددًا حول الظروف التشغيلية حيث يختلف أداء المبرد بشكل كبير في ظروف التشغيل المختلفة. يمكن تقديم أداء المبرد بحمل جزئي وفقًا للشروط التي حددها المصمم أو يمكن استخدام NPLV (القيمة غير القياسية للحمل الجزئي). تعريف NPLV محدد بوضوح في مواصفات الاختبار للمبردات ARI 550/590-98. لمزيد من المعلومات، راجع دليل التطبيق AG 31-002 من McQuay، أساسيات المبردات الطردية.

To convert from COP to kW/ton;

COP = 3.516/(kW/ton)

To calculate EER = Tons x 12/(total kW input)

نظرًا لأن المباني نادرًا ما تعمل في ظروف تحميل التصميم (عادةً أقل من 2% من الوقت)، فإن أداء جزء حمولة مبرد الهواء بالكامل أمر حرج لأداء مجموع جيد لمحطة التبريد بأكملها. لقد تحسنت كفاءة جزء حمولة وكامل التبريد بشكل كبير خلال الـ 10 سنوات الماضية (وتتوافر مبردات بـ NPLV بقيمة 0.35 كيلووات/طن) إلى الدرجة التي سيكون عليه أداء طاقة محطة تبريد مستقبلية أن يأتي من تصميم محطة التبريد. تشمل المعايير الأساسية للعمارة القياسية 90.1-2001 لأشراي الشروط الإلزامية لأداء الحد الأدنى لمبرد. يغطي جدول 6.2.1.C من هذه المعيار مبردات في ظروف ARI القياسية. تغطي الجداول 6.2.1H إلى M مبردات الطرد المركزي في ظروف غير قياسية.

تصميم محطة التبريد (1) – أساسيات مبرد المياه.