Посмотрите, как современные промышленные предприятия сокращают потребление энергии

Информация о системах отопления, вентиляции, кондиционирования и сантехнике

• Инженеры используют рекуперацию тепла, несколько контуров температуры охлажденной воды, рекуперацию энергии и централизованные системы управления зданием для снижения энергопотребления.
• Строгий экологический контроль, специализированные трубопроводы, повторное использование воды и надежные коммунальные системы необходимы для поддержки производственных процессов и качества продукции.

Респонденты:

• Мэтью Р. Мерли, PE, директор по обслуживанию клиентов, Fitzemeyer & Tocci Associates Inc., Воберн, Массачусетс
• Даррен Рогге, директор Jordan & Skala Engineers Inc., Норкросс, Джорджия
• Майкл П. Уолш, PE, LEED AP, старший директор по производству, IMEG, Цинциннати
• Джейкоб Вебер, PE, инженер проекта, Affiliated Engineers Inc., Мэдисон, Висконсин

Инженер-консультант июль/август Круглый стол MEP по промышленным объектам. С разрешения: Инженер-консультант

Какие уникальные системы охлаждения вы использовали в промышленных проектах?

Мэтью Мерли: Некоторые из наших проектов требуют низкой влажности/контроля процесса, поэтому мы используем больше охлажденной воды с низкой температурой, чтобы удовлетворить наши требования к точке росы. Помимо осушительного осушения для достижения сверхнизкой точки росы, это становится все более распространенным в наших приложениях. В одном проекте у нас было чистое помещение с температурой 68°F и относительной влажностью 10 %, то есть с очень низкой влажностью.

Джейкоб Вебер: Для крупной промышленной испытательной лаборатории в жарком и сухом климате мы разработали стратегию охлаждения, в которой использовалась охлажденная вода с температурой 57 °F для обслуживания всех технологических нагрузок и наиболее разумных нагрузок отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК). Реальные нагрузки в офисах и лабораториях обслуживались с помощью охлаждающих балок, что значительно снизило нагрузку на более типичную систему охлажденной воды с температурой 42°F. Это снизило подъем чиллера и потребление энергии, а в дни с низкой точкой росы позволило производить воду температурой 57°F без чиллеров с использованием жидкостных охладителей.

Этот подход сработал, потому что система отделяла нагрузки, которые могли обслуживаться более теплым и эффективным контуром, от нагрузок, которым действительно требовалась охлажденная вода с более низкой температурой, вместо того, чтобы принудительно все охлаждение проходить через одну низкотемпературную систему.

Как вы работали с HVAC проект системы или оборудования для повышения энергоэффективности здания?

Майкл Уолш: Повышение энергоэффективности систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на промышленных объектах часто предполагает рекуперацию и повторное использование энергии внутри системы. Например, в сельском хозяйстве с контролируемой средой мы разработали системы, в которых используются теплообменники для передачи энергии между потоками возвратного и приточного воздуха, что снижает общую потребность в отоплении и охлаждении.

В одном случае этот подход позволил значительно снизить требуемую мощность охладителя при сохранении жесткого контроля за состоянием окружающей среды. Подобные стратегии в сочетании с оборудованием правильного размера и оптимизацией конфигурации системы помогают снизить потребление энергии без ущерба для технологических требований, что имеет решающее значение на предприятиях, где условия окружающей среды напрямую влияют на производство.

Даррен Рогге: Оборудование HVAC может быть указано как более эффективное. Это может быть адаптировано к целям и бюджету проекта. Элементы управления также можно настроить на использование внешней среды или ночного охлаждения для снижения энергопотребления. Централизованная система управления зданием — отличный инструмент для предоставления возможностей, позволяющих повысить эффективность программирования в системе HVAC.

Джейкоб Вебер: Одна из эффективных стратегий – разделение нагрузок по требуемой температуре подачи. На промышленных и производственных объектах технологическое охлаждение обычно составляет большую часть общей нагрузки, но часто не требует такой же температуры охлажденной воды, которая необходима для осушения или комфортного охлаждения. Обслуживание этих нагрузок охлажденной водой с более высокой температурой может снизить подъемную силу чиллера и повысить эффективность. Это может увеличить первоначальную стоимость, поскольку требуется несколько температурных контуров, но повышение эффективности может обеспечить окупаемость в течение срока службы системы.

Мы также ищем возможности использования чиллеров с рекуперацией тепла. На многих промышленных объектах преобладает охлаждение, но все же одновременно возникают потребности в нагреве вентиляционного воздуха, отопления помещений, бытовой воды, технологического отопления или предварительного нагрева. Когда температурные требования совпадают, рекуперация тепла может снизить общее потребление энергии.

Мэтью Мерли: Мы всегда думаем о рекуперации энергии, особенно в промышленных приложениях, где этот процесс генерирует огромное количество энергии и тепла, которые мы можем попытаться утилизировать. Риск загрязнения вызывает беспокойство, поэтому иногда вы застреваете в таких вещах, как обходные циклы. Однако здесь есть огромные возможности.

Как технологические нагрузки и экологические требования влияют на проектирование систем отопления, вентиляции и кондиционирования по сравнению с традиционными зданиями?

Джейкоб Вебер: Помимо широкого разнообразия настроек контроля окружающей среды, которые можно найти в промышленных и производственных помещениях, требуемые условия часто приходится поддерживать в более жестких пределах, чем в традиционных коммерческих зданиях. Если офис отклоняется от заданного значения на несколько градусов, влияние обычно ограничивается комфортом обитателей. Если чистое помещение, сухое помещение или испытательная лаборатория выходят за пределы допустимого диапазона, последствия будут более существенными. Это может повлиять на качество продукции, достоверность испытаний или производительность производства. Эти требования часто приводят к специализированной обработке воздуха, осушению осушителем, надежной фильтрации, повышенным скоростям воздухообмена и более точному управлению или программируемым логическим контроллерам, чем обычно требуется на коммерческом объекте.

Даррен Рогге: Промышленные и производственные здания предъявляют такие же требования к состоянию помещений, как и традиционные здания, за исключением того, что в этих зданиях имеется оборудование и процессы, которые способствуют выделению тепла, влажности и выбросов в различные зоны. В зависимости от вклада оборудования, изоляционные помещения могут использоваться для сдерживания вклада технологического оборудования, чтобы с ним можно было работать в контролируемой среде, или можно принять во внимание объемную площадь технологической зоны для распределения вклада технологического оборудования. В таких условиях необходимо учитывать ряд факторов, и обсуждение с пользователем имеет первостепенное значение для определения правильного решения.

Майкл Уолш: На промышленных объектах проектирование систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха часто определяется технологическими требованиями, а не комфортом пассажиров. Контроль температуры, влажности и загрязнения может иметь решающее значение для качества продукции и производительности оборудования, требуя более жестких допусков и более специализированных систем, чем традиционные здания.

Это часто приводит к разделению технологических и комфортных систем HVAC, что позволяет оптимизировать каждую из них независимо. Инженеры также должны учитывать высокие технологические тепловые нагрузки, требования к вентиляции и качеству воздуха, которые могут существенно повлиять на размер системы и энергопотребление. В результате проектирование систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в этих средах более тесно интегрировано с технологическими процессами, что обеспечивает надежную и стабильную работу.

Какие стратегии используются для сокращения потребления воды и управления сточными водами на промышленных и производственных объектах?

Майкл Уолш: Растущая стратегия на промышленных предприятиях заключается в расширении систем очистки сточных вод, позволяющих повторно использовать воду, а не сбрасывать ее. Благодаря применению передовых технологий фильтрации, таких как микрофильтрация и обратный осмос, очищенные сточные воды часто можно повторно использовать на предприятии, что значительно снижает как потребление воды, так и сбросы в канализацию. В некоторых случаях эти подходы могут снизить общую потребность в воде более чем на 90%.

Кроме того, предприятия пересматривают традиционные системы, такие как возврат конденсата пара, которые могут снизить затраты на подпиточную воду, потребление энергии и затраты на очистку. Эти стратегии требуют тесной координации с разработкой процессов, но могут принести существенные преимущества в эксплуатации и устойчивом развитии.

Джейкоб Вебер: Стратегии сокращения потребления воды следует оценивать с точки зрения энергопотребления, доступности коммунальных услуг и технологических рисков. Чиллеры с воздушным охлаждением значительно сокращают потребление воды на предприятии, но обычно потребляют больше энергии, чем чиллеры с водяным охлаждением. Сухие охладители также могут снизить потребление воды в конденсаторе, сохраняя при этом более высокую эффективность, чем традиционные охладители с воздушным охлаждением в некоторых приложениях, хотя обычно они не так эффективны, как испарительное охлаждение.

Мы также видим все больше оценок рециркуляции воды в механических системах, таких как повторное использование надлежащим образом очищенной технической воды, конденсата или других непитьевых потоков для подпитки градирен или аналогичных целей. Эти стратегии могут снизить общее потребление воды, но требуют пристального внимания к качеству воды, ее очистке, образованию накипи, коррозии и требованиям к сбросу.

Опишите промышленный или производственный проект, в котором требовались технологические трубопроводы. Каковы были проблемы и решения?

Даррен Рогге: У нас есть проекты, включающие системы пара, технической воды и/или охлажденной воды. Трудности заключаются в координации основных трубопроводов, разводок труб вокруг элементов здания, оборудования и других систем здания. Другая задача — разработать планировку, обеспечивающую доступ для обслуживания ко всем клапанам и местам очистки. 3D-моделирование трубопроводных систем — отличный инструмент, позволяющий гарантировать, что эти системы скоординированы и настроены для обеспечения функционального дизайна.

Джейкоб Вебер: Для автомобильного завода с участками штамповки, кузова, покраски и общей сборки технологические трубопроводы являются основной частью инфраструктуры предприятия. Типичная задача — разработать системы, которые поддерживают текущее производство, одновременно позволяя вносить изменения в модели и переоснащать инструменты в будущем. Типичным подходом к решению этой задачи является послойная прокладка трубопроводов. Основные коллекторы рассматриваются как постоянная инфраструктура и располагаются там, где их не нужно перемещать. Ответвительные линии являются изолируемыми и полупостоянными, что позволяет вносить изменения при основных изменениях компоновки инструмента, не нарушая работу сети или других ответвлений.

Окончательные соединения инструментов являются наиболее гибкими и могут перемещаться по мере замены оборудования. Они также часто требуют более высокого уровня детализации, чем типичные коммерческие проекты, приближаясь к документации на уровне спецификации.

Майкл Уолш: Технологические трубопроводы являются важнейшим компонентом большинства технологических промышленных проектов, причем проблемы проектирования часто обусловлены характеристиками жидкости, такими как температура, давление, вязкость и химическая совместимость. Выбор подходящих материалов конструкции и конфигурации системы имеет важное значение для обеспечения производительности и долговечности.

Например, в одном проекте, связанном с подачей вязкой жидкости в реактор, материал был совместим со стандартной нержавеющей сталью в условиях окружающей среды, но становился коррозионным при повышенных температурах. Решение потребовало перехода на более устойчивые к коррозии материалы и включения систем нагрева для управления вязкостью. Такой тип координации между условиями процесса и конструкцией трубопроводов является ключом к созданию надежных систем.

Какой тип специальных трубопроводов, сантехнических или других систем вы недавно указали?

Майкл Уолш: На фармацевтических предприятиях специальные трубопроводные системы должны соответствовать строгим гигиеническим требованиям и требованиям к материалам. Это часто включает в себя трубы из нержавеющей стали 316L с контролируемой обработкой внутренней поверхности и сантехническую арматуру, установленную с помощью орбитальной сварки с последующей пассивацией для обеспечения коррозионной стойкости и целостности продукта.

В других технологических процессах мы разработали системы трубопроводов с рубашкой для поддержания температуры вязких материалов, которые затвердевают при более низких температурах. В этих системах для контроля температуры используется пар или горячее масло, и они требуют тщательного учета теплового расширения и гибкости системы. Во всех сферах применения для обеспечения надежной работы необходима тесная координация между проектированием процесса и трубопроводов.

Даррен Рогге: У нас есть пользователь, которому требуется центральная вакуумная система для поддержки определенного роботизированного оборудования. В конструкции реализованы два вакуумных блока (один резервный в конфигурации «ведущий/ведомый») и петлевые трубопроводы вокруг плиты пола оборудования с отводами к каждой части роботизированного оборудования. Контурный трубопровод оснащен запорными клапанами для изоляции определенных участков и обеспечения возможности технического обслуживания. Мы кодируем систему вакуумных трубопроводов цветом вместе с маркировкой, чтобы ее можно было легко отличить от других систем трубопроводов на предприятии.

Каковы некоторые проблемы или проблемы при проектировании использования воды в таких объектах?

Майкл Уолш: Проектирование использования воды на промышленных объектах сопряжено с проблемами, связанными как с подачей, так и со сбросом. Точное определение потребности в воде, включая пиковые нормы использования и факторы разнообразия, может быть затруднено на ранних этапах процесса проектирования, особенно когда технологические требования все еще развиваются.

Требования к качеству воды также значительно различаются в зависимости от применения, что может повлиять на конструкцию системы очистки и инфраструктуру распределения. Что касается сточных вод, понимание состава и изменчивости потоков сбросов имеет решающее значение для правильной очистки и соблюдения нормативных требований. Тесная координация с технологическими группами необходима для согласования проектирования системы с фактическими эксплуатационными потребностями и предотвращения недостаточного или чрезмерного проектирования критически важных систем водоснабжения.

Опишите проект, в котором требовался сжатый воздух. Каковы были проблемы и решения?

Даррен Рогге: Мы разработали систему сжатого воздуха для предприятия по переработке автомобилей, где автомобили подготавливаются с дополнительными опциями перед доставкой в дилерские центры. Эта конструкция имеет уникальные проблемы из-за больших потребностей в сжатом воздухе. В конструкции системы реализован резервный воздушный компрессор, а также прочная петлевая схема трубопроводов с изоляционными клапанами и несколькими резервуарами для хранения, позволяющая осуществлять техническое обслуживание и поддерживать давление в контуре, необходимое для удовлетворения различных требований к оборудованию.

Майкл Уолш: Сжатый воздух является важнейшим ресурсом на большинстве промышленных объектов, обеспечивая поддержку такого оборудования, как пневматические насосы и регулирующие клапаны. Общая проблема возникает в холодном климате, где влага в системах сжатого воздуха может конденсироваться и замерзать, что приводит к неисправности или простою оборудования, особенно при использовании на открытом воздухе.

Чтобы решить эту проблему, инженеры должны тщательно продумать стратегии очистки воздуха. Хотя на некоторых предприятиях для критически важных наружных систем используются альтернативные газы, такие как азот, более экономичным подходом часто является использование влагопоглотительных осушителей со сверхнизкой точкой росы вместо стандартных рефрижераторных осушителей. Правильная конструкция системы обеспечивает надежную работу, обеспечивая при этом баланс между производительностью, стоимостью и требованиями к техническому обслуживанию.

Публикация «Посмотрите, как современные промышленные предприятия сокращают потребление энергии»