R718 – voda jako chladivo
Provozovatelé chladicích zařízení čelí aktuálně obrovským výzvám. V roce 2018 je v celé EU realizována další etapa Nařízení o F-plynech. Ceny chladiv typu HFKW prudce vzrostly a je jich kritický nedostatek, také se zpřísnily bezpečnostní požadavky na provozovatele.
© Fotolia.com
Energeticky účinné chlazení s bezpečným přírodním chladivem vodou (R718) – to nabízí společnost Efficient Energy GmbH produktem eChiller, doposud na světě jediným sériově vyráběným chladicím zařízením (bislang weltweit einzigen serienmäßig verfügbaren Kältemaschine), na které se nevztahuje Nařízení o F-plynech a ani bezpečnostní požadavky kvůli chladivu (kältemittelrelevante Sicherheitsanforderungen).
Legislativní nařízení a jejich dopady nutí provozovatele k akci
Obr. 1: Postupný útlum F-plynů (Phase Down) podle Nařízení EU o F-plynech
Fluorovaná chladiva přispívají díky vysoké hodnotě svého potenciálu globálního oteplování (Treibhauspotenzial, GWP) ne nevýznamně k oteplování klimatu (ale jenom pokud se používají jako spreje a vypouštějí se volně do atmosféry – poznámka redakce). Nařízení EU o F-plynech 517/2014 má působit proti globálnímu oteplování (soll dem entgegenwirken) tím, že předpokládá postupnou redukci souhrného ekvivalentu CO2 chladiv, uvedených ročně na trh EU, do roku 2030, o 79 % (Obr. 1). Dále, kromě zpřísnění předpisů (neben verschärften Regeln) pro provoz a údržbu stávajících chladicích zařízení, zavádí postupně zákazy některých nových zařízení (Verbot von Neuanlagen) v některých aplikacích, která by používala chladiva s mimořádně vysokým GWP, který se bude podle harmonogramu postupně zpřísňovat. Pro rok 2018 klesl prozatím celkový ekvivalent CO2, který bude možno během jednoho roku uvést na trh, na 63 % z výchozího množství ekvivalentů CO2. Výsledkem je citelný nedostatek některých fluorovaných chladiv v EU a značný nárůst jejich ceny.
Zpřísněné provozní a bezpečnostní požadavky (verschärften Betriebs- und Sicherheitsanforderungen) povedou i nadále ke zvyšování nákladů na provoz a údržbu, přičemž netěsnosti, kvůli omezení emisí fluorovaných skleníkových plynů, musí být neprodleně opraveny certifikovanými osobami a podniky (von zertifizierten Personen und Unternehmen) a provozovatel zařízení, jehož celková náplň chladiva dosáhne nebo překročí 5 t ekvivalentu CO2, je povinen provádět pravidelné kontroly těsnosti (regelmäßigen Dichtigkeitskontrollen) a vést záznamy o zařízení (Führung von Aufzeichnungen). K tomu Směrnice o Ekodesignu EU 2016/2281 předepisuje už také pro chladicí zařízení minimální hodnoty účinnosti (Mindesteffizienzwerte). To vše vede k daleko většímu časovému, administrativnímu a finančnímu zatížení (zu mehr Zeit- und Kostenaufwand) provozovatelů.
Na eChiller se nevztahuje Nařízení o F-plynech
Jedno řešení nabízí německá firma Efficient Energy GmbH svým výrobkem eChiller. Chladivem v eChilleru je pitná voda (Trinkwasser), kterou denně používáme (täglich verwenden). Voda má jako chladivo označení R718. S hodnotou GWP 0, a tím, že je nejedovatá a nehořlavá, je voda bezpečným, přírodním a klimaneutrálním chladivem. Nevztahuje se na ni Nařízení o F-plynech a nepodléhá tedy žádným omezením ohledně použití (unterliegt somit keiner Beschränkung in der Verwendbarkeit). Také veškeré na chladiva se vztahující bezpečnostní požadavky odpadají. Voda je navíc snadno dostupná (leicht verfügbar), je s ní snadné zacházení (einfach handhabbar) a je relativně levná (kostengünstig).
eChiller – Typ 35
Obr. 2: Oblast použití (Einsatzbereich) eChillerů Typ 35
Obr. 3: Charakteristiky účinnosti (Effizienzkennwerte) eChillerů Typ 35
eChiller – Typ 45
Obr. 4: Oblast použití (Einsatzbereich) eChillerů Typ 45
Oblast I: optimální meze provozu (tmavá plocha)
Oblast II: na požádání může být teplota chlazené vody na výstupu ze zařízení přizpůsobena (světlejší plocha)
*) hodnoty účinnosti při provozu na plný výkon
**) EER (energy efficiency ratio) udává hodnotu účinnosti vyjádřenou poměrem poskytnutého chladicího výkonu k vynaložené energii (obdoba dříve používaného názvu pro chladicí faktor, který se vyjadřoval poměrem poskytnutého chladicího výkonu k vynaloženému příkonu)
Obr. 5: Charakteristiky účinnosti (Effizienzkennwerte) eChillerů Typ 45
Bereich I: optimale Betriebsgrenzen (dunkle Fläche)
Bereich II: optional kann die Kaltwasseraustrittstemperatur angepasst werden (hellere Fläche)
*) Effizienzwerte bei Volllast
**) Mit dem EER (energy efficiency ratio) wird das Maß der Effizienz bezeichnet, das die erbrachte Kälteleistung ins Verhältnis zum Energieaufwand setzt
Použitím eChilleru profitují provozovatelé hned několikrát:
- Předpisy na ochranu životního prostředí a bezpečnostní předpisy (Umwelt- und Sicherheitsvorschriften), které platí pro fluorovaná chladiva, odpadají.
- eChiller pracuje vždy v energeticky optimálním provozu (im energetisch optimalen Betrieb). Stará se o to integrovaná plynulá regulace s využitím volného chlazení (stufenlose Regelung mit Freikühlbetrieb). Zařízení se přepíná do módu volného chlazení už při teplotách chladicí vody (bei Kühlwassertemperaturen), které jsou jenom nepatrně pod požadovanou teplotou chlazené vody (nur geringfügig unterhalb der geforderten Kaltwassertemperatur). V závislosti na aplikaci (je nach Anwendungsfall) se během jednoho roku dociluje až 80% úspora energie oproti současnému stavu (běžné chladicí) techniky (gegenüber dem Stand der Technik).
- eChiller splňuje jak požadavky na energetickou účinnost (Effizienzanforderungen) prvního stupně Směrnice o Ekodesignu EN 2016/2281, které platí od ledna 2018, tak už i ještě přísnější požadavky (als auch die noch höheren Anforderungen) druhého stupně této směrnice, které začnou platit od roku 2021.
- Extrémě tichý (leise) a na vibrace chudý (vibrationsarme, s klidným chodem) eChiller může být instalován i mimo strojovnu (außerhalb eines Maschinenraums). Povinnosti provozovatele (Betreiberpflichten) s ohledem na bezpečnostní požadavky (bzgl. der Sicherheitsanforderungen) pro chladicí zařízení (für Kälteanlagen) podle DIN EN 378 zcela odpadají.
- Náklady na chladivo (Kosten für das Kältemittel) se omezují na jednorázovou náplň o velikosti 60 l vody z vodovodního řádu (Leitungswasser). Při odstavení z provozu (bei Außerbetriebnahme) se může voda bez poplatků (ohne Auflagen) volně vypustit do odpadu (der Abwasserentsorgung zugeführt werden).
- Navíc jsou redukovány i investiční náklady, protože eChiller má nárok na dotace (BAFA-förderfähig; v Německu dotuje Spolkový úřad pro hospodářství a kontrolu vývozu – Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle, BAFA – instalace eChillerů v rámci Národní iniciativy na ochranu klimatu – Nationalen Klimaschutzinitiative).
Kompaktní jednotka na chlazení vody je ideální pro chlazení datových center, pro chlazení budov i pro chlazení průmyslových procesů
eChiller je navržen pro chlazení procesů s vysokými teplotami chlazené vody na vstupu do chladicí povinnosti (mit hohen Kaltwasser- Vorlauftemperaturen, na výstupu z chladicího zařízení respektive na vstupu do chladicí povinnosti). Optimálně chladí v oblasti teplot od 16 °C do 22 °C. Teploty na vstupu do chladicí povinnosti se ale mohou pohybovat i v daleko širším rozmezí, od 10 °C až do 28 °C, tj. ve spektru teplot, které běžná chladicí zařízení mohou pokrýt jen částečně (ein Spektrum, das herkömmliche Kältemaschinen nur teilweise abdecken können).
Obr. 6: Příklad průmyslového chlazení (Beispiel – Industriekühlung)
Výhody
- kompaktní, variabilní, jednoduché (kompakt, variabel, einfach)
- vysoká přesnost regulace ±0,1 K (hohe Regelgenauigkeit ± 0,1K)
- proměnlivá množství vody pro teplotní rozpětí na chlazené vodě mezi 2 a 20 K (Variable Wassermengen für Kaltwasserspreizungen zwischen 2 und 20K)
- Rückkühlwerk = chladicí věž (odvod odpadního/nepotřebného tepla)
- Pumpenstation = čerpací stanice
- 34 % Wasser-Glykol-Gemisch = pracovní kapalina 34% směs vody a glykolu
- Trennung Wasser-Glykol = rozhraní mezi pracovními okruhy s náplní vody a s náplní směsi vody s glykolem
- Wasser = voda
- Puffer, Pufferspeicher, Hydraulische Weiche (nach Bedarf) = vyrovnávací nádrž (podle potřeby)
Ideálními oblastmi pro aplikace (Anwendungsbereiche) jsou chlazení místností serverů a rozvaděčů (Kühlung von Server- und Schalträumen), chlazení budov (Gebäudekühlung) především aktivace stavebních prvků (Bauteilaktivierung) a chladicí stropy (Kühldecken) a průmyslové procesní chlazení (industrielle Prozesskühlung), jako např. vstřikovací odlévání (Spritzgußfertigung) a protlačování (Extrusion).
V závislosti na dimenzování (Auslegung) teploty chlazené vody na výstupu z chladicího zařízení (Kaltwasseraustrittstemperatur) a na volbě kompresoru jsou k dispozici eChillery ve dvojím provedení ve výkonové oblasti (in einem Leistungsbereich) od 20 až do 45 kW jmenovitého chladicího výkonu (Nennleistung).
Meze oblasti použití a hodnoty účinnosti
Diagramy 2 a 4 na levé straně znázorňují provozní oblast (Betriebsbereich) v teplotních mezích použití (Einsatzbereich) obou provedení. Např. pro „typ 35“ je možno pro potřebnou teplotu chlazené vody na výstupu z chladicího zařízení (Kaltwasseraustritts- temperatur) 18 °C odečíst maximální přípustnou teplotu chladicí vody na vstupu do chladicího zařízení (Kühlwassereintritts-temperatur) 40 °C. Tmavě zbarvená a římskou číslicí I označená oblast znázorňuje optimální oblast použití. Zařízení pro práci v oblasti označené římskou číslicí II jsou k dispozici na vyžádání (auf Anfrage verfügbar).
V diagramech 3 a 5 na pravé straně jsou uvedeny charakteristiky účinnosti (Effizienzkennwerte) příslušného zařízení v závislosti na teplotě chlazené vody na výstupu z chladicího zařízení (Kaltwasseraustrittstemperatur) a teplotě chladicí vody na vstupu do chladicího zařízení (Kühlwassereintrittstemperatur). Na příkladu pro „typ 35“ lze pro požadovanou (potřebnou) teplotu chlazené vody na výstupu z chladicího zařízení (Kaltwasseraustrittstemperatur) 20 °C a teplotu chladicí vody na vstupu do chladicího zařízení (Kühlwassereintrittstemperatur) 25 °C odečíst EER v hodnotě „8“.
Obr. 7: Příklad chlazení prostoru serverů / rozvaděče (Beispiel – ITServerraum / Schaltschrankkühlung)
Výhody
- provozní spolehlivost díky naddimenzovatelné a v modulech realizovatelné sestavě (Betriebssicherheit durch redundanten und skalierbaren Aufbau)
- klouzavé volné chlazení (gleitende freie Kühlung)
- vysoké teploty chlazené vody (hohe Kaltwassertemperaturen)
- snadná integrace do řídicí infrastruktury datového centra (Einfache Einbindung in Ihr Data Center Infrastructure Management, DCIM)
- integrovaná webová visualisace HTML5 pro snadný přístup (Integrierte HTML5-Webvisualisierung für einfachen Zugriff)
- Rückkühlwerk = chladicí věž (odvod odpadního/nepotřebného tepla)
- Puffer, Pufferspeicher, Hydraulische Weiche (nach Bedarf) = vyrovnávací nádrž (podle potřeby)
Obr. 8: Příklad aktivace stavebních částí / velkoplošné chlazení (Beispiel Bauteilaktivierung / Flächenkühlung)
Výhody
- malé teplotní diference na chlazené vodě 2 K (Niedrige Kaltwasserspreizungen 2K)
- snadné začlenění (instalace) díky malým rozměrům (Einfache Einbringung durch kleine Maße)
- strojovna není nutná (Kein Maschinenraum notwendig)
- velmi tiché, hladina akustického tlaku 42,5 dB ve vzdálenosti 5 m (Sehr leise; Schalldruckpegel 42,5dB in 5m Abstand)
- snadná integrace do řídicího systému budovy (Einfache Integration in die Gebäudeleittechnik)
- Rückkühlwerk = chladicí věž (odvod odpadního/nepotřebného tepla)
- Kühldecke = chladicí strop (velkoplošné chlazení)
Modulový systém s jednoduchou integrací
eChiller disponuje standardně rozhraními (verfügt standardmäßig über Schnittstellen) k integraci do nadřazeného řídicího systému a k ovládání periferie jako jsou chladicí věže (Rückkühlwerk; pro odvod odpadního/nepotřebného tepla do okolí), čerpadla chladicí a chlazené vody (Kühl- und Kaltwasserpumpen) a ventil na chladicí vodě (Kühlwasserventil) pro ochranu proti zamrznutí (zum Frostschutz).
Vedle kompaktní jednotky na chlazení vody (Kaltwassersatz) jsou i všechny hydraulické komponenty, potřebné pro kompletní instalaci, nabízeny v modulech. Sestavením více zařízení (durch die Kombination mehrerer Anlagen) je možno celkový chladicí výkon navýšit až na 300 kW (auf über 300 kW skalieren).
Osvědčená a mnohokrát oceněná technologie
Revolučně inovativní technologie eChilleru se perfektně osvědčuje už od konce roku 2014 v běžném provozu. Vysoké očekávání na provozní výkonnost (Leistungsfähigkeit) a provozní spolehlivost (Betriebssicherheit) se úspěšně potvrdila jak v několikaletém provozu u zákazníků (in mehrjährigen Kundenanwendungen), tak na zkušebnách (Prüfständen) nezávislých institucí (unabhängigen Instituten) jako TÜV Süd a TÜV Nord.
Mnohočetná ocenění z provozů (Wirtschaft) a od politiků dokládají, že eChiller s „vodou jako chladivem“ je ekonomicky i ekologicky do budoucna směřující spolehlivou alternativou, která už dnes významně spoluovlivňuje chladicí techniku budoucnosti. eChiller byl mezi jinými oceněn cenou výpočetních středisek Deutschen Rechenzentrumspreis 2017 v kategorii „RZ-Klimatisierung und Kühlung“, cenou průmyslu chlazení „RAC Cooling Industry Award 2017“, cenou životního prostředí „Partslife Umweltpreis 2017“ a cenou určenou pro chladicí techniku „Deutsche Kältepreis 2016“.
Společnost Efficient Energy GmbH z Feldkirchenu nedaleko Mnichova vyvinula, vyrábí a dodává na trh EU systém eChiller. Od konce roku 2014 je eChiller v domácím závodě (am Firmenstandort) vyráběn sériově (in serienreife produziert). Současně společnost poskytuje konzultace ve všech specifických otázkách a podle potřeby i podporu projektantům při integraci eChillerů do konkrétních aplikací.
Přednosti chladicího zařízení eChiller
Obr. 9: Přednosti eChilleru, kompaktního chladicího zařízení na chlazení vody s vodou jako chladivem od společnosti Efficient Energy GmbH z bavorského Feldkirchenu
Výhody:
Kosteneffizient / nenáročný na provoz a s dotací na investici
- geringe Energiekosten / malé náklady na energii
- Wasser (R718) – kostengünstig, leicht verfügbar / chladivem je voda (R718), která je relativně levná a snadno dostupná
- BAFA-förderfähig / v dotačním programu BAFA (BRD)
- geringe Wartungskosten / malé náklady na údržbu
- bis zu 80 % Energieersparnis / až 80% úspora energie
- integrierte stufenlose freie Kühlung / integrovaná plynulá regulace volného chlazení
- hohe Kaltwassertemperaturen / vysoké teploty chlazené vody
- niedrige Anlaufströme / nízké rozběhové proudy
- leise und schwingungsarm / tichý a klidný chod
- Trinkwasser als Kältemittel / pitná voda jako chladivo
- umweltfreundlich / přátelský k životnímu prostředí
- lebensfreundlich / přátelský k životu, neohrožuje život ani v bezprostředním okolí
- ungiftig / nejedovatý
- nicht brennbar / nehořlavý
- ölfrei / oleje prostý
- fällt nicht unter die F-Gase-Verordnung / nespadá pod Nařízení EU o F-plynech
- Wasser ist ein Sicherheitskältemittel / voda je bezpečným chladivem
- wartungsarm und –freundlich / údržba je nenáročná a snadná
- integriertes Datenmonitoring / integrované monitorování dat
- einfache Integration in die Gebäudeleittechnik / jednoduchá integrace do nadřazeného řídicího systému budovy
Obr. 10: Rozměry a hmotnost eChilleru
Legenda:
Breite = šířka 1300 mm
Tiefe = hloubka 700 mm
Höhe = výška 1980 mm
Betriebsgewicht = provozní hmotnost 560 kg
Leergewicht = transportní hmotnost, bez pracovních náplní, hmotnost prázdného zařízení 490 kg
Wasserinhalt = velikost vodní náplně 70 kg
Budoucnost klimatizační techniky patří přírodním chladivům. Nákladově rentabilní (kosteneffiziente) eChiller nabízí s „vodou jako chladivem“ (Wasser als Kältemittel) do budoucna spolehlivou (zukunftssichere) a nejen k životnímu prostředí a globálnímu klimatu (klimafreundliche), ale i k životu v bezprostředním okolí přátelskou alternativu všem projektantům (Planer), provozovatelům (Betreiber) i investorům klimatizační techniky.
Zdroj:
Efficient Energy GmbH | Hans-Riedl-Str. 5 | D-85622 Feldkirchen
Telefon: +49 89-693369-500 | Fax: +49 89-693369-8610
E-Mail: info@efficient-energy.de
www.efficient-energy.com
www.efficient-energy.de
Chiller operators are currently facing enormous challenges. In 2018, the next phase of the F-Gas Regulation is implemented across the EU. HFKW-type refrigerant prices have risen sharply and are a critical flaw, and safety requirements have been tightened on operators.
