Myśląc o chłodzie powinniśmy sobie uświadomić, że ten nośnik energii wykorzystywany jest w bardzo szerokim zakresie – od mrożenia żywności, poprzez likwidację nadmiaru ciepła powstającego podczas pracy maszyn, chłodzenia przestrzeni specjalnego przeznaczenia, jak serwerownie, czy banki krwi, aż do utrzymywania pożądanego komfortu temperaturowego pomieszczeń, w których pracują ludzie. To wszystko sprawia, że przemysłowe systemy chłodzenia są wyjątkowo prądożerne i mogą odpowiadać za 60% całego zużycia energii.
Pamiętajmy przy tym, że chłód, podobnie jak sprężone powietrze, w większości przypadków wytwarzany jest przy wykorzystaniu energii elektrycznej, przy czym ilości prądu koniecznego do obniżenia temperatury są naprawdę duże. Uproszczając można powiedzieć, że aby wyprodukować chłód o temperaturze kilkunastu stopni powyżej zera, musimy zużyć 1kWh prądu na każde 4kWh chłodu. Aby uzyskać 0 stopni 1 kWh energii elektrycznej pozwoli nam już uzyskać zaledwie 2kWh chłodu, a jeśli potrzebujemy naprawdę niskiej temperatury (np. do przechowywania mrożonek), stosunek będzie jeszcze mniej korzystny i wyniesie niemal 1:1.
Już tylko z tego zestawienia widzimy, jak ważne jest rozsądne gospodarowanie energią na tym polu. I nie mówię tu jedynie o samych urządzeniach, ale również o wypracowaniu odpowiednich procedur związanych z ograniczaniem dopływu ciepła, szczególnie, że często instalacje produkujące chłód pracują z pełną mocą, nawet, gdy nie jest to konieczne. Przedsiębiorstwa mogą tu osiągnąć znaczące oszczędności poprzez:
Do celów optymalizacyjnych idealnie nadają się inteligentne systemy zarządzania energią. Przede wszystkim zmierzą one wszystkie kluczowe parametry, dostarczając danych (również zagregowanych) niezbędnych do analiz i stworzenia planu jak najbardziej efektywnego ustawienia systemu. Dodatkowo zautomatyzują większość powtarzalnych czynności, eliminując niebezpieczeństwo błędów ludzkich, a nowoczesne algorytmy samouczące na bieżąco będą analizować pracę układu, by dostosowywać system do zmieniających się wymagań.
Jeśli chodzi o zagadnienia sprzętowe, kluczowe są dwa zagadnienia. Jednym jest jest poprawa sprawności przetwarzania energii elektrycznej w chłód. W naszym przemyśle większość układów wytwarzania chłodu oparta jest o sprężarki zasilane energią elektryczną, a zatem instalacja agregatów o wyższym współczynniku COP (Coefficient of Performance). Im wyższy jest ten wskaźnik, tym mniej energii elektrycznej potrzeba do wytworzenia tej samej ilości chłodu. Ale dobór oszczędnych urządzeń to nie wszystko. W wielu przypadkach taka inwestycja nie będzie miała ekonomicznego uzasadnienia. Warto się wówczas skoncentrować na innych działaniach, takich jak:
Innym niesłusznie niedocenianym sposobem jest produkcja chłodu nie za pomocą układów sprężarkowych, a wykorzystanie do tego celu urządzeń absorpcyjnych. Produkcja przebiega w nich z wykorzystaniem ciepła odpadowego powstającego przy innych procesach w przedsiębiorstwie. Mamy tu więc podwójną korzyść – oszczędności oraz poprawę efektywności energetycznej zakładu. Ciepło odpadowe z procesów produkcyjnych, które do tej pory było bezpowrotnie tracone, staje się źródłem energii do wytwarzania chłodu w postaci wody lodowej. Dodatkowo, gdy dysponujemy nadmiarem ciepła (np. latem), powstaje możliwość jego wykorzystania do bilansowania procesów chłodzenia bez udziału chłodziarek sprężarkowych zasilanych energią elektryczną.
W nieco podobny sposób działa wspomniany już przeze mnie freecooling. Świetnie sprawdzi się w sytuacji, gdy stoi przed nami zadanie chłodzenia hal produkcyjnych lub pomieszczeń, w których wymagany jest standardowy obieg chłodniczy jak np. w klimatyzacji lub chłodzeniu kubaturowym. W tym procesie przy niskich temperaturach zewnętrznych (zazwyczaj nie wyższych niż 5°C) chłód odbierany jest z otoczenia, co pozwala na ograniczenie zużycia energii elektrycznej.
Choć mogłoby się wydawać, że w przypadku, gdy musimy produkować chłód, ochrona przed czynnikami powodującymi wahania temperatury wydaje się oczywistością, to audytorzy w niemal 40% przestrzeni chłodzonych odnajdują zbędne źródła ciepła. Zaniedbania te przybierają różne postaci, ale zasadniczo możemy tu wyróżnić:
Takie sytuacje często trwają latami i niejednokrotnie skutkują zakupem dodatkowych urządzeń chłodniczych. A ich praca wymaga zwiększenia zużycia energii, czyli efekt odwrotny od zamierzonego.
Izolacja instalacji i armatury chłodniczej jest równie ważna, bo często to tu powstają straty energii. Powoduje je ogrzewanie się czynnika chłodniczego podczas dystrybucji. Koniecznym staje się wówczas zwiększenia jego przepływu lub dodatkowe obniżanie temperatury, co w obu przypadkach skutkuje nadmiarowym zużyciem prądu.
Ciekawym przykładem poprawy efektywności zdobywającym coraz większą popularność w handlu detalicznym jest stosowanie zamkniętych regałów z żywnością. Niektóre produkty muszą być przechowywane w temperaturze niższej niż komfortowa temperatura w sklepie. Chłód wyprodukowany na potrzeby zasilania otwartych regałów ucieka do pozostałych przestrzeni w sklepie, co automatycznie powoduje, że agregaty potrzebują więcej energii, by w ladzie chłodniczej utrzymać pożądaną temperaturę. Dodatkowo, emisja chłodu powoduje obniżenie temperatury w sklepie, a zatem generuje większe zapotrzebowanie na ciepło, aby utrzymać odpowiednią temperaturę, co dodatkowo zwiększa zużycie prądu na jego produkcję i dystrybucję, np. w centralach wentylacyjnych.
Bezpośrednio z wytwarzaniem chłodu powiązana jest jego dystrybucja, szczególnie jeśli dotyczy regulacji temperatury w pomieszczeniach, gdzie pracują ludzie oraz maszyny. Niepotrzebne zużycie energii obserwujemy np. w starszych centralach wentylacyjnych, które często nie posiadają zdalnej regulacji pracy, wskutek czego pracują z takim samym obciążeniem niezależnie od potrzeb i warunków. Często poza godzinami pracy krotność wymiany powietrza w pomieszczeniach się nie zmienia, co powoduje straty energii elektrycznej i ciepła. Oszczędności można uzyskać dzięki instalacji czujników ruchu, temperatury i wilgotności, a najkorzystniejszym rozwiązaniem będzie wdrożenie systemu zarządzania energią, który pozwala na zdalne sterowanie i programowanie pracy urządzeń.
Tu dochodzimy do problemu ogólnej regulacji pracy układów nawiewno-wywiewnych. Zgodnie z normami i ogólnie przyjętymi standardami, układ taki powinien zapewniać przepisową krotność wymiany powietrza w pomieszczeniach. W zależności od charakteru pracy, liczba wymian powietrza w ciągu godziny może różnić się nawet kilkunastokrotnie. System zarządzania energią bez problemu poradzi sobie zaprogramowaniem pracy urządzeń w taki sposób, by spełniać wymagania ilościowe przy jednoczesnym zwiększeniu oszczędności zużycia energii. Jest to możliwe, jako że bardzo często układy pracują z taką sama intensywnością w czasie, gdy np. w pomieszczeniach biurowych nikogo nie ma. A to powoduje straty energii elektrycznej wykorzystywanej niepotrzebnie do napędzania silników, generacji ciepła w sezonie grzewczym, czy chłodu w okresach cieplejszych.