Nowa scentralizowana chłodnia pozwala rocznie zaoszczędzić 800 000 kWh energii i zapewnia optymalne działanie drugiego co do wielkości szpitala w Danii.
Stabilność i wydajność to kluczowe pojęcia dla nowej scentralizowanej instalacji chłodniczej w Aarhus University Hospital, Skejby. Ten główny szpital, drugiego co do wielkości miasta w Danii, zastąpił ogromną liczbę starych zdecentralizowanych jednostek chłodniczych jedną, nową scentralizowaną instalacją o mocy chłodniczej 2,5 MW, która poprawia poziom stabilności niezbędnego chłodzenia sal operacyjnych, skanerów, serwerowni i sprzętu IT.
Jednocześnie daje to oddziałowi operacyjnemu możliwość efektywniejszego sterowania i obsługi całej instalacji chłodniczej – przy znacznie niższym niż dotychczas zużyciu energii. Szacuje się, że szpital zaoszczędzi około 3,5 mln kWh energii rocznie dzięki zainstalowaniu wysoce energooszczędnego systemu ogrzewania i chłodzenia. Nowy system łączy system chłodzenia z systemem grzewczym, co jest oczywistym rozwiązaniem, które nie jest zbyt często stosowane na świecie.
Wysokowydajne pompy ciepła i agregaty
Nowa instalacja chłodząca składa się z dwóch dużych pomp ciepła typu air/liquid, 9 agregatów chłodniczych chłodzonych powietrzem i szeregu sprężarek. Jednostki nazywają się SAB LightTM firmy Johnson Controls. Przetwornice częstotliwości Danfoss VLT® sterują prędkością jednostek. Nowa technologia zastosowana w połączeniu z napędami AC przyczynia się do całkowitej oszczędności energii.
W czerwcu, lipcu i sierpniu pompy ciepła są w stanie dostarczyć całkowite ciepło wymagane w szpitalu. Dlatego nie ma potrzeby dostarczać dodatkowego ciepła z publicznej sieci ciepłowniczej. Nadwyżka ciepła z produkcji chłodniczej w okresie letnim jest ponownie wykorzystywana do celów grzewczych. W okresie zimowym, gdy pompy dostarczają mniej ciepła, głównym dostawcą ciepła zajmuje się dostawca ciepłą systemowego, firma AffaldVarme Aarhus.
Dwie pompy ciepła o mocy 180 kW (właściwie dwa razy dwa oddzielne obiegi pompy ciepła, które są wbudowane w jedna jednostkę) są zaprojektowane na temperatury 35/80oC. Osiągają znaczne oszczędności energii, ponieważ ponownie wykorzystują ciepło zamiast emitować je do powietrza. „Współczynnik wydajności pompy (COP) wynosi 3,6 lub więcej, w zależności od temperatury zewnętrznej i zapotrzebowania na chłodzenie. Oznacza to, że ich moc grzewcza jest 3,6 razy większa niż zużyta energia elektryczna. W starym systemie współczynnik COP wynosił tylko od 2 do 3, więc pompy ciepła są rozwiązaniem energooszczędnym” mówi Svend Madsen z Johnson Controls, który zainstalował chłodnię, a także ma umowę serwisową.
Współczynnik COP agregatów chłodniczych wynosi 5 lub więcej, w zależności od zapotrzebowania na chłodzenie i temperatury zewnętrznej. Przetwornice częstotliwości 90kW VLT® firmy Danfoss w z połączeniu z układem sterowania zapewniają, że faktycznie wytwarzane jest tylko wymagane chłodzenie. Mały napęd VLT® o mocy 5,5 kW uruchamia pompę w układzie chłodzenia i jest regulowany zgodnie z prędkością dużej przetwornicy VLT® w zależności od zapotrzebowania na chłodzenie.
Łatwiejsza kontrola i obsługa
Nowy system monitorowania PLC mierzy i analizuje wydajność każdej maszyny, aby zapewnić właściwą kombinację agregatów chłodniczych i pomp ciepła, tak aby w dowolnym momencie wybrać najbardziej energooszczędną produkcję.
Przykładowo, nadzór może zmienić produkcję z trzech agregatów chłodniczych przy maksymalnym obciążeniu na cztery agregaty działające przy obciążeniu 80% w oparciu o informacje, co daje największe oszczędności energii. W ten sposób emisja CO2 zostaje maksymalnie zredukowana. Svend Madsen wyjaśnia, że instalacja chłodnicza wykorzystuje również chłodzenie swobodne w okresie zimowym, aby wykorzystać chłodne dni w roku, więc w tym okresie nie jest wytwarzane chłodzenie. „Przy próbie oszczędzania energii bardzo ważne jest również, aby nadwyżka ciepła z agregatów chłodniczych była ponownie wykorzystywana do ogrzewania, a nie emitowana w powietrze” - mówi.
Wysoce wydajna scentralizowana instalacja chłodnicza jest łatwiejsza do monitorowania, sterowania i serwisowania niż wiele starych jednostek chłodzących. Personel obsługujący będzie musiał wykonywać mniej prac konserwacyjnych. „Cały system jest skomputeryzowany i sterowany za pomocą PLC, więc fizyczny monitoring zostanie ograniczony do minimum. Na etapie projektowania oraz podczas montażu ściśle współpracowaliśmy z działem operacyjnym. To oni będą na co dzień współpracować z zakładem, więc ich wkład jest ważny dla projektu” mówi kierownik projektu Lars Torp Larsen z inżyniera doradcy Alectia.
Przykładowo, jeśli jedna chłodziarka ma niższą wydajność niż inne, personel zostanie ostrzeżony alarmem i zostaną podjęte natychmiastowe działania w celu jej optymalizacji. System CTS monitoruje szereg parametrów, co dba o efektywność systemu monitoringu IT. Poul Hvid Nielsen, szef działu technicznego w szpitalu uniwersyteckim w Aarhus, Skejby, jest zadowolony: „W ten sposób szpital ma podwójne bezpieczeństwo dla optymalnego działania. Dla nas jako szpitala, bezpieczeństwo dostaw ma dla nas fundamentalne znaczenie”.
Rozbudowa szpitala
Poul wyjaśnia, że niedawno dobudowano do szpitala trzy nowe budynki, a nowa scentralizowana chłodnia jest przygotowana w taki sposób, aby na przykład pompa mogła wyłączyć się w ciepły letni dzień bez stwarzania jakichkolwiek problemów z zasilaniem chłodniczym.
Szpital jest jednym z najważniejszych szpitali w Danii i w nadchodzących latach zostanie ponad dwukrotnie powiększony. „Grupa projektowa pracowała nad uzyskaniem synergii w procesie renowacji istniejącego szpitala i powiększenia go do prawie dwukrotnego rozmiaru. Myślę, że jesteśmy na dobrej drodze” mówi Poul. Jednak nowo powstała chłodnia nie będzie w stanie zaopatrzyć wielu budynków szpitalnych, które mają powstać w nadchodzących latach. Zamiast tego zostanie zbudowana druga chłodnia, a obie instalacje będą się wzajemnie uzupełniać w celu zaspokojenia przyszłych potrzeb chłodniczych.
Rozwiązanie przyjazne dla środowiska
„Kilka starych agregatów chłodniczych było już zużyte i wymagało wymiany. Należało działać od razu. Nie było możliwości czekania, aż powstaną nowe części szpitala. Nowa chłodnia jest nie tylko bardziej wydajna, ale również bardziej przyjazna dla środowiska niż stary system. Wiele starych urządzeń wykorzystywało jako czynnik chłodzący gaz cieplarniany Freon 22. W nowych systemach chłodzenia w Danii jest to zabronione. Czynnik chłodniczy został zastąpiony przez naturalne czynniki. Wybór padł na agregaty chłodnicze wykorzystujące R290 (propan, GWP* = 3,3) i pompy wykorzystujące R600a (izobutan, GWP = 4). Inne opcje, takie jak CO2, były brane pod uwagę, ale stwierdzono, ze są mniej wydajne w wymaganych zastosowaniach i temperaturach. Dzięki temu rocznie oszczędza się 750 ton emisji CO2” – mówi Lars Torp Larsen. Nowy system chłodzenia oszczędza około 800 000 kWh energii rocznie, a nadwyżka ciepła z chłodni jest ponownie wykorzystywana.
Wszystkie przyjazne dla środowiska rezultaty to dodatkowe korzyści wynikające z zainstalowania znacznie lepszego systemu chłodzenia, w którym najnowocześniejsza technologia energetyczna jest wykorzystywana z korzyścią dla pacjentów szpitala i jego personelu.
