Oikein mitoitettu vedenjäähdytin käy fiksusti

Vedenjäähdytin on välillisen nestekiertoisen jäähdytysjärjestelmän tärkein osa, joten sen valinta kannattaa tehdä huolella onnistuneen lopputuloksen varmistamiseksi. Chiller Oy:n tuotekehityspäällikkö Ari Aula sanoo, että luonnollisena lähtökohtana ovat suunnitellun kohteen jäähdytystehontarve ja toimintalämpötila.

”Valintaan vaikuttaa myös se, voidaanko laitteet asentaa konehuoneeseen vai onko ne laitettava ulos. Nämä tiedot riittävät usein määrittämään tekniikan, esimerkiksi minkä tyyppinen vedenjäähdytin, kompressori ja kylmäaine soveltuvat kohteeseen parhaiten.”

Kaksi koneikkoa yhden sijaan

Aula kertoi vedenjäähdyttimeen valintaan vaikuttavista asioista tammikuussa Kylmätekniikan koulutuspäivillä. Hän korosti, että on oleellista tarkastella myös kohteen kuormitusprofiilia. Se kertoo, millä teholla laitos yleensä toimii ja kuinka pienellä teho-osuudella sen pitää toimia ilman kompressorin turhia pysähdyksiä.

Kuormitusprofiileja on hyvin erilaisia. Esimerkiksi it-keskuksissa kuormitus voi olla lähes vakio ympäri vuoden ulkolämpötilasta riippumatta. Sen sijaan kiinteistöissä ilmastoinnin jäähdytystä tarvitaan yleensä vain silloin, kun ulkolämpötila on yli 15 astetta. ”Kuormitusprofiilin tarkastelu voi johtaa siihen, että kohteeseen on järkevämpää rakentaa yhden ison vedenjäähdyttimen sijaan kaksi pienempää koneikkoa”, Aula toteaa.

Tällöin koneikolla on mahdollista saavuttaa pienempien tehoportaiden lisäksi kaksi eri lämpötilatasoa. ”Näin päästään huomattavasti parempaan hyötysuhteeseen.”

Ylimitoitus yllättävän yleistä

Aulan havaintojen mukaan yllättävän usein kohteeseen on valittu ylisuuri koneikko. ”Aika monessa projektissa tulee vastaan laitoksia, joissa on käyttötarkoitukseen suhteutettuna liian isot koneikot, eivätkä ne käy siksi järkevästi.”

”Suomen oloissa ilmastoinnin jäähdytys toimii suurimman osan ajasta alle puolella nimellistehostaan. Energiatehokkuuden ja vuosihyötysuhteen kannalta on siten olennaista, että vedenjäähdytin toimii osatehokäynnillä hyvällä hyötysuhteella.”

Tyypillinen vedenjäähdytin 100–500 kW:n teholuokassa on tehty neljällä kompressorilla eli yksi tehoporras on 25 prosenttia maksimitehosta. Jos todelliselta tehontarpeeltaan 200 kW:n kohteeseen valitaan 400 kW:n vedenjäähdytin, toimii se suurimman osan ajasta vain yhdellä tai kahdella tehoportaalla. ”Tällöin hyötysuhde heikkenee merkittävästi, ja pätkäkäynnistä aiheutuvat häviöt ovat suuret.”

Asiakkaat edellyttävät energiatehokkuutta

Lisähaastetta valintaan tuo se, että vedenjäähdyttimien käyttökohteet ja -tavat ovat monipuolistuneet viime vuosina. Aula sanoo, että erityisen paljon asiakkaat kysyvät nyt energiansäästöön ja energian kierrätykseen liittyviä ratkaisuja. ”Energiatehokkuus on otettava huomioon niin vedenjäähdyttimen valinnassa kuin koko laitoksen suunnittelussa. Silloin ei voi valita vakiokoneikkoa standardivalikoimista.”

Tyypillinen ratkaisu on, että vedenjäähdyttimen lauhdelämpö otetaan talteen ja hyödynnetään esimerkiksi kiinteistön lämmitykseen. Suomessa on rakennettu viime vuosina myös useita kohteita, joissa vedenjäähdytyskoneikon lauhdelämmöt johdetaan paikallisen energiayhtiön kaukolämpöverkkoon.

Lämmön talteenotto voidaan toteuttaa usealla eri tavalla. Aulan mukaan kaikissa tapauksissa on aina mietittävä, ajetaanko koneikkoa jäähdytyksen optimilämpötiloilla vai voidaanko lauhdelämpötiloja mahdollisesti nostaa energiaa tuhlaamatta.

”Lämmön talteenottoon ja energian kierrätykseen suunniteltujen koneikkojen koon ja tehoportaiden määrittely on entistä tärkeämpää. Eri käyntilanteet ja tehot saattavat poiketa huomattavasti perus jäähdytyskäytöstä.”

Aula huomauttaa, että lämmön talteenotto ei ole tosin aina mahdollista tai teknisesti ja taloudellisesti järkevää. ”Tällöin pitää miettiä, voidaanko kohteessa hyödyntää vapaajäähdytystä. Sillä voidaan saavuttaa parhaimmillaan moninkertainen kylmäkerroin kompressorijäähdytykseen verrattuna.”

Käyttöönotossa ei hätäily kannata

Ari Aula korostaa, että vedenjäähdyttimen valinnan onnistumisen sinetöi huolellinen käyttöönotto. Se on yksi tärkeimmistä prosesseista laitoksen moitteettoman toiminnan kannalta.

”Hyvinkin valitun vedenjäähdyttimen toiminta voidaan tuhota ja käytön aikainen hyötysuhde laskee merkittävästi, jos käynnistys tehdään puutteellisesti. Vastaavasti käyttöönotossa voidaan vielä paikata kohteeseen sopimattoman, useimmiten ylisuuren koneikon toimintaa.”

Käyttöönotossa varmistetaan, että laitetoimittajan sekä putki-, sähkö- ja automaatiourakoitsijoiden rakentama kokonaisuus toimii niin kuin pitää. ”Tärkeintä on taloautomaation ja vedenjäähdyttimen automaation yhteispeli.”

Aulan mielestä oleellista on tehdä käyttöönotto sellaisena vuodenaikana, että vedenjäähdyttimelle on riittävästi kuormaa. Vain näin pystytään todentamaan, että kaikki osa-alueet varmasti toimivat. ”Jos kyseessä on ilmastoinnin jäähdytysjärjestelmä, ei kunnollista käyttöönottoa voida suorittaa kylmänä vuodenaikana.”

Aulan mielestä olisi tärkeää, että projekteissa käyttöönotolle varataan riittävästi aikaa ja rahaa. ”Näitä asioita tilaajan olisi siksi hyvä pohtia jo tarjouspyyntöä laadittaessa.”

Oikea mitoitus säästää paljon energiaa

Vedenjäähdyttimen valinnassa lasketaan tarkkaan investointikustannuksia, mutta käytön aikaisten kustannusten ja energian kulutuksen arviointi jää usein vähemmälle huomiolle. Ari Aula sanoo, että vedenjäähdyttimen oikealla mitoituksella voidaan säästää huomattava määrä energiaa koko elinkaaren aikana.

Hän valottaa asiaa esimerkkilaskelmalla, jossa hän on laskenut teoreettisen arvon vuosihyötysuhteille sekä oikein mitoitetulle että ylimitoitetulle vedenjäähdyttimelle. Laskennan perusteena on ekosuunnitteludirektiivissä käytettävä standardi EN14825 ja siinä määritellyt olosuhteet vedenjäähdyttimen hyötysuhdetarkastelussa.

Esimerkkitapauksessa on kyse ilmastoinnin jäähdytyskohteesta 200 kW:n tehontarpeella. Oikein mitoitetussa vaihtoehdossa valitaan 200 kW:n vedenjäähdytin neljällä kompressorilla. Ylimitoitetussa valinnassa kohteeseen asennetaan 400 kW:n vedenjäähdytin niin ikään neljällä kompressorilla. Kompressorit, höyrystimet ja lauhduttimet on valittu niin, että ne toimivat jokaisessa tarkastelupisteessä samalla kylmäkertoimella.

”Käytännössä isompi koneikko toimisi kyseisessä kohteessa kuten kahden kompressorin koneikko. Laskennalliset SEER-arvot ovat 5,67 ja 5,18. Tämä vastaa noin 10 prosentin eroa sähkönkulutukseen”, Aula sanoo.

Aula huomauttaa, että tässä laskettu ero kulutuksessa tulee pelkästään isomman koneikon suuremmasta pätkäkäyntitarpeesta, kun kompressorien tehoportaat sopivat huonommin todelliseen tarpeeseen.

”Lisäksi pitäisi huomioida muun muassa suuremman koneikon isommat pumput, jotka todennäköisesti käyvät huonommalla hyötysuhteella. Myös investointikulut ovat ylimitoitetussa koneikossa suuremmat.”