פורום אנרגיה 55: אנרגיה במערכות קירור ומיזוג אוויר

צטט כ:
גרוסמן גרשון, רווה איילת. פורום אנרגיה 55: אנרגיה במערכות קירור ומיזוג אוויר חיפה, ישראל, מוסד שמואל נאמן, 2024. https://www.neaman.org.il/Energy-Forum-55-Energy-in-Refrigeration-and-Air-Conditioning-Systems-2-2-2

מערכות מיזוג אוויר לשימוש בבניינים מתחלקות לשני סוגים עיקריים: מערכות יחידתיות (unitary systems) ומערכות מרכזיות.  לסוג הראשון שייכים מזגני חלון, מזגנים מפוצלים ומיני- מרכזיים. אלה מערכות סטנדרטיות המהוות חלק הארי בהתקנות בבתי מגורים ולא מעט גם בבניינים ציבוריים, מסחריים ותעשייתיים. תפוקת הקירור שלהן נעה בד"כ בטווח 15-2 קילוואט, וניתן להתקינן בבניינים קיימים ללא צורך בתכנון מראש. במהלך 20 השנים האחרונות חל שיפור מתמשך בביצועי מערכות יחידתיות: מקדם הביצוע (COP) יותר משהוכפל (מערך ממוצע של 1.6  עד כדי 3.3 כיום); רמת הרעש הוקטנה במידה ניכרת; שופר העיצוב והוכנסו לשימוש שלטים אלקטרוניים לבקרה מרחוק; לאחרונה הוכנסה לשימוש מערכת בקרת עומס המבוססת על שינוי מהירות סיבוב המדחס, המאפשרת בקרה רציפה במקום בקרת  on-off  שהייתה מקובלת שנים רבות – נושא בעל משמעות רבה לשיפור בביצועים העונתיים (seasonal COP) וחיסכון בחשמל.

מערכות מרכזיות מותקנות בבניינים גדולים, ציבוריים ומסחריים, ודורשות תכנון מראש, בד"כ כחלק מתכנון הבניין. יתרונן העיקרי בהרחקת החלקים המכאניים מן החלל הממוזג, ומתן אפשרות לבקרה נפרדת של טמפרטורה, לחות ואוויר צח, דבר המאפשר מיזוג אוויר איכותי יותר מזה של מערכות יחידתיות. תפוקת הקירור שלהן נעה בין 100 טון קירור עד כדי מספר אלפי טון קירור. מערכת מרכזיות מאופיינות במספר דרכים: לפי שיטת העברת הקור מחדר המכונות אל החלל הממוזג – באמצעות אויר קר (air systems) או מים קרים (water systems); לפי שיטת סילוק החום מן המעבה לסביבה – קירור ע"י אוויר או קירור ע"י מים; ולפי שיטות בקרה שלא כאן המקום לפרטן. הנושא של קירור אוויר לעומת קירור מים עולה מידי פעם בהקשר הסביבתי: מערכות המצוידות במגדל קירור מים מאפשרות טמפרטורת מעבה נמוכה יותר מאשר מערכות מקוררות אוויר, ולכן מאפשרות COP גבוה יותר וחיסכון בחשמל; לעומת זאת, הן צורכות מים וטיפול במים, וגם מייצרות תמלחות היוצרות עומס סביבתי. עקב כך הוציא מנכ"ל משרד איכות הסביבה חוזר בו מתנגד המשרד לשימוש במערכות מיזוג אוויר המבוססות על מגדלי קירור מים. 

האלמנט מייצר הקירור בכל מערכת מיזוג אוויר מרכזית הוא המצנן (chiller), שהינו לב לבה של המערכת, ופועל לרוב במחזור דחיסת אדים (vapor compression) ע"י מדחס וקרר (refrigerant) המוכר בשמו המסחרי – פריאון (Freon). כפי שיוסבר בהמשך, לשימוש בקררים המכילים תרכובות כלור ופלואור השפעה על שתי תופעות גלובליות- התחממות ופגיעה באוזון וקיים כיום מאמץ עולמי להפחית השימוש בקררים אלה. 

במערכות מרכזיות קטנות ובינוניות מקובל השימוש במדחסי בוכנה או במדחסים בורגיים, ואילו במערכות גדולות רווח השימוש במדחסים צנטריפוגליים.

המדד ליעילותה של מערכת מיזוג אוויר הוא מקדם הביצוע (Coefficient of Performance) או בקיצור COP. גודל זה, הנקרא גם "ספרת הספק", מגדיר את היחס בין תפוקת הקירור להספק הנצרך. יש להבדיל בין מקדם ביצוע נומינלי (nominal COP) לבין מקדם ביצוע עונתי  (seasonal COP).  ערכים מקובלים כיום למקדם ביצוע נומינלי, לפי נתוני היצרן, במערכות מיזוג אוויר יחידתיות (שרובן ככולן פועלות במחזור דחיסת אדים) עומדים על 3.3-3.2. ערכים כנ"ל למערכות מרכזיות הפועלות במחזור דחיסת אדים מגיעים ל-5.5-4 עם קירור אוויר, ועד 7 עם קירור מים. בפועל, הביצועים המושגים נמוכים יותר. מקדמי ביצוע למצננים עם עיבוי אויר הם בסדרי גודל של 2.2 עד 3 בלבד בעומס מלא. ערכי IPLV  (Integrated Part Load value) לנ"ל הם בסביבות 4 עד 5. מקדמי ביצוע למצננים עם עיבוי מים הם בסדרי גודל של 4.5 עד 5 בעומס מלא ליחידות בורגיות, 5.5 עד 6 ליחידות צנטריפוגליות.  ערכי IPLV לסוגים הנ"ל של המדחסים הם בסביבות  7-6 ליחידות השונות. בתפוקות חלקיות מקדמי הביצוע עולים, כיוון שהמדחסים שעובדים פועלים מול מאייד גדול וספיקה גבוהה, ואז במצננים בורגיים מקדם הביצוע יכול לעלות בסביבות  20%-10%. כל זאת - בתנאי עבודה נומינליים המקובלים לפי ARI (American Refrigeration Institute) או ASHRAE (American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers)) שהם מים חוזרים 12 מ"צ ומסופקים 7 מ"צ, טמפ' סביבה של 35 מ"צ ליחידות עם  עיבוי אויר, ומי מעבה כניסה/יציאה 35/30 מ"צ ליחידות עם מעבה מים. יש להדגיש שעבור יחידות עם עיבוי מים שעבורם ערכי COP גבוהים, נצרכת אנרגיה נוספת במגדל הקירור ובמשאבות המים למעבה. אלה לא באים לידי ביטוי במקדם הביצוע.

ערכי ה-COP  המינימאליים הנדרשים נקבעים עפ"י תקני משרד התשתיות הלאומיות ומכון התקנים אך הם רלוונטיים למזגנים יחידתיים בלבד. הערכים המוגדרים בתקן הישראלי ע"י מכון התקנים נמדדים בתנאים מבוקרים וסטנדרטיים. עם זאת, הביצועים בשטח משתנים בהתאם למיקום הגיאוגרפי של האתר הממוזג (מישור החוף, שפלה, הר וכו'), סביבת ההתקנה של הציוד ומאפייני הפעילות. 

ערכי ה-COP של ציוד מיובא מארה"ב מוגדרים בהתאם לדרישות מוסדות העוסקים בתקינה אנרגטית. הערכים מוגדרים הן למזגנים יחידתיים והן למתקנים מרכזיים.

צריכת החשמל (לפי נתוני חברת החשמל, לא כולל שימוש מייצור עצמי) גדלה בעקביות מעבר לשיעור הגידול הטבעי באוכלוסייה. גורם מרכזי לכך הוא הגידול בצריכת קירור ומיזוג אוויר.

שיא הביקוש לחשמל עבר מן החורף אל הקיץ, ונגרם עקב השימוש במיזוג אוויר, בעיקר במגזר התעשייתי והעסקי. בשעות השיא (שעות הצהריים של חודשי הקיץ) ההספק  למיזוג אויר מגיע לכדי- 40% משיא הביקוש הכולל.

המלצות:

המלצות הפורום כוללות טווח רחב של נושאים אשר בהם אפשר להשפיע ובאמצעותם ניתן להשיג שני יעדים: חיסכון בצריכת האנרגיה והסטת עומסים משעות השיא. לאור זאת, הפורום ממליץ על מכלול פעולות משולבות, כאשר מוסכם כי ככל שהיישום ייעשה בצורה כוללנית יותר, האפקטיביות שתושג תהיה משמעותית יותר:

  1. חינוך לחיסכון. החינוך לשימוש מושכל ולתחזוקה הולמת של מערכות מיזוג האוויר חוצה ארגונים וחוצה קהלים. פעולות לחינוך ציבור המשתמשים עולות יחסית מעט ועשויות להביא לתוצאות משמעותיות בזמן קצר. יש להחדיר את נושא החיסכון לתודעת הציבור הרחב ובמקביל ליצור תרבות ארגונית של חיסכון אצל גופים מוסדיים. לצד הצורך במודעות להרחקה ולצמצום מקורות פולטי חום בחללים הממוזגים, יש צורך בחינוך לכיוון טמפרטורת המזגן ולכבוי שלו בעת שאינו נחוץ. 
  2. תקנים. הכנת תקנים מפורטים וברורים לשימוש חסכוני במערכות מיזוג אוויר ואכיפתם. יזם שאינו יכול או אינו רוצה לעמוד בתקן, לא יקבל רישיון לבנות. תידרש בדיקה תקופתית של מערכות מיזוג קיימות, כפי שהדבר נעשה לגבי מעליות, מתקני הרמה וכדומה, ומערכת שלא תעמוד בתקן – תופסק פעולתה עד לתיקון. הרציונל לדרישות "דרקוניות" כאלה: חיסכון באנרגיה הוא אינטרס לאומי. יש להנפיק "מכסות אנרגיה": ארגון שחורג מהמכסה מנתקים לו לחלוטין את זרם החשמל, או משלם קנס גבוה. ארגון שמצליח לצרוך פחות משנקוב לו -  מקבל פרמיה – ראה המלצה 3 להלן.
  3. עידוד ותמריצים כלכליים. במקביל לאכיפת התקנים יינתן עידוד למי שיתקין ויפעיל מערכות חסכוניות מעבר לדרישות התקן. מתן ערבויות מדינה לפרויקטים, פחת מואץ על מערכות יעילות, הפחתת או ביטול מס קניה על מערכות אלה, והבטחה כי התקציבים המוקצים לפרויקטים אלה יהיו נגישים ופשוטים מבחינת הטפסים והאישורים הביורוקרטיים הנדרשים.
  4. מערכות במתקנים ממשלתיים. הממשלה צריכה להיות הראשונה לדרוש ולהכניס קריטריונים של יעילות למערכות מיזוג אוויר במכרזים שלה. במוסדות ממשלתיים יהיה ממונה אנרגיה כפי שנדרש כיום בבתי חולים של קופת החולים, אך לא בבתי חולים ממשלתיים.
  5. הכשרת כוח אדם. יש להכשיר מתקינים, מפעילים ומפקחים ולדרוש הסמכה שלהם והדרכה עיתית על מנת לשמר כוח אדם מקצועי ומעודכן, אשר יבצע התקנות, תפעול ותחזוקה עפ"י מדדים שיוגדרו ע"י משרד התשתיות הלאומיות.
  6. התארגנות גופים ציבוריים. ניתן לרתום גופים מקצועיים כגון ארגון מהנדסי קירור ומיזוג אוויר, התאחדות התעשיינים, השלטון מקומי, לשכת המהנדסים, ארגון הקבלנים, כדי ליצור מודעות ופעילות חיסכון מלמטה. 
  7. הסטת ביקושים. אחד הפתרונות להסטת ביקושים, בטווח הבינוני והארוך, הוא לעודד הקמת מערכות לאגירת קור ע"י קרח או מים קרים.
  8. חסכון במבנים. 
    8.1 בטווח המיידי ניתן ליישום ע"י הצללת המבנים, התקנת מדי ובקרי טמפרטורה חדשים והתקנת אוטומטים לכבוי מערכות המיזוג. 
    8.2 יישום תקן 1045 ואכיפתו ע"י משרד הפנים באמצעות ועדות התכנון והבניה.
    8.3 קידום בניה משמרת אנרגיה מעבר לדרישות התקן. כאמור, פורום נפרד יעסוק בעדיפויות וקדימויות בתחום זה.
  9. קירור אוויר לעומת קירור מים. הקמת צוות מומחים בין-משרדי אשר ינתח, תוך בדיקת מכלול השיקולים, את היתרונות והחסרונות של מערכות מקוררות מים ומקוררות אוויר ובסופו של דבר יציג את המערכות אשר את התקנתן צריכה המדינה לעודד.

פרסומים נוספים שיכולים לעניין אותך

גודל טקסט:
שינוי צבעי האתר:
מקשי קיצור
S - עבור לתוכן העמוד
1 - עמוד הבית
4 - חיפוש
הצהרת נגישות