سرمایش منطقه ای

یک سایت سرمایش منطقه‌ ای (District Heating & Cooling)، در واقع یک سیستم سرمایش متمرکز است که انرژی مورد نیازِ سرمایش را برای چندین ساختمان (بعنوان کاربر نهایی) در یک منطقه از طریق شبکه لوله های توزیع آب سرد فراهم می کند. سایت مرکزی چیلر، آب سرد تولید می کند که سپس از طریق لوله های توزیع به ساختمان هایی که نیاز به سرمایش دارند به گردش در می آید. سپس از آب سرد در سیستم‌های HVAC یا همان تهویه مطبوع ساختمان‌ ها به منظور سرمایش یا جهت سرمایش فرآیندی استفاده می‌ شود.

منظور از سرمایش فرآیندی، خنک کاری ماشین آلات خطوط تولید است. مانند چیلر صنعتی یا چیلر دستگاه تزریق پلاستیک که در فرآیندهای تولید مورد استفاده قرار می گیرند.

در شهرهای سرتاسر جهان، سرمایش منطقه‌ ای یک زیرساخت انرژیِ یکپارچه جهت کاهش فشار بر شبکه برق، ناشی از افزایش تقاضا برای تهویه مطبوع محسوب می شود که معمولاً 50 تا 70 درصد اوج تقاضای برق را ایجاد می‌کند. با تجمیع نیازهای سرمایشیِ شبکه‌ ای از ساختمان‌ ها، سرمایش منطقه‌ ای، صرفه‌جویی قابل توجهی را در مصرف انرژی ایجاد می‌کند که اینگونه میزان کارایی را افزایش داده، بارهای الکتریکی را متعادل می‌ کند و هزینه‌ های سوخت را کاهش می‌دهد.

برنامه محیط زیست سازمان ملل متحد در نشریه خود با عنوان «انرژی منطقه ای در شهرها: فراهم کردن پتانسیل کامل بهره وری انرژی و انرژی های تجدیدپذیر»، اعلام کرد:

– شهرها بیش از 70 درصد مصرف جهانی انرژی و 40 تا 50 درصد از انتشار گازهای گلخانه ای در سراسر جهان را تشکیل می دهند.

– نیمی از انرژی مصرفی شهرها ناشی از گرمایش و سرمایش است.

– ایجاد انرژی منطقه ای مدرن در شهرها یکی از کم هزینه ترین و موثرترین راهکار ها برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و مصرف انرژی اولیه است.

با توجه به آمار فوق، بدون تردید تأمین نیازهای سرمایشی در شهرها در انتشار گازهای گلخانه ای در سراسر جهان، کاملاً تأثیرگزار می باشد. برنامه محیط زیست سازمان ملل متحد (UNEP)، همواره از سرمایش منطقه‌ ای در شهرها به عنوان یک راهکار مناسب برای کربن زدایی فرایند سرمایش حمایت می کند. سایت سرمایش منطقه‌ ای مزایای زیادی نسبت به سایت چیلر داخلیِ معمول (چیلر اختصاصی داخل هر ساختمان) دارد. در این مقاله، به تفاوت های کلیدی بین راهکار سرمایش منطقه‌ ای و راهکار معمولِ چیلر اختصاصی داخل هر ساختمان نیز اشاره خواهیم کرد.

پیشناهد مطالعه:

چیلر ساختمان چیست؟

سرمایش منطقه ای چیست؟

سرمایش منطقه ای یک روش مدرن و کارآمد برای تهویه مطبوعِ شبکه ای از ساختمان ها در شهرها یا دانشگاه ها است. سایت های سرمایش مرکزی تجهیزات صنعتی بزرگ، بسیار کارآمد و صنعتی را در خود جای داده‌ اند که آب سرد را برای تأمین ساختمان‌ های مشتریان از طریق یک شبکه لوله‌ کشی زیرزمینیِ عایق شده توزیع می‌کنند. آب سرد وارد ساختمان می شود و درون یک مبدل حرارتی جریان می یابد و گرما را از فضاهای مورد نظر ساختمان جذب می کند و سپس از طریق یک خط برگشتِ حلقه بسته به سایت مرکزی بازگردانده می شود.

اما در راهکار معمولِ چیلر اختصاصی داخل هر ساختمان، چیلرِ داخل ساختمان بخشی از سیستم HVAC ساختمان محسوب شده که سرمایش را برای ساکنان ساختمان فراهم می کند. این طرح شامل یک یا چند چیلر، پمپ، برج خنک کننده (هنگام استفاده از چیلر آب خنک یا چیلر جذبی) و سایر اجزای لازم برای تولید و توزیع آب سرد در سراسر ساختمان است.

پیشنهاد مطالعه:

چیلر تراکمی چیست؟

چیلر تراکمی هوا خنک چه کاربردی دارد؟

مینی چیلر چیست و چه کاربردی دارد؟

مقایسه سایت سرمایش منطقه ای و سایت چیلر داخلی

در این بخش تفاوت های کلیدی بین سایت سرمایش منطقه‌ ای و سایت چیلر داخلی بررسی می شوند. درک این تفاوت های کلیدی برای مهندسانی که در برنامه‌ ریزی، طراحی، توسعه، بهره‌ برداری و نگهداری سیستم‌های سرمایش منطقه‌ ای نقش دارند، ضروری است.

برای این مقایسه، اجازه دهید یک سیستم سرمایش معمولی (سایت چیلر داخلی) را به عنوان ساختاری تعریف کنیم که معمولاً شامل یونیت های تهویه مطبوع مستقل، چیلرها یا برج های خنک کنندۀ نصب شده در ساختمان های جداگانه است، به طوری که هر ساختمان به طور مستقل از سیستم سرمایشیِ خود استفاده می کند؛ بنابراین، تفاوت اصلی با سرمایش منطقه ای ناشی از رویکرد متمرکزی است که در یک سایت سرمایش منطقه ای جهت تولید آب سرد برای چندین ساختمان در یک منطقه یا منطقه شهری وجود دارد. اینگونه، از این تفاوت اساسی، مجموعه ای از تمایزات مهم بین این دو رویکرد سرچشمه می گیرد.

سرمایش منطقه‌ ای یک زیرساخت کاربردی است

یک سایت سرمایش منطقه‌ ای،  بخشی از یک زیرساخت خدماتی است که آب سرد را برای چندین ساختمانِ کاربر نهایی به منظور تهویه مطبوع یا سرمایش فرآیندی تأمین می کند. همین موضوع، آن را از سایت چیلر اختصاصی داخل هر ساختمان که بخشی از سیستم تهویه مطبوع ساختمان است، متفاوت می کند. سایت سرمایش منطقه‌ ای توسط یک ارائه دهندۀ شخص ثالث اداره و نگهداری می شود، در حالی که سایت چیلر داخلی، معمولاً توسط مالک یا اُپراتور ساختمان مدیریت می گردد.

مرکز سود در مقابل مرکز هزینه

برای یک اُپراتور سرمایش منطقه ای، سایت سرمایش منطقه‌ ای یک مرکز سود است که از طریق فروش انرژی سرمایشی درآمد خالص ایجاد می کند. اُپراتور، مسئول بهره برداری، نگهداری و تعمیر سایت سرمایش منطقه‌ ای است. از سوی دیگر، سایت چیلر داخلی همانطور که گفته شد بخشی از سیستم HVAC ساختمان است و هزینۀ تهویه مطبوع معمولاً در اجاره ناخالص تعبیه می گردد که بر اساس متراژ محاسبه می شود. بنابراین، برای یک مالک ساختمان، سایت چیلر داخلی یک مرکز هزینه است که علاوه بر هزینه های استهلاک سرمایه، هزینه های بهره برداری و نگهداری را نیز متحمل می شود.

بعبارت دیگر، در یک سیستم سرمایش معمولی، مالکان ساختمان مسئول هزینه های اولیه، نگهداری و تعمیرات سیستم های سرمایشیِ انفرادیِ خود هستند که می تواند پر هزینه باشد. بعلاوه، اجرای یک سیستم سرمایش منطقه ای اغلب به دلیل صرفه جویی در مقیاس و زیرساخت های مشترک منجر به صرفه جویی در هزینه هم برای ارائه دهندگان و هم برای مشتریان نیز می شود. در واقع، تخمین زده می شود که هزینه ها را می توان بین 20٪ تا 35٪ در مقایسه با سیستم های سرمایش معمولی کاهش داد.

صرفه جویی در مقیاس به هزینه و بهره وری انرژی تبدیل می شود

سایت سرمایش منطقه‌ ای در مقایسه با سایت چیلر داخلی، تقاضای سرمایش بسیار بیشتری را تأمین می کند. از این رو، صرفه جویی در مقیاس، سایت سرمایش منطقه‌ ای را قادر می سازد تا از گزینه های فناوری مانند ذخیره سازی انرژی حرارتی (آیس بانک) و چیلرهای سری جریان مخالف با راندمان بالا استفاده کند که هزینه های عملیاتی را کاهش داده و بازده انرژی را افزایش می دهد. این موضوع به هزینۀ کمتر در تولید انرژی سرمایشی برای کاربران نهایی و یک راهکار انرژی پایدارتر برای تهویه مطبوع شهری تبدیل می شود.

سیستم‌های سرمایش معمولی، غالباً بازده انرژی کمتری دارند؛ زیرا، سیستم‌های انفرادی ممکن است در طراحی، اندازه و شیوه‌های نگهداری متفاوت باشند که منجر به عملکرد کمتر از حد مطلوب می‌شود. در واقع، تخمین زده می شود که این روش، بین 50 تا 70 درصد اوج تقاضای برق در ساختمان ها را با هزینه بسیار بالا شامل می شود. از سوی دیگر، همانطور که گفته شد، نیروگاه های متمرکز قادر به ترکیب تجهیزات با راندمان بالا و بهینه سازی عملیات هستند که در نتیجه بازده انرژی به طور قابل توجهی بهتر می شود. در واقع، برآوردها نشان می دهد که با بکارگیری سرمایش منطقه ای، تقریباً 40٪ راندمان انرژی بهبود می یابد.

تجهیزات با درجۀ صنعتی در مقابل تجهیزات با درجۀ تجاری       

یک سایت سرمایش منطقه‌ ای بر اساس استانداردهای یک کارخانه صنعتی ساخته شده است و از تجهیزات صنعتی با راندمان بالا برای فرآیند خود استفاده می کند. این تجهیزات قوی به گونه ای طراحی شده اند که به طور مداوم و قابل اطمینان با دسترسی بالا کار کنند. در مقابل، یک سایت چیلر داخلی بخشی از یک ساختمان است و از تجهیزات تجاری ساخته شده که ممکن است به اندازه تجهیزات مورد استفاده در یک سایت سرمایش منطقه‌ ای مستحکم و با دوام نباشد.

سرمایش منطقه ای 24×7 کار می کند

یک سایت سرمایش منطقه‌ ای برای کارِ بدون وقفه یا اختلال در 24 ساعتِ هفت روز هفته (24×7) طراحی می شود.   این موضوع به این دلیل است که ساختمان‌ های کاربر نهایی برای نیازهای سرمایشی خود به سایت سرمایش منطقه‌ ای متکی هستند. هرگونه خرابی در سایت سرمایش منطقه‌ ای می تواند تأثیر قابل توجهی بر ساختمان های کاربر نهایی داشته باشد. با توجه به الزامات دقیقِ در دسترس بودن و قابلیت اطمینان، سایت سرمایش منطقه‌ ای به تجهیزات قوی و صنعتی مجهز شده است و با افزونگی تجهیزات کافی جهت جلوگیری از قطعی های برنامه ریزی نشده ارائه شده است. در مقابل، یک سایت چیلر داخلی (در ساختمان های اداری و تجاری) معمولاً طبق ساعات اداری عادی یا ساعات کار مستاجران واحدهای تجاری کار می کند. در نتیجه، غیر معمول نیست که ببینیم چیلرهای ساختمان در طول شب خاموش هستند.

سرمایش به عنوان یک سرویس در مقابل تولید آب سرد در محل

سایت سرمایش منطقه‌ ای بخشی از یک تجارت انرژی است که سرمایش را به عنوان یک سرویس ارائه می دهد، در حالی که سایت چیلر داخلی اساساً یک داراییِ تولید آب سرد در محل است. از دیدگاه یک مالک ساختمان، در نظر گرفتن انرژی سرمایشی به عنوان یک سرویس از یک سایت سرمایش منطقه‌ ای، یک استراتژی سبک دارایی است. مالک ساختمان مجبور نیست برای دسترسی به انرژی سرمایشی، سرمایۀ اولیۀ قابل توجهی را در یک سایت چیلر داخلی متعهد شود. در عوض، آنها هزینۀ انرژی سرمایشی را بر اساس «پرداخت در زمان انجام کار» که معمولاً به صورت ماهانه صورت‌ حساب می‌شود، پرداخت می‌کنند. علاوه بر این، بهره برداری و نگهداری نیروگاه انرژی سرمایشی به اُپراتور سرمایش منطقه‌ ای واگذار می شود و به مالک ساختمان این امکان را می دهد تا بر تجارت اصلی خود تمرکز کند.

مزایای سرمایشِ منطقه ای در مقایسه با سرمایشِ معمول

سرمایش منطقه‌ ای مزایای متعددی را ارائه می دهد که آن را به گزینه ای جذاب برای ارائه خدماتِ سرمایشی به چندین ساختمان و مناطق شهری تبدیل می کند. در این بخش به برخی از مزایای کلیدی سرمایش منطقه ای اشاره شده است:

راندمان انرژی

سیستم‌ های سرمایش منطقه‌ ای برای بهره‌ وری انرژی بالا طراحی شده‌ اند؛ زیرا متمرکز کردن تولید سرمایش باعث صرفه‌جویی در مقیاس و بهبود بهینه‌ سازی سیستم می‌شود.

در واقع، تولید سرمایش متمرکز امکان استفاده از تجهیزات بزرگ و کارآمد و عملیات بهینه را فراهم می کند. استفاده از چیلرهای صنعتی با راندمان بالا از این قبیل است. به این ترتیب مزایای اضافیِ این تجهیزات به مزایای سرمایش منطقه ای اضافه می گردد. در مجموع، این رویکرد منجر به کاهش مصرف انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای می شود.

صرفه جویی در هزینه

سرمایش منطقه‌ ای به‌طور بالقوه می‌ تواند هزینه‌ های سرمایش را به دلیل متمرکز بودن تجهیزات و عملیات کاهش دهد، که می‌تواند منجر به کاهش هزینه‌ های نگهداری و عملیاتی گردد. در عین حال، این راهکار نیاز به تأمین سیستم ‌های سرمایشی در ساختمان را کاهش می دهد. سیستم هایی که نصب و نگهداری آن ها می‌ تواند پرهزینه باشد.

مقیاس پذیری

مزیت دیگری که در لیست مزایای سرمایش منطقه‌ ای وجود دارد این است که این سیستم ها به گونه ای طراحی شده اند که به راحتی قابل گسترش باشند. با اضافه شدن ساختمان‌ های جدید به منطقۀ تحت سرویس یا با افزایش نیاز سرمایشی، می‌توان سایت مرکزی را برای پاسخگویی به نیازهای رو به رشد، بدون اختلالات قابل توجه ارتقا داد.

کاهش تعمیر و نگهداری

هنگام در نظر گرفتن مزایای سرمایش منطقه ای، بسیاری به این اشاره می کنند که چگونه مالکان و اُپراتورهای ساختمان می توانند از کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری و جایگزینی تجهیزات بهره مند شوند؛ زیرا دیگر نیازی به مدیریت سیستم های سرمایشیِ خود ندارند. درواقع، این تامین کننده مرکزی سرمایش است که مسئول حفظ زیرساخت و تجهیزات مربوطه است.

پایداری زیست محیطی

از جمله مزایای کلیدی سرمایش منطقه ای این است که این سیستم ها پتانسیل کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و ارتقای پایداری زیست محیطی را دارند. از یک طرف، آنها می توانند به راحتی منابع انرژی تجدیدپذیر (مانند انرژی خورشیدی، باد و زمین گرمایی) را با هم ترکیب کنند و در نتیجه نیاز به سوخت های فسیلی را کاهش دهند یا از بین ببرند. در عین حال، این سیستم‌ها می‌توانند نسبت به یک سیستم سرمایشی معمولی، با محیط زیست سازگارتر باشند؛ زیرا اغلب از تجهیزات کارآمدتری استفاده می‌کنند و پتانسیل ترکیب منابع انرژی تجدیدپذیر را دارند. علاوه بر این، این سیستم‌ها می‌ توانند از نظر مصرف آب بازدهی بیشتری داشته باشند؛ چراکه آنها آب را بازیافت و برای اهداف سرمایشی استفادۀ مجدد می‌کنند. به این ترتیب، آنها نیاز به برج های خنک کنندۀ جداگانه (در صورت بکارگیریِ چیلر آب خنک یا چیلر جذبی) را کاهش می دهند، که می توانند مصرفِ آب قابل توجهی داشته باشند.

به بیان ساده تر، استفاده از سیستم‌ های سرمایش معمولی معمولاً اثرات مضر زیست‌ محیطیِ بیشتری را نشان می‌ دهد که ناشی از عواملی مانند ناکارآمدی انرژی و استفادۀ بالقوه از تجهیزات قدیمی‌تر و کمتر سازگار با محیط‌ زیست است. در حالیکه سرمایش منطقه ای رویکرد سازگار با محیط زیست را برای سرمایش ارائه می دهد؛ زیرا، می توانند منابع انرژی تجدیدپذیر، فناوری های بازیابی گرمای تلف شده و سایر روش های پایدار را یکپارچه کنند.

قابلیت اطمینان

سیستم های سرمایش منطقه ای اغلب قابلیت اطمینان بالاتری را در مقایسه با سیستم های سرمایش انفرادی و معمولی ارائه می دهند. در مواجهه با رویدادهای شدید آب و هوایی یا بلایای طبیعی، سیستم‌های سرمایش منطقه ای ممکن است راهکارهای سرمایشیِ قوی‌ تر و انعطاف ‌پذیرتری ارائه دهند و اختلالات خدمات را به حداقل برسانند. این می تواند برای تأسیسات حیاتی و مشاغلی که به سرمایش بی وقفه متکی هستند، بسیار مهم باشد. قابلیت اطمینانِ افزایش یافته در میان مزایای سرمایش منطقه ای به ویژه در مورد سیستم هایی صادق است که گزینه های اضافی و پشتیبان را در خود جای داده اند و حتی در صورت خرابی تجهیزات یا شرایط اضطراری، سرمایش مداوم را تضمین می کنند.

در سیستم های سرمایش معمولی، همانطور که اشاره شد، مالکان ساختمان، مسئول تعمیر و نگهداری هستند که می تواند از نظر کیفیت و به موقع بودن سرویس ها، متفاوت باشد و منجر به خرابی بالقوه گردد. در حالیکه، وجود رویکرد متمرکز در سرمایش منطقه ای، معمولاً به این معنی است که تجهیزات در استانداردهای بالا نگهداری می شوند و قابلیت اطمینان بیشتر و کاهش زمان خرابی را تضمین می کند.