עקרונות מיזוג אוויר באוניברסיטה

בעולמנו המתחמם משנה לשנה, במיוחד באזורנו, המזרח התיכון יש דרישה גוברת לאמצעי קירור ואוורור בגדלים שונים. קיימות מערכות גדולות מאוד ומרכזיות בארגונים גדולים כמו אוניברסיטאות, מוסדות ממשלה או אחרים. מבני האוניברסיטה כוללים חדרי מרצים ומזכירויות, אולמות הרצאה וכיתות לימוד רגילות, מעבדות עם מנדפים וללא מנדפים, מעבדות עם מנדפים כימיים שגורמים להחלפת האוויר במעבדה 6-8 פעמים בשעה, עובדה שמכתיבה את גודל ויכולת יחידת המיזוג והאוורור של המעבדה. לכל סוג וגודל של חלל בתוך הבניינים צריך לתת טיפול מתאים מבחינת אוורור ומיזוג אויר לפי התקנים המקובלים.

כל מערכות הקירור צורכות גז-קרר (פראון), החלפת חום עם הסביבה ואנרגיה חשמלית. במקרים של מערכות גדולות יחסית תהליך הקירור של הבניינים נעשה על ידי קירור מים בעזרת צ'ילרים

ל- 6-9 מעלות צלסיוס. המים מסוחררים בין הבניינים ביחידות מפוח נחשון ו/או יחידות טיפול באוויר (יטא"ות) וחוזרים למרכז האנרגיה בתוספת של 7-10 מעלות צלסיוס. המים מקוררים שוב על ידי הצ'ילרים ומסוחררים חזרה בתהליך מתמשך.

איכות וכמות המים המסוחררים ו\או מבוזבזים במערכות אנרגיה אלו לא זוכים לתשומת לב מספיקה. איכות המים במערכות קירור אלו קובעות בצורה משמעותית את נצילות המערכת וכן את עלות החשמל. יצירת סתימה, אפילו חלקית, בצנרת שמובילה מים אלו במערכות הקירור ואליהם גורמת לבזבוז אנרגיה רב. המים המתאדים בתהליך זה הם נקיים ממלחים לכן במים הנותרים כמות המלחים עולה וכאשר המוליכות של המים מגיעה לערך מסוים יש לפלוט אותם לשפכים ולמלא מים נקיים.

בזבוז מים רבים במערכות אלו גורמים להמלחת מי התהום שמדולדלים מאוד ופגעים ביכולת השימוש במאגרים בשנות בצורת.

כדי לחסוך במים אלו משתמשים במערכות לטיפול במים בשיטות שונות. השיטה הנפוצה ביותר היא "אוסמוזה הפוכה", מטרת המערכת לייצר מים נטולי מלחים או מזהמים שונים.

הקריטריון החשוב ביותר שקיים באוניברסיטת בן-גוריון בנגב הוא: האוניברסיטה מחויבת לספק לכל המשתמשים אוויר ממוזג בטמפרטורה של 2 +/- 24.0 מעלות צלסיוס כל השנה.

קיימים מספר קריטריונים לתכנון כמו: החלפות אויר, ריכוז CO2 , ספיקת אוויר לאדם השוהה בחדר, מקדם שימוש, מחזור חיסכון ועוד.

במטרה לעשות סדר במושגים הרבים יש לשים לב למספר גורמים: תקני בטיחות, תקני ASRAE תלונות הלקוחות ודרישות תכנון מנימליים.

לעיתים יש התייחסות לתכנון מערכת לפי מגבלת CO2. יש להזכיר שתכנון לרמות CO2 כוללת בתוכה החלפות אויר בודדות (אחת או אחת וחצי בשעה) וכמות ה- CO2 בחדר תלויה מאוד במספר האנשים (שמייצרים את ה- CO2) המצויים בחדר. תכנון לפי קריטריון זה הוא מורכב וקשה ולכן עדיף לתכנן לפי קריטריונים אחרים כמו: צריכת אויר לאדם או החלפת נפח האוויר בחדר.

מערכת הקירור המרכזית בקמפוס "מרקוס" באוניברסיטת בן-גוריון בנגב, כוללת צ'לרים  בגודל של 1500טון קירור, 1200 טון קירור, 1000 טון קירור, 600 טון קירור ואחד של 350 טון קירור (בימים אלו, צ'ילר נוסף בגודל 2000 טון קירור נכנס לתהליך רכישה והתקנה).

בנוסף יש מאגר קור בנפח של 5000 מ"ק מים קרים (6-9 מעלות צלסיוס), מאגר זה משמש כ"צ'ילר" בגודל של 1500 טון קירור שמנוצל לפי הצורך בשעות היום החמות ונטען במים קרים בשעות הלילה המאוחרות שבהם החשמל זול בהרבה.

סה"כ ניתן לומר שהמערכת כוללת אמצעי קירור בגודל של כ- 5500 טון קירור כאשר כל הצ'לרים עובדים ביחד ולא "מפריעים אחד לשני. ההפרעה ההדדית תלויה במשטר הספיקות, הלחצים והטמפרטורות שכל מכונה תורמת למערכת הכללית בזמן נתון.

כלל לא מובן מאליו שכל המשאבים מצטרפים למשאב אחד שכולל את סכום הפרטים, נושא שדורש בדיקה מפעם לפעם.

יש להתאים מערכת מדידה בזמן אמת של הנצילות הכוללת של המערכת, כלומר היחס בין השקעת האנרגיה (בדרך כלל זרם חשמלי רב) לבין סה"כ האנרגיה המופקת, ספיקה טמפרטורה ולחץ של המים הקרים.

באוניברסיטת בן-גוריון בנגב קימת מערכת בקרה שבכל רגע נתון, ניתן לבדוק זאת, לפי נתונים אמיתיים מהשטח, ולבצע את השינויים המתאימים כדי לחסוך בעליות ולמנוע בזבוזי אנרגיה.

בכל מכונות הקירור במעגל המים קימת מערכת המודדת את ספיקת המים דרך המכונה.

משאבות מים מזרימות מים קרים דרך מקררי המים ומיכל האגירה, אל כל המבנים בקמפוס באמצעות צנרת מים מבודדת העוברת במנהרות תת קרקעיות.

בכל אחד מהבניינים מורכבות משאבות משניות אשר יונקות מים מקו האספקה העובר במנהרה תת קרקעית, מסחררות את המים בתוך המבנה ומחזירה את המים אל צינור החזרה הראשי.

בכל מבנה קיימת כיום מערכת המודדת את ספיקת המים וכמות האנרגיה הנצרכת על ידי המבנה, אינפורמציה זו זורמת בצורה רציפה לחדר הבקרה במרכז האנרגיה.
לדוגמא בקיץ האחרון נמדד שימוש בכ-4300 טון קירור בלבד בשעות השיא כאשר הייצור היה של כ-4450 טון קירור כלומר נצילות של כ-90% מיכולת המכונה.

במרכז האנרגיה של קמפוס "מרקוס" אוניברסיטת בן גוריון בנגב מותקנים כיום שלושה דודי מים חמים. שניים לתפוקה של 3.000.000 ק"ק לשעה ואחד לתפוקה של 1.200.000 ק"ק לשעה.
בימים אלו מוסיפים, דוד נוסף חדש בהספק של 4.000.000 ק"ק לשעה, כך שתפוקת החימום הכולל של המערכת 11.200.000 ק"ק לשעה. אולם בפועל, אחד הדודים בהספק של 3.000.000 ק"ק לשעה, יהיה בעמדת המתנה למקרה הצורך. המערכת כולה מחוברת למערכת משאבות שמזרימה את המים החמים למערכת מרכזית של הקמפוס.

בכניסה לכל בנין יש מערכת של משאבות הגברה וויסות טמפרטורה במעגל שגורם לחיסכון במים חמים.

המערכת כולה נשלטת ממוקד אחד. למוקד הזה מגיעה אינפורמציה מכל הבניינים וניתן לבדוק בזמן אמת את הפרמטרים החשובים לבדיקת יעילות המערכת.

במספר בניינים שנבנים, מותקנים גופי חימום חשמליים במתקן המפוח נחשון שמאפשרים וויסות הטמפרטורה ללא תלות במערכת המרכזית. המערכת המרכזית מספקת מים חמים כ-3 חודשים בשנה בלבד.