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  • Rhode Island Convention Center • Providence, Rhode Island

    Refrigerant Additive and Coil Coating Case Studies

    Session: HVAC Technologies

    Michael Bowers, PE, LEED Green Associate Amec Foster Wheeler

    August 10, 2016

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade

    Session Outline

    2

    1. Identify Reasons for DX Efficiency Degradation 2. Testing Methods 3. HVAC Armor Test Results 4. IceCOLD Test Results 5. Combined Test Results 6. Summary

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade

    Objective

    3

    Direct‐expansion (DX) equipment begins to degrade shortly after  installation. This study documents the efficiency gains of two 

    products that claim to increase the performance of DX  equipment by tackling two major causes of degradation.

    Condenser coil fin oxidation/degradation

    Reduces oil fouling in refrigerant lines

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade4

    Efficiency of a System

    EER, COP, EI, SEER, kW/ton…

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade5

    Testing Methods

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade

    • Field Diagnostics’ HVAC Service Assistant – Instantaneous diagnostic equipment – Compares the pressures and temperatures of the  refrigeration cycle against generic compressor data

    – Calculates efficiency index (EI)  EI =

    6

    Testing Method – HVAC Service Assistant (EI)

    Pros • Ease of use • Instantaneous calculations • Comprehensive data 

    analysis • EI is normalized for 

    ambient temperature

    Cons • Single‐point data • Non‐industry standard 

    efficiency rating (EI)

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade

    • HVAC Armor testing method – Calculating change in enthalpy across the condenser – Data loggers obtain 20‐30 minutes of data

    • Analyzed data is chosen based on finding a stable set of data in the  temperature/pressure

    – Data is corrected for ambient temperature – COP = 

    7

    Testing Method – COP Data Logging

    Pros • 20‐30 minutes of data 

    obtained • COP calculated before and 

    after implementation

    Cons • Total system efficiency 

    based on assumptions of  fully functioning system

    • COP varies greatly during  system operation 

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade8

    Testing Method – Compressor Amp Draw

    Pros • Actual current draw • Full week of data to 

    analyze before and after  implementation

    Cons • Low sample size yields 

    unreliable data when  corrected for ambient  temperature

    • Cannot account for changes  in occupant behavior

    • IceCOLD testing method – Amp‐draw was logged and analyzed – Data loggers obtained one week of data for baseline  and one week of data for post‐implementation data

    – Data is corrected for ambient temperature using  cooling degree days (CDD)

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade

    • Total of 14 DX units were tested at  various test sites in North Central  Florida (12 units of valid data)

    • Each individual circuit analyzed • Performance analyzed using three  different methods

    9

    Test Overview

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade10

    Test Limitations

    Imperfect equipment with imperfect data

    Variables • Behavioral changes • Changes in thermostat setpoints • Voltage

    Corrective Measures • Analyzed data with similar CDD • Eliminated data that were clear anomalies

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade11

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade

    What is HVAC Armor?

    12

    • Inorganic coating for DX coil protection and  rejuvenation

    • Restores coil to original state • Prevents corrosion • ~1 mil coating allows for maximum heat 

    transfer and condenser coil airflow  • Advertises 13% energy savings

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade13

    Installation – HVAC Armor

    Condenser coil is cleaned, combed,  and coated with HVAC Armor

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade14

    Testing Results – HVAC Armor

    Percent Increase in Efficiency Tag Tons Pre‐EI

    CU‐2 7.5 73 CU‐5 15 111 CU‐6 5 82 CU‐7 10 78 CU‐8 10 86 RTU‐3 6 103 RTU‐4 10 95 RTU‐6 5 98

    ton‐weighted average

    Unit in worst condition yielded the  highest efficiency gains

    HVAC Armor  % Increase

    39% 15.9% ‐3.8% ‐9.7% ‐3.4% 25% 11% 15.2% 10.5%

    EI%  Increase

    5% 2% 2% 1% 1% ‐6% 0% 4% 1.2%

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade15

    Energy Savings – HVAC Armor

    Savings estimated using Trane Trace 700™  modeling software

    • One of the tested buildings was modeled  and calibrated to utility bills

    • Cost estimates provided by HVAC Armor • Electrical cost assumed to be $0.12/kWh

    Payback varies for each unit, but  can be maximized if unit is 

    properly screened for application

    Tag Tons

    CU‐2 7.5 CU‐5 15 CU‐6 5 CU‐7 10 CU‐8 10 RTU‐3 6 RTU‐4 10 RTU‐6 5

    ton‐weighted average

    *Paybacks must be analyzed against expected remaining life expectancy of the unit

    HVAC Armor  % Increase Payback

    39% 0.74  15.9% 1.53 ‐3.8% ‐ ‐9.7% ‐ ‐3.4% ‐ 25% 1.04 11% 2.15 15.2% 1.59 10.5% 2.50

    EI%  Increase Payback

    5% 4.15 2% 13.37 2% 9.58 1% 19.87 1% 22.37 ‐6% ‐ 0% ‐ 4% 6.40 1.2% 23.56 

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade16

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade

    What is IceCOLD?

    17

    • Synthetic catalyst that reduces oil fouling in  refrigerant lines

    • Restores system to original capacity • Keeps system lubricated and prevents future 

    oil fouling • Advertises a 10% reduction in HVAC energy 

    consumption (average 15‐23%)

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade18

    Installation ‐ IceCOLD

    Refrigerant levels are  measured* to calculate 

    correct amount of  IceCOLD to add to system.

    *Refrigerant levels were not modified as a part of this study

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade19

    Testing Results – IceCOLD

    Amp Draw (Amp‐hr/day/CDD) Analyzed by IceCOLD

    Tag Tonnage Pre‐EI

    RTU‐1 10 97 RTU‐2 10 95 RTU‐3 6 79 RTU‐5 15 81 CU‐2 7.5 74 CU‐4 15 91 CU‐5 15 113

    ton‐weighted average 

    IceCOLD % Savings Amp‐hr/day/CDD

    4.1% 14.4% 20.0% 4.9% 29.5% 8.6% 9.4% 11.1%

    EI%  Increase

    0% 3% 30% ‐4% ‐1% ‐3% ‐5% 0.2%

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade20

    Combined Effect

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade21

    The combined system effect on the application of both products was analyzed for  28.5 tons of equipment.

    Combined Effect

    While efficiency gains can be realized by implementing both HVAC Armor and  IceCOLD, the savings do not appear to compound on top of one another. 

    Majority of the energy savings will be realized  after the first product implementation

    74%

    26%

    Total Achieved Savings

    First Product Second Product

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade22

    What does all this mean?

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade23

    Summary

    • Increases efficiency of unit • Simple payback increases 

    substantially when you consider  potential cost avoidance

    • Energy savings confirmed for a  small population of tested units

    • Not cost‐effective to apply both products to a single unit • Screening of units is recommended prior to product 

    installation

  • Energy Exchange: Federal Sustainability for the Next Decade

    Thank you for your time!

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