Переменные частотные приводы: охлаждение пищи, лекарств и не только в промышленном холодильнике

Энди Пай рассматривает, как переменные частотные приводы помогают держать в холоде продукты питания, лекарства и другое в промышленных холодильных установках.

На протяжении около 200 лет холодильные технологии постепенно способствовали обеспечению основных товаров и услуг, таких как:

• Консервация пищевых продуктов
• Медицинские процессы
• Центральное отопление и охлаждение

Отрасль пострадала от хорошо документированных негативных экологических последствий в результате вредных хладагентов, разрушающих озоновый слой со связями с глобальным потеплением. После подписания Монреальского и Киотского протоколов был достигнут значительный прогресс, сократив производство ФУХ, ЧФУХ и ФУВ на 90% между 1988 и 2005 годами.

Однако с ожидаемым ростом мировой популяции до 9 миллиардов к 2050 году и увеличением продолжительности жизни потребление всех ресурсов, связанных с холодильными процессами, будет расти огромными темпами.

Влияние энергопотребления на окружающую среду

Энергопотребление обычно составляет крупнейший статью затрат для любой холодильной установки. Уже сейчас энергопотребление холодильного оборудования составляет 15% глобального потребления электроэнергии (часто более 20% в развитых странах). Большинство стран всё еще производят электроэнергию с использованием ископаемого топлива, что подчеркивает дальнейшее огромное влияние на глобальное потепление от использования холодильного оборудования.

Поэтому срочно необходимо:

• Улучшить коэффициент производительности (COP) холодильного оборудования (другими словами, снизить потребление электроэнергии на единицу).
• Строить более интегрированные и высококонтролируемые системы энергопотребления во всем здании.
• Переключиться на новые хладагенты, не вредящие озоновому слою и не выбрасывающие CO2.
• Расширить глобальное покрытие высокоэффективных холодильных решений, внедряющих лучшие практики.

Многие холодильные и кондиционирование систем требуют надежных процессов, которые более эффективны, компактны, экологичны, легки в установке и обслуживании. Потребность в охлаждении варьируется в широком диапазоне в течение дня и года из-за таких факторов, как окружающие условия, заполняемость и использование, освещение.

Может также быть необходимость в стабильном и точном контроле температуры и влажности в таких зонах, как больницы, ИТ и телекоммуникации. В применениях в школах, ресторанах и офисных зданиях важно, чтобы система охлаждения могла адаптироваться к широким ежедневным перепадам нагрузки.

В процессах процессного охлаждения, таких как ферментация, растительные туннели и промышленные процессы, требуются точные установки температуры для обеспечения качества производства.

Существует несколько способов модуляции охлаждающей способности в системах холодильного, кондиционирования и отопления. Наиболее распространенные в кондиционировании: простой цикл вкл/выкл, горячий газ байпас, использование (или нет) жидкостной инъекции, конфигурации множественных компрессоров и инверторная технология.

Модуляция мощности — это способ согласовать охлаждающую способность с потребностью в охлаждении для требований приложения. Компрессор специально спроектирован для работы на разных скоростях двигателя для модуляции охлаждающего выхода. Инвертор управляет скоростью двигателя компрессора для модуляции охлаждающей способности.

Технология переменной скорости может быть реализована в HVACR, точном контроле и процессах процессного охлаждения, а также в упакованных или сплит-системах кондиционирования, руф-топах, чиллерах, прецизионном охлаждении, VRF и конденсаторных блоках.

Использование высокопроизводительных приводов с двигателями с постоянными магнитами максимизирует энергоэффективность в промышленных холодильных продуктах. Типичные установки могут видеть большие увеличения Коэффициента производительности (COP) около 15%, что приводит к огромной экономии энергии и снижению затрат жизненного цикла, с окупаемостью инвестиций часто менее 12 месяцев.

Компрессор и привод должны быть квалифицированы для совместной работы и для выделенных применений. Привод модулирует скорость компрессора и также предотвращает его работу за пределами операционных пределов компрессора. Инверторные частотные приводы должны использовать алгоритмы, разработанные специально для отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC) или для холодильника — это гарантирует, что система будет работать в рамках ограничений приложения.

Системы с переменным расходом хладагента (VRF) — очень популярные системы охлаждения или реверсивные для отопления и охлаждения. Они сочетают гибкость для владельцев и жильцов зданий с энергоэффективностью, высоким комфортом и легкостью установки, не компрометируя надежность. VRF системы широко используют инверторную технологию.

Примеры экономии энергии с использованием переменных частотных приводов

Установка большого автономного переменного частотного привода из серии Unidrive SP улучшила контроль температуры в охлажденных комнатах производителя пищевых продуктов Henry Denny в Портадауне (Северная Ирландия) и на пути к обеспечению огромной экономии около £23 400 в годовом счете за электроэнергию — сокращение на 50% общего энергопотребления завода!

Компания производит широкий ассортимент пирогов, сосисочных роллов, пирожков и коттеджных пирогов, а комплекс из 20 охлажденных комнат хранит огромное количество не только собственной продукции, но, так как объект служит региональным распределительным депо для Северной Ирландии, также тысячи сыров, масла, ветчин и бекона от других компаний группы Kerry Group.

В другом месте, в Калгари, Канада, достигается экономия энергии 35% на холодильной установке в продуктовом бизнесе. Здесь новая система охлаждения включала два новых компрессора и конденсаторные охладители, и компании нужно было минимизировать операционные затраты. Один переменный частотный привод Commander SK на охладитель управляет всеми вентиляторами одновременно. Приводы интегрированы в специально спроектированную панель.

Большую часть года конденсатор работает на доле от полной мощности. В старой системе контроль охлаждения конденсатора осуществлялся контакторами, отключающими и включающими вентиляторы фиксированной скорости парами. Это приводило к постоянному циклированию вентиляторов и отсутствию тонкого контроля температуры, который требуется.

Поскольку уставка давления постоянно перебивалась, чрезмерное расширение и сжатие хладагента приводило к механической усталосте трубопроводов. Со временем это могло привести к отказу труб или соединителей.

Четыре двигателя на половинной скорости потребляют гораздо меньше энергии, чем два на полной мощности. Кроме того, плавные изменения скорости вентилятора используют меньше энергии, чем повторные пуски. В этой системе, управляемой ЧРП, не только значительная экономия энергии, но и давление и температура регулируются очень точно, что приводит к меньшему напряжению всей системы.

Применимое законодательство

Применяемые стандарт и законодательство — ISO 50001 (стандарт управления энергией) и Законодательство о сезонной эффективности частичной нагрузки (SEER).

ISO 50001:2011 устанавливает требования для установления, внедрения, поддержания и улучшения системы управления энергией. Её цель — позволить организации следовать систематическому подходу для достижения непрерывного улучшения энергетической эффективности, включая энергоэффективность, использование и потребление энергии. ISO 50001:2011 применяется ко всем переменным, влияющим на энергетическую эффективность, которые могут быть отслежены и влияны организацией. Она устанавливает требования, применимые к измерению, документированию и отчетности, проектированию и закупке оборудования, систем, процессов и персонала, способствующих энергетической эффективности.

В Европе сезонная эффективность холодильного оборудования, чиллеров и кондиционеров часто оценивается по Европейскому сезонному коэффициенту энергоэффективности (ESEER), определенному компанией Eurovent Certification. В Великобритании сезонный коэффициент энергоэффективности (SEER) для продуктов холодильного и кондиционирования, похожий на ESEER, но с другими весовыми коэффициентами профиля нагрузки, используется для части расчетов Building Regulations Part L в программном обеспечении Simplified Building Energy Model (SBEM) и при выпуске Энергетических сертификатов зданий (EPC) для новых зданий в Великобритании и ЕС; оба как часть Европейской директивы об энергетической эффективности зданий (EPBD).

Формула SEER может быть представлена так:
SEER = a (EER@25% нагрузка) + b (EER@50% нагрузка) + c (EER@75% нагрузка) + d (EER@100% нагрузка)
где a,b,c,d — весовые коэффициенты профиля нагрузки, релевантные предполагаемому применению.

Подобный стандарт к ESEER в США — интегрированный коэффициент энергоэффективности (IEER).

ESEER рассчитывается комбинированием полных и частичных рабочих коэффициентов энергоэффективности (EER) для разных сезонных температур воздуха или воды, с включением соответствующих весовых коэффициентов.