Om inverterteknologi til AC, opvarmning og ventilation

Et kvantespring inden for energieffektivitet
HVAC-markedet er under hastig udvikling. Inverterteknologi er den mest energieffektive teknologi og revolutionerer nu den måde, som airconditionanlæg designes og bygges på, så de kan imødekomme behovene for klimastyring verden over. Den første til at tage teknologien med variabel hastighed til sig får en konkurrencemæssig fordel.

Markedsbehov: Undgå systemoverstørrelse, sænk elregningen og tilstrømningen under indkobling, opnå bedre komfort og forbedret proces er nogle af de vigtigste drivkræfter bag variabel kapacitet.

Modulerende teknologier: Der er flere måder at regulere kølekapaciteten på i køle-, aircondition- og opvarmningsanlæg.

Bypassmetode

Driftsprincip: Inverterkompressorer kører ved forskellige hastigheder, hvilket genererer et moduleret kølemiddelolieflow og køleeffekt.

Video "Inverterkompressorer til HVAC"

Fordele: Bedre kvalitet af strømforsyningen, systemdiagnostik, fugtighedsstyring, energibesparelser, præcis temperaturkontrol, mindre støj, processikkerhed og større komfort.

Udfordringer: Valg af kompressor og omformer samt designfærdighederne er afgørende for systemets overordnede pålidelighed og effektivitet.

Fordele i HVAC-enheder

Bedre kvalitet af strømforsyningen, systemdiagnostik, fugtighedsstyring, energibesparelser, præcis temperaturkontrol, mindre støj, processikkerhed og større komfort.

Inverterkompressorteknologi giver nye muligheder for airconditionanlæg, først og fremmest i form af reduceret energiforbrug og lavere driftsomkostninger. 

Derudover forbedrer teknologien effektfaktoren og fører til en forbedret forsyningskvalitet såvel som bedre systemdiagnostik og åbne kommunikationsprotokoller, som afhjælper servicearbejdet. 

Kontinuerlig tilpasning til kølebehovene medfører større energibesparelser og præcis temperaturkontrol.

Kompressoren tilpasser strømtilslutningen til kølekapaciteten. Enheden modstår effektivt ændringer i temperaturen og kører ved delbelastning, hvilket kan repræsentere en energibesparelse på over 30 % hvert år sammenlignet med en kompressor med fast hastighed eller en moduleret kompressor. Den stabile temperaturkontrol sikrer processerne på optimal vis og yder større komfort. Alt i alt betyder dette energieffektivitet i bygninger.

Kapacitetsmoduleringen svækker spidseffektbehov, hvilket også medvirker til at øge nettets driftsikkerhed og elforsyningens kvalitet.

Softstartstyringen fører til nærmest nul tilstrømning under indkobling og forbedrer EER:

  • Direct-on-line (DOL) kompressorer starter med at trække 5-6 gange den nominelle strøm, indtil kompressorens driftshastighed nås. Traditionelle kompressorer med fast hastighed i et anlæg kan foretage 8-12 start/stop-cyklusser, og hver start kræver meget strøm fra forsyningen, hvilket fører til et højt effektforbrug og forsyningsbelastning samt belastning af kompressorens mekaniske dele.
  • De fleste inverterscrollkompressorer har softstart, hvilket forebygger momentbølger. Det forebygger mod mekanisk belastning på maskinen og genererer lavere serviceomkostninger og mindre slid. Lav startstrøm medvirker også til at mindske de faste omkostninger til forsyningsselskaber (spidsstrømsberegning) og mindsker net- og nødstrømsbelastninger.

 

Yderligere fordele ved inverterkompressorer er:

  • Forbedret fugtighedsregulering gør desuden enheden egnet til spa-installationer takket være enhedens justeringskapacitet og dermed forbedret styring af fordampningstemperaturen.
  • Støjsvag i forhold til konventionelle on/off-systemer ved delbelastningsdrift.
    Danfoss Commercial Compressors har ud over de almindelige teknologifordele, som fås med alle kompressorer, prækvalificerede inverterkompressorer og omformere, der er beregnet til at fungere sammen.

 

Dette er endnu en fordel til gavn for producenter, rådgivende ingeniører og slutbrugere med hensyn til:

  • Færre anlægskomponenter
  • Større driftsikkerhed og kontinuerlig drift
  • Lettere teknologiimplementering
  • Reducerede driftsomkostninger
  • Kortere produktionstid

 

Figur 1

Energiforbruget i kølesystemer med forskellige kompressorkonfigurationer. Gennemsnitligt effektindeks baseret på simuleringer for 10-30TR-kompressorer anvendt i applikationer med lavt trykforhold (roof tops). Indeks 100 = Danfoss' inverterscrolls VZH energiforbrug.

Figur 2

Typisk belastningsprofil i en bygning.
Kun nogle få procent af aktiviteterne i en bygning kører ved fuld belastning. HVAC-systemer er designet til spidsbelastningsforhold (højre side af diagrammet). Disse betingelser er ikke de betingelser, hvorved udstyret er i drift det meste af tiden. Dette diagram repræsenterer typiske årlige klimadata og kørselstimer (% af år) for hver tilstand. 

Kilde: Danfoss' HVAC-værktøj

Fordele ved Danfoss
Udfordringer og misforståelser ved implementeringen af teknologi med variabel hastighed

Valg af kompressor og omformer samt designfærdighederne er afgørende for systemets overordnede pålidelighed og effektivitet.

Inverteromformerens betydning: Kompressoren og omformeren skal være godkendt til at arbejde sammen og til dedikerede applikationer. Omformeren modulerer kompressorens hastighed og forhindrer, at den fungerer uden for kompressorens driftsgrænser. Inverterens frekvensomformere skal bruge algoritmer, der er udviklet specifikt til opvarmning, ventilation og airconditioning (HVAC) eller til køling. De sikrer, at systemet fungerer inden for applikationens grænser. Omformeren kan også styre andre enheder såsom olieindsprøjtningsventiler eller supplerende kompressorer. Idet kompressorens rotationshastighed ændres, øges eller mindskes kølemiddelmængden – og olie – der strømmer gennem kompressoren. Omformeren sørger for, at kompressoren er optimalt smurt ved alle kompressorhastigheder.

OEM-producenters kompetencer ved integration af invertersystem: Ikke alle OEM'er er klar til at tage inverterteknologi til sig af følgende grunde:

  1. Kompetenceniveau og erfaring forhindrer OEM i at implementere inverterteknologi. Tilstrækkelig stor mekanisk erfaring skal være suppleret af elektroteknisk kunnen og regulatorudvikling og -programmering.
  2. Inverterkompressorer skal kontinuerligt variere hastigheden for at tilpasse sig belastningen, hvilket gør systemets oliestyring mere kompleks sammenlignet med traditionel teknologi. Oliestyringskompetencer er en basal problematik – når der ikke bruges en oliefri kompressortype – hvor kompressorproducentens erfaring gør hele forskellen,
  3. Applikationssupport til OEM'er ydet af kompressor- og inverterproducenten er kritisk for systemintegrationen.

 

Misforståelser om teknologi med variabel hastighed

Inverterteknologi reagerer for langsomt på belastningsændringer: Visse inverterscrolls hastighedsområde for nedadgående/opadgående kørsel er mellem <0,1 s og 3.600 s > En inverter ved fuld belastning taber 5-10 %. Ved fuld hastighed kan inverteren miste 3 % i effektivitet. Idet fuld belastning ikke forekommer ofte, er tabet minimalt i det generelle enhedsforbrug.

Oliecirkulationen øges ved højhastighedsdrift: Oliecirkulationshastigheden, der styres elektronisk af visse inverterscrolls, kan være mindre end 3 % ved fuld hastighed. Oliestyring er mere kompleks med inverterkompressorsystemer. Nogle inverterscrolls styrer oliecirkulationen ved både lav og høj hastighed, hvilket kræver minimal designtilpasning.

Invertere kan ikke anvendes, når EMC (elektromagnetisk kompatibilitet) er et problem: Nogle invertere tilbyder EMC-filtrering på to niveauer, som opfylder de strengeste europæiske standarder for elektromagnetisk interferens.

Behov for variabel kapacitet på markedet

Undgå systemoverstørrelse, sænk elregningen og tilstrømningen under indkobling, opnå bedre komfort og forbedret proces er nogle af de vigtigste drivkræfter bag variabel kapacitet.

Mange køle- og airconditionanlæg kræver driftsikre processer, som er mere effektive, kompakte, miljøvenlige samt lette at installere og vedligeholde. Kølebehovene varierer kraftigt i løbet af dagen og i årets løb pga. de omgivende betingelser, belastning og forbrug, belysning osv.

  • Komfortkøling kan også opfylde behovet for en stabil og nøjagtig temperatur- og fugtighedsregulering på f.eks. hospitaler, i it- og telesektoren og i proceskøling.
  • Anvendelser på f.eks. skoler, restauranter og kontorbygninger kræver, at kølesystemet kan tilpasses til store daglige belastningsvariationer.
  • Procesanvendelser inden for f.eks. gæring, i væksthuse og industrielle processer kræver nøjagtig temperaturregulering for at sikre produktionskvaliteten.

 

Tre forskellige markedstendenser samles om at skabe nye muligheder for effektive, bæredygtige løsninger: 

  • Energieffektivitet
  • Intelligente systemer
  • Miljøpåvirkning

 

Energieffektivitet er ikke længere en mulighed. Energilovgivningerne bliver stadigt strammere. Der udarbejdes energiforskrifter og -standarder for bygninger overalt i verden, og tiltag til energiforbedringer får mere opmærksomhed. Et andet globalt problem er energisikkerheden. Hvordan sikrer vi, at vi ikke kommer til at mangle energi i fremtiden?

HVAC og kølesystemer er normalt designet til at klare spidsbelastninger, hvilket kun er en lille procentdel af den reelle drift. Overstørrelse af denne type fører til effektivitetstab og øgede omkostninger knyttet til overdimensioneret udstyr. Energieffektiv kapacitetsmodulering bruges til at tilpasse kølekapaciteten til kølebehovet og derved tilpasse disse anvendelseskrav.

Modulerende teknologier

Der er flere måder at regulere kølekapaciteten på i køle-, aircondition- og opvarmningsanlæg. De mest kendte, der almindeligvis anvendes til airconditioning, er: on/off-cyklus, varmgasbypass, manifoldkonfigurationer af flere kompressorer, mekanisk modulering (også kaldet digital) og inverterteknologi. De har alle fordele og ulemper.

  • On/off-cyklus: Resulterer i stop af kompressoren med fast hastighed under lette belastningsforhold og kan føre til korte start-/stoptider samt en reducering af kompressorens levetid. Enhedens effektivitet forringes af gentagen trykbelastning og indkoblingstab. Reduktionskapaciteten er 100 % eller 0 %.
  • Varmgasbypass: Består i at bypasse en mængde gas fra afgangs- til sugesiden. Kompressoren vil opretholde driften ved samme hastighed, men bypassfunktionen gør, at kølevæskens masseflow, der cirkulerer i systemet, mindskes, og således også kølekapaciteten. Dette forårsager naturligvis, at kompressoren kører formålsløst i perioder, hvor bypassfunktionen er aktiveret. Reduktionskapaciteten varierer mellem 0 og 100 %.
  • Manifoldkonfigurationer: Adskillelige kompressorer kan installeres i systemet for at levere maksimal kølekapacitet. Hver kompressor kan køre eller ikke køre for at regulere enhedens kølekapacitet. Reduktionskapaciteten er enten 0/33/66 eller 100 % for en tredobbelt konfiguration og enten 0/50 eller 100 % for en tandem.
  • Mekanisk moduleret kompressor: Denne interne, mekaniske kapacitetsmodulering er baseret på en periodisk kompressionsproces med en kontrolventil, hvor de to scrollsæt fjerner sig fra hinanden, hvilket stopper kompressionen i en bestemt tidsperiode. Denne metode varierer kølemiddelflowet ved at regulere den gennemsnitlige kompressionstid, men ikke motorens reelle hastighed. Trods et fortrinligt reduktionsforhold – fra 10 til 100 % af kølekapaciteten – har mekanisk modulerede scrolls et højt energiforbrug grundet motorens kontinuerlige drift.
  • Inverterkompressor: Bruger en variabel frekvensomformer til at sænke eller øge hastigheden på motoren, som driver kompressoren. Denne metode varierer kølemiddelflowet ved reelt at ændre kompressorens hastighed. Reduktionsforholdet afhænger af systemkonfigurationen og -producenten. Modulationen svinger fra 10 % (afhængigt af kompressormodellen) op til 100 % ved fuld kapacitet med en enkelt frekvensomformer.

 

Frekvensomformeren forbedrer effektfaktoren og booster kvaliteten af elnetforsyningen

Airconditioning står får ca. 20 % af det samlede årlige elforbrug i et land som USA. Introduktionen af frekvensomformerteknologi i aircondition- og varmepumpesystemer giver mulighed for at opnå betydelige energibesparelser takket være den effektive delbelastning, som også hjælper med at forbedre elnettets strømkvalitet. 

Effektfaktoren er et vigtigt mål for, hvor hårdt kraftværket skal arbejde for at levere elektricitet. 

Det kan påvirke kvaliteten af strømforsyningen direkte, hvis installationernes effektfaktor øges. For elselskaberne betyder det et mindre tab og forbedret driftssikkerhed af forsyningen. For bygnings- og boligejere betyder det mere effektivt udstyr med mulighed for stats- og eller føderale støtteordninger eller støtteordninger fra lokale offentlige værker. 

Effektfaktoren er kombinationen af forskydningsstrømfaktoren (forskydning af aktiv og reaktiv strøm) og forvrængningsstrømfaktoren (forvrængning af strømmen pga. harmoniske svingninger).

En effektfaktor tæt på 1 betyder:

  • Ingen interferens med andet installeret udstyr
  • Ingen interferens med elnettet 
  • Mindre tab og højere effektivitet. 

 

Brugen af frekvensomformere giver mulighed for en betydelig forbedring i effektfaktoren, da forskydningsstrømfaktoren er tæt på 1. Forvrængningseffektfaktoren påvirker imidlertid transformere, kabler, sikringer og maksimalafbrydere negativt pga. harmoniske svingninger. 

Danfoss' inverterteknologi har en lav forvrængning og høj effektfaktor (0,98) takket være korrektionen fra en DC-choker, mens andre frekvensomformere eller mekanisk modulerede systemer kan have en effektfaktor så lav som 0,60. 

Andre fordele ved prækvalificeret omformerkorrektion i Danfoss' inverterløsninger: 

  • Booster den øjeblikkelige kredsspænding, når det er nødvendigt, hvilket forbedrer driftsegenskaberne ved lave forsyningsspændinger. 
  • Øger spændingen i AC-induktionsspolen, hvilket reducerer strømmen og belastningen i hele kæden af strømkomponenter, samtidig med at omkostningerne reduceres. 
  • Den højere DC-linkspænding reducerer motorstrømmen og tab. 
  • Den aktive effektfaktorkorrektion (PFC) kan slås til og fra efter behov for den bedste systemeffektivitet.
Driftsprincip

En inverterkompressor er designet til at fungere med en frekvensomformer, som trinvist justerer kompressormotorens hastighed, så den nødvendige køling leveres.

Det kan enten være scroll-, rotations- eller stempelkompressorer, semihermetiske eller åbne kompressorer, herunder skrue-, centrifugal- og aksialkompressorer. Denne type kompressor bruger en særlig omformer til at regulere kompressormotorhastigheden (målt i omdrejninger pr. sekund (o/sek.). Inverterkompressorer kan fungere ved forskellige hastigheder: Inverterkompressoren er specifikt designet til at køre ved forskellige motorhastigheder for at genere et moduleret kølemiddelolieflow og køleeffekt.

Den variable frekvensomformer angiver kølekravet til kompressormotoren. Motoren tilpasser kontinuerligt hastigheden for at yde en større eller mindre kølekapacitet for at opfylde det nøjagtige kølebehov. Kombinationen af de to enheder – kompressor og omformer – leverer en kontinuerlig køleregulering. Metoden med variabel hastighed kræver en meget robust kompressor ved kørsel med fuld hastighed og et specielt kompressorsmøringssystem til systemer, der anvender olie. En fremragende oliestyring er en kritisk forudsætning for at sikre kompressorens levetid. Oliestyringssystemet garanterer god smøring af scrollfunktionen ved lav hastighed og modvirker, at en for stor mængde olie sprøjtes ind i kredsløbet ved højhastighedsdrift for at opretholde en perfekt oliecirkulationshastighed.

Video om variabel hastighed

Danfoss' teknologi med variabel hastighed

Når du bruger Danfoss' inverterkompressorløsninger, kan du opnå betydelige energibesparelser sammenlignet med traditionelle on/off-kompressorer eller mekanisk modulerede teknologier.

Produkter

  • Turbocor – Danfoss
    Turbocor®

    Danfoss er førende producent af oliefrie kompressorer og pionerer inden for Danfoss Turbocor® kompressorer – verdens første oliefrie kompressor med magnetiske lejer til HVAC-branchen.

  • Turbocor® – TG – Danfoss
    Turbocor® – TG

    Danfoss Turbocor® TG modellerne af oliefrie kompressorer fås i fire forskellige modeller fra 40 ton til 150 ton/140 kW til 540 kW ved anvendelse af kølemidlet med ultralavt GWP, HFO1234ze.

  • Turbocor® – TT – Danfoss
    Turbocor® – TT

    Danfoss Turbocor® TT modellen af oliefrie kompressorer fås i fire forskellige modeller fra 60 ton til 200 ton/200 kW til 700 kW ved anvendelse af R134a eller det ikke-brændbare kølemiddel med lavt GWP, R513A. 

  • Turbocor® – VTT – Danfoss
    Turbocor® – VTT

    Danfoss Turbocor® VTT modellen af oliefrie kompressorer fås med en kapacitet på op til 400 tons/1.430 kW ved anvendelse af R134a.  Denne kompressor er udviklet til vandapplikationer og fordamperafkølede chillerapplikationer.

  • Inverterscrolls – VZH – Danfoss
    Inverterscrolls – VZH

    Danfoss' inverterscrollkompressor VZH er effektiv og driftssikker. Mulighed for energibesparelser på 30 % i bl.a. roof tops, chillere og præcise regulatorer.

Relaterede applikationer

  • Chillere – Danfoss
    Chillere

    Energiforbrug er et vigtigt element for bygingsejere, når det drejer sig om chillere. Alt efter bygningsstørrelse, -type og anvendelsen af den samt det omgivende klima vil der være brug for forskellige løsninger til dine chillerdesigns, så du kan give dine kunder mest mulig værdi og differentiere dig på markedet.

  • Roof tops – Danfoss
    Roof tops

    Danfoss besidder en omfattende viden om roof top-løsninger, der bruges i kommercielle air conditioningsystemer og sikrer, at air conditioning på tage fungerer effektivt.

  • Lufttørrere – Danfoss
    Lufttørrere

    Hos Danfoss har vi alle køleløsninger og al den nødvendige erfaring og knowhow, det kræver at være en kompetent og pålidelig partner i den globale lufttørrer industri.

  • Variabel hastighed – ventilationsanlæg – Danfoss
    Ventilationsanlæg med inverter

    Ventilationsanlæg med integreret køling anvendes i kommercielle applikationer til aircondition i mange forskellige bygningstyper – fra små kontorbygninger, motionscentre og lægehuse til højhuse.

  • Variabel hastighed – præcisionskontrol – Danfoss
    Præcisionskontrol med inverter
  • Variabel hastighed – modulær chiller – Danfoss
    Modulære chillere

    Den vigtigste komponent i HVAC-systemet – chilleren – afkøler vandet eller brinen, der bruges til at afkøle og affugte luften i bygninger eller industrielle processer. Det er en fabriksfremstillet enhed, der afkøler vandet eller brinen ved hjælp af en fordamper, og som har en intern kondensator eller fjernkondensator med egnede regulatorer.

Læring

Online undervisning og e-lektion om inverterteknologi

Velkommen til Danfoss' online undervisningsportal! Igennem denne undervisningsportal forstærker Danfoss sin støtte til alle HVAC-R-fagfolk og studerende. Tilmeld dig i dag, så du får en fantastisk mulighed for at maksimere dine kundskaber og din fortjeneste!

Hvad får du ud af det?

  • Lær om den eksisterende teknologi fra den førende producent af inverterkompressorer/kompressorer med variabel hastighed.
  • Vi tilbyder gratis e-lektioner, online kurser og face-to-face-seminarer, som illustreres med tekniske forklaringer, videoer og erfaringer fra marken.

Du skal bare følge disse hurtige trin for at komme i gang:

  • Registrer dig på Danfoss Learning-platformen. 
  • Deltag i disse e-lektioner ved at klikke på linkene herunder

Casestudier

  • Frekvensomformere var nøglen til 40 % energibesparelser
    Frekvensomformere var nøglen til 40 % energibesparelser

    I den nordfynske virksomhed Bogense Plast, der producerer plastkomponenter til alt fra maskindele til kendte designerprodukter, er energibesparelser og miljørigtige løsninger højt på agendaen.

Nyheder

Kommer snart ...

Kommer snart ...

Kontakt os

Hvis du ønsker yderligere oplysninger, er du velkommen til at kontakte os.