가변 속도형

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AC, 난방 및 환기용 인버터 기술 정보

에너지 효율의 비약적 발전
HVAC 시장은 급속하게 변화하고 있습니다. 인버터 기술은 에너지 효율이 가장 뛰어난 기술이며, 현재 전 세계적으로 필요한 기후 조절 요구사항을 충족시킬 수 있도록 공조 시스템의 설계와 제작 방식을 혁신하고 있습니다. 가변 속도 기술을 처음으로 채택한 기업은 경쟁 우위를 점하게 됩니다.

시장의 요구: 시스템의 대형화를 피하고, 전기 요금과 돌입 전류를 낮추며, 쾌적함을 향상시키고, 공정을 개선하는 것은 가변 용량의 핵심 동인입니다.

변조 기술: 냉동 또는 공조/난방 시스템에서 냉각 용량을 조정하는 방법은 여러 가지가 있습니다.

바이패스 방식

작동 원리: 인버터 압축기는 서로 다른 속도로 작동하면서 변조된 냉매 오일 흐름 및 냉각 출력을 발생시킵니다.

"HVAC용 인버터 압축기" 동영상

장점: 보다 나은 전원 공급 장치 품질, 시스템 진단, 습도 조절, 에너지 절감, 정확한 온도 제어, 적은 소음, 공정 안전성, 더 큰 쾌적함

도전 과제: 압축기 및 드라이브 선택, 설계자의 기술이 시스템에 전체적인 신뢰성과 효율을 부여합니다.

보다 나은 전원 공급 장치 품질, 시스템 진단, 습도 조절, 에너지 절감, 정확한 온도 제어, 적은 소음, 공정 안전성, 더 큰 쾌적함.

인버터 압축기 기술은 에너지 효율 건물, 에너지 소비 감소 및 운영 비용 절감이라는 측면에서 무엇보다도 먼저 공조 시스템에 새로운 기회를 제공합니다. 

그 외에도, 이 기술은 전력 계수의 개선을 통해 더 나은 전원 공급 품질을 제공할 뿐 아니라 더 나은 시스템 진단 기능 및 개방형 통신 프로토콜을 지원하므로 서비스가 한결 용이합니다. 

냉각 수요에 지속적으로 대응함으로써 높은 에너지 절감 효과와 정확한 온도 제어를 제공할 수 있습니다.

이 압축기는 전원 입력을 냉각 용량에 맞춰줍니다. 이 장치는 온도 변화에 효과적으로 대응하고 부분 부하 상태에서 작동하므로 고정 속도 또는 기계적 변조 방식의 압축기에 비해 연간 에너지 비용을 30% 이상 줄일 수 있습니다. 또한 안정적인 온도 제어 기능을 통해 프로세스를 최적화하고 쾌적함의 수준을 높여줍니다. 대체로 이는 건물의 에너지 효율을 의미합니다.

용량 변조는 전력 수요 피크를 약화시켜서 전력망의 신뢰성을 높이고 공급 전력의 품질 향상에 기여합니다.

소프트 기동 제어는 돌입 전류를 거의 0으로 만들고 EER을 향상시킵니다.

  • DOL (Direct-on-line) 압축기 기동 방식은 압축기가 적정 가동 속도에 이를 때까지 5-6배의 공칭 전류를 소모합니다. 기존의 고정 속도 압축기는 시작/정지 사이클이 8-12회에 이를 수 있고 매번 시동할 때마다 많은 전류를 소모하기 때문에 전력 소비량이 많아지고 전원 공급 장치 및 압축기의 기계적 부품에 걸리는 부하가 커집니다.
  • 대부분의 인버터 스크롤 압축기는 토크 서지를 피하기 위해 소프트 기동 방식을 사용합니다. 이러한 방식은 기계에 높은 기계적 응력이 가해지는 것을 방지하고 서비스 비용을 낮추며 마모를 감소시킵니다. 또한 돌입 전류가 낮으면 공과금 중 고정 비용 (피크 전류 계산)을 절감하고 주 전원과 백업 전원의 부하를 줄이는 데 도움이 됩니다.

 

인버터 압축기의 부가적 이점:

  • 더 나은 습도 조절은 장치의 용량을 조절하고 따라서 증발 온도를 보다 잘 제어하여 장치를 스파 설치에도 적합하게 만듭니다.
  • 부분 부하 가동 동안에는 기존의 개폐형 시스템보다 소음이 적습니다.
    모든 인버터 압축기와 기술의 기본적인 이점에 더해, 댄포스 상업용 압축기 부문은 함께 작동하도록 설계된 사전 검증된 인버터 압축기와 드라이버를 갖추고 있습니다.

 

이러한 특성은 제조사, 컨설팅 엔지니어 및 최종 사용자에게 수많은 이점을 제공합니다.

  • 시스템의 부품 수 감소
  • 보다 높은 신뢰성 및 연속 가동 성능
  • 보다 구현이 용이한 기술
  • 도입 비용 감소
  • 출시 기간 단축

 

그림 1

상이한 압축기 구성을 사용하는 냉각 시스템의 에너지 소비량. 저압 비율의 애플리케이션 (루프탑)에서 사용되는 10-30TR 압축기의 시뮬레이션에 기초한 평균 소비량 지수. 지수 100 = 댄포스 인버터 스크롤 VZH 에너지 소비량.

그림 2

건물의 일반적인 부하 프로필.
가동률의 단지 몇 %만 건물의 전부하 상태입니다. HVAC 시스템은 피크 조건에 맞춰 설계됩니다 (그래프 오른쪽). 이러한 조건은 장비가 가동하는 대부분의 시간상 조건과 다릅니다. 이 그래프는 일반적인 연중 기후 데이터와 각 조건별 가동 시간 (연중 %)을 나타냅니다. 

출처: 댄포스 HVAC 도구

댄포스 가변 속도 기술의 장점

압축기 및 드라이브 선택, 설계자의 기술이 시스템에 전체적인 신뢰성과 효율을 부여합니다.

인버터 드라이브의 중요성: 압축가와 드라이브는 전용 애플리케이션에서 함께 작동이 가능한지 검증되어야 합니다. 드라이브는 압축기의 속도를 조절하고 압축기가 작동 한계를 넘지 않도록 방지합니다. 인버터 주파수 드라이브는 난방, 환기 및 공조 (HVAC) 또는 냉동용으로 특별히 개발된 알고리즘을 사용해야 합니다. 이를 통해 시스템은 애플리케이션의 제한 범위 내에서 작동하게 됩니다. 또한 드라이브는 오일 주입 밸브 또는 복수의 압축기 등 다른 장비를 관리하기 위한 용도로도 사용됩니다. 압축기의 회전 속도가 변화하면 압축기를 통해 흐르는 냉매와 오일의 양이 증가하거나 감소합니다. 드라이브는 모든 압축기 속도 범위에서 압축기가 최적으로 윤활되도록 합니다.

인버터 시스템 통합에서 OEM 제조사의 기술: 다음과 같은 이유로 인해 아직도 많은 OEM 제조사가 인버터 기술을 적용할 준비를 갖추고 있지 못합니다.

  1. 인버터 기술의 구현에 관한 OEM의 역량 및 엔지니어링 경험. 제어기 개발 및 프로그래밍은 물론 기계 분야의 풍부한 경험과 전기 엔지니어링 기술이 서로 보완되어야 합니다.
  2. 인버터 압축기는 부하에 맞춰 속도를 지속적으로 바꾸며, 따라서 기존의 기술에 비해 시스템의 오일 관리가 보다 복잡해지는 결과가 초래됩니다. 오일 프리 압축기를 사용하지 않는 한, 오일 관리 역량은 중요한 문제가 아닐 수 없으며 압축기 제조사의 경험이 큰 차이를 만듭니다.
  3. OEM 업체에 대한 압축기 및 인버터 드라이브 제조사의 애플리케이션 지원이 시스템 통합에 중요합니다.

 

가변 속도 기술에 대한 오해

인버터 기술은 부하 변화에 대한 대응 속도가 매우 느립니다: 일부 인버터 스크롤은 속도 범위가 0.1초 미만, 3,600초 이상입니다. 전부하 인버터는 최고 속도에서 5-10% 손실이 발생하며 인버터 차량은 효율이 3% 손실됩니다. 하지만 최대 부하가 상시적이지 않으므로, 전체적인 장치 소비량에 비해 손실은 미미할 것입니다.

높은 주파수 작동 시 오일 순환은 증가합니다. 일부 인버터 스크롤에 의해 전자적으로 제어되는 오일 순환 속도는 최대 속도에서 3% 미만이 될 수 있습니다. 인버터 압축기 시스템은 오일 관리가 다소 복잡합니다. 일부 인버터 스크롤의 경우 저속과 고속에서 모두 오일 순환을 제어하므로 설계 조정이 최소화됩니다.

인버터는 전자기 호환성 (EMC)에 우려가 있는 곳에서는 사용할 수 없습니다. 일부 인버터 솔루션은 전자기 간섭과 관련된 가장 엄격한 유럽 표준을 충족하는 두 레벨의 EMC 필터링을 제공합니다.

시스템의 대형화를 피하고, 전기 요금과 돌입 전류를 낮추며, 쾌적함을 향상시키고, 공정을 개선하는 것은 가변 용량의 핵심 동인입니다.

수많은 냉동 및 공조 시스템은 보다 효율적이고, 컴팩트하며, 환경 친화적인 동시에 설치와 유지보수가 용이한 신뢰성 있는 프로세스를 필요로 합니다. 냉각 요건은 외기 조건, 점유와 사용, 조명 등으로 인해 일별로 그리고 연간 큰 폭으로 변동합니다.

  • 쾌적 냉방을 요하는 병원, IT 및 통신, 공정 냉각과 같은 분야에서는 안정적이고 정확한 온도 및 습도 제어에 대한 필요성이 제기될 수도 있습니다.
  • 학교, 식당 및 사무실 건물 등의 애플리케이션에서는 냉각 시스템이 매일 큰 폭의 부하 변동에 적응할 수 있는지 여부가 중요합니다.
  • 발효, 비닐 하우스 및 산업용 공정 등과 같은 공정 애플리케이션의 경우 정확한 온도 설정이 생산 품질의 보장에 필수적입니다.

 

서로 다른 세 시장 경향이 효율적이고 지속가능한 솔루션을 위한 새로운 기회를 만드는 쪽으로 이동하고 있습니다. 

  • 에너지 효율
  • 지능형 시스템
  • 환경 영향

 

에너지 효율은 더 이상 선택 사항이 아닙니다. 에너지 규정은 강화되고 있습니다. 건물 에너지 규범과 표준은 전 세계적으로 개발되고 있으며 에너지 인센티브에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 다른 세계적인 문제는 에너지 보안입니다. 우리가 언젠가는 에너지가 부족하지 않게 하는 방법이 무엇일까요?

HVAC 및 냉동 시스템은 보통 피크 수요에 맞춰 설계되는데, 문제는 실제 운영 시간에 대비하여 그 비중이 아주 작다는 것입니다. 이처럼 과대한 용량의 장비는 효율 손실 및 추가 비용을 유발합니다. 에너지 효율적인 용량 변조를 통해 냉각 용량을 냉각 수요에 맞추고 결과적으로 용도별 수요에 적합하도록 하는 것이 필요합니다.

냉동 또는 공조/난방 시스템에서 냉각 용량을 조정하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 공조 분야에서 가장 보편적으로 사용되는 방법으로는 개폐형 사이클링, 핫가스 바이패스, 여러 압축기의 매니폴드 구성, 기계적 변조 (일명 디지털) 및 인버터 기술 등이 있으며, 각각 장단점이 있습니다.

  • 개폐형 사이클링: 부하가 가벼운 상태일 때 고정 속도 압축기가 꺼지게 되며, 사이클이 짧아지고 압축기의 수명이 단축될 수 있습니다. 압력 순환과 일시적인 손실로 인해 장비의 효율이 감소합니다. 턴다운 용량은 100% 또는 0%입니다.
  • 핫가스 바이패스: 토출에서 흡입측까지 다량의 가스를 바이패스하는 것을 포함합니다. 압축기는 동일한 속도로 계속 작동하지만, 바이패스를 통해 시스템을 순환하는 냉매의 유량이 감소하고 따라서 냉각 용량이 감소합니다. 이 방법은 바이패스가 작동하는 동안 압축기가 불필요하게 가동된다는 단점이 있습니다. 턴다운 용량은 0에서 100% 사이에서 변동합니다.
  • 매니폴드 구성: 최대 냉각 용량을 제공하기 위해 몇 개의 압축기가 시스템에 설치됩니다. 각 압축기는 장치의 냉각 용량을 단계적으로 조절하기 위해 기동을 할 수도 하지 않을 수도 있습니다. 턴다운 용량은 트리오 구성일 때 0/33/66% 또는 100%이고, 탠덤 구성일 때 0/50% 또는 100%입니다.
  • 기계적 변조 압축기: 이 내부 기계식 용량 변조는 제어 밸브가 포함된 주기적인 압축 과정을 바탕으로 하며, 일정 시간 동안 압축을 정지함으로써 두 개의 스크롤 세트가 떨어져 움직입니다. 이 방식은 압축의 평균 시간을 바꿈으로써 냉매 유량을 다양화하지만 실제 모터 속도는 아닙니다. 턴다운 비율이 탁월하다는 장점 (냉각 용량의 10%에서 100%까지)이 있지만, 모터가 계속해서 회전하기 때문에 기계적으로 변조되는 스크롤의 에너지 소비가 높습니다.
  • 인버터 압축기: 일명 인버터 드라이브라 불리는 가변 주파수 드라이브를 이용하여, 압축기를 회전시키는 모터의 속도를 늦추거나 빠르게 합니다. 이 방식은 압축기의 속도를 실제로 바꿔서 냉매의 흐름을 변동시킵니다. 턴다운 비율은 시스템 구성 및 제조사에 따라 다릅니다. 하나의 인버터로 전체 용량에서 10% (압축기 모델에 따라 다름)부터 최대 100%까지 변조합니다.

 

공조 시스템은 미국과 같은 국가에서 연간 총 전력 소비량의 약 20%를 차지합니다. 공조 및 히트 펌프 시스템의 인버터 구동 기술 도입은 효율적인 부분 부하 운전으로 인한 상당한 에너지 절감 기회를 제공하며 전력망의 전력 품질 향상에도 도움이 됩니다. 

전력 계수는 전기를 공급하기 위해 공공 사업자가 얼마나 열심히 노력해야 하는지에 대한 중요한 척도입니다. 

설비의 전력 계수를 높이면 전원 공급 장치의 품질에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 전기 설비의 경우, 이는 손실이 적고 서비스의 신뢰성이 향상되는 것과 동일합니다. 건물 및 주택 소유주에게 이것은 지역 유틸리티, 주 및 / 또는 연방 인센티브 프로그램의 가능성을 가진 보다 효율적인 장비라는 것을 의미합니다. 

전력 계수는 전력 계수 (능동 전력과 반응 전력의 변위)와 왜곡 전력 계수(고조파로 인한 전력 왜곡)의 조합입니다.

1에 가까운 전력 계수의 의미:

  • 설치된 다른 장비와 간섭 없음,
  • 주 전원과 간섭 없음, 
  • 손실 감소 및 높은 효율 

 

인버터 드라이브를 사용하면 변위 전력계수가 1에 가깝기 때문에 전력 계수가 크게 향상될 수 있습니다. 그러나 왜곡 전력 계수는 고조파로 인해 변압기, 케이블링, 퓨즈 및 회로 차단기에 부정적인 영향을 줍니다. 

댄포스 인버터 기술은 DC 초크로부터의 보정으로 인해 낮은 왜곡과 높은 전력 계수 (0.98)를 가지지만 다른 인버터 주파수 드라이브 또는 기계적으로 변조된 시스템은 0.60의 낮은 전력 계수를 가질 수 있습니다. 

댄포스 인버터 솔루션의 사전 검증된 드라이브 보정의 다른 이점: 

  • 필요한 경우 즉시 회로 전압을 높여 낮은 공급 전압에서 작동 기능을 향상시킵니다. 
  • AC 인덕터의 전압을 높여 비용을 최소화하면서 전체 전원 부품 체인을 통해 전류와 응력을 감소시킵니다. 
  • 더 높은 DC-링크 전압은 모터 전류 및 손실을 감소시킵니다. 
  • 능동 전력 계수 보정 (PFC)은 최상의 시스템 효율을 위해 원하는 대로 켜고 끌 수 있습니다.

인버터 압축기는 냉각 요구를 전달하기 위해 압축기 모터의 속도를 무단계로 조절하는 드라이브와 함께 작동하도록 설계되었습니다.

스크류식, 원심식 및 축 방향식 압축기를 포함하여 스크롤식, 회전식 또는 왕복동, 반 밀폐식, 개방형 압축기일 수 있습니다. 이러한 유형의 압축기는 압축기 모터 속도를 제어하는 특수 드라이브를 사용합니다 (초당 회전수, 즉 RPS로 측정). 인버터 압축기는 다른 속도로 작동이 가능합니다. 인버터 압축기는 상이한 모터 속도에서 작동하도록 특별히 설계되며, 따라서 조절된 냉매 오일 흐름 및 냉각 출력을 발생시킵니다.

가변 주파수 드라이브는 냉각 요구 사항을 압축기 모터에 지시합니다. 모터는 속도를 지속적으로 조절하여 정확한 냉방 요구 사항에 맞춰 냉각 용량을 늘리거나 줄입니다. 두 장치 (압축기와 드라이브)의 결합은 지속적인 냉각 조절을 제공합니다. 가변 속도의 원리는 최고 속도 가동을 위한 매우 견고한 압축기와 오일을 사용하는 시스템을 위한 특수 압축기 윤활 시스템을 필요로 합니다. 우수한 오일 관리는 압축기의 수명을 보장하는 데 중요한 요건입니다. 오일 관리 시스템은 저속에서 스크롤 세트의 우수한 윤활을 보장하고 완벽한 오일 순환 비율을 유지하기 위해 최고 속도로 작동할 때 과도한 오일이 회로에 분사되는 것을 방지합니다.

가변 속도 동영상

댄포스 가변 속도 기술

댄포스 인버터 압축기 솔루션을 사용하면 기존의 개폐형 압축기 또는 기계식 조절 기술에 비해 상당한 에너지 절감 효과를 달성할 수 있습니다.

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뉴스

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    댄포스 SNS 콘테스트 우승자, 대한항공 테크센터 담당자의 덴마크 여행 및 댄포스 본사 방문기
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제품

  • Turbocor - 댄포스
    Turbocor®
    댄포스는 오일프리 압축기를 제조하는 선두기업이자 세계 최초의 HVAC 산업용 오일프리 자기 베어링 압축기인 댄포스 Turbocor® 압축기를 선보인 선도기업입니다.

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