Регулируемая скорость

Улучшенное качество электропитания, диагностика системы, контроль влажности, экономия энергии, точное поддержание температуры, меньший уровень шума, безопасность процесса, повышенный комфорт.

Технология инверторных компрессоров открывает новые возможности для систем кондиционирования воздуха, в первую очередь в плане энергоэффективности, сокращения энергопотребления и снижения эксплуатационных расходов. 

Эта технология позволяет повысить коэффициент мощности, что ведет к улучшению качества электропитания, повышает точность диагностики системы, а открытые протоколы передачи данных упрощают обслуживание. 

Непрерывная адаптация к требуемой производительности обеспечивает повышенную экономию энергии и точное поддержание температуры.

Потребляемая мощность компрессора соответствует холодопроизводительности. Устройство эффективно справляется с изменениями температуры и работает при частичной нагрузке, что может означать до 30 % сокращения ежегодных расходов на электроэнергию по сравнению с компрессорами с фиксированной частотой или механическим управлением. Стабильное управление температурой делает процесс безопасным и повышает уровень комфорта. В конечном счете это означает повышенную энергоэффективность для систем.

Регулирование мощности сглаживает пики потребления энергии, что также положительно сказывается на надежности электросети и качестве электроэнергии.

Плавное управление запуском приводит к уменьшению пускового тока и повышает КПД:

• Компрессор прямого запуска (DOL) превышает номинальные значения в 5–6 раз, пока не достигнет рабочей частоты. Обычный компрессор фиксированной частоты может проводить 8–12 циклов пуска/остановки и потреблять повышенный ток при каждом запуске, что приводит к высокому расходу электроэнергии и значительной нагрузке на источник и механические компоненты компрессора.
• Большинство инверторных спиральных компрессоров запускаются плавно, что позволяет избегать резкого повышения крутящего момента. Это снижает механическую нагрузку на устройство, износ и затраты на обслуживание. За счет уменьшения пускового тока сокращаются постоянные расходы на энергию (расчет пикового тока), нагрузки на сеть и средства резервного питания.

Дополнительные преимущества инверторных компрессоров:

• Улучшенные возможности управления влажностью означают, что устройство подойдет даже для спа-индустрии благодаря регулируемой мощности и контролю за температурой кипения.
• Меньший уровень шума при частичной нагрузке по сравнению с обычными старт/стоп-системами.
  Наряду с преимуществами, общими для всех инверторных компрессоров, коммерческие компрессоры Danfoss оборудованы специально подобранными приводами.

Это еще один выгодный аспект в длинном списке преимуществ для производителей, инженеров и конечных пользователей:

• Уменьшение количества компонентов системы.
• Высокая надежность и непрерывная работа.
• Простая в применении технология.
• Пониженные эксплуатационные расходы.
• Быстрая окупаемость системы.

Рис. 1

Энергопотребление холодильных систем с компрессорами в различных конфигурациях. Средний расходный коэффициент, рассчитанный с помощью моделирования компрессоров мощностью 10–30 тонн охлаждения, работающих при низком перепаде давлений (руфтоп); коэффициент 100 = энергопотребление инверторного спирального компрессора Danfoss VZH.

Рис. 2

Типичный профиль нагрузки в здании.
Лишь малая часть устройств в здании работает на полную мощность. Системы ОВиК разработаны для пиковых условий (правая часть графика). Большую часть времени оборудование работает при пониженных нагрузках. График показывает типичные климатические данные и часы работы (% в год) для разных погодных условий. 

Источник: Danfoss HVAC tool.

выбор компрессора и привода, опыт проектировщика определяет общую надежность и эффективность системы.

Важность инверторного привода: Компрессор и привод должны быть пригодны для совместной работы и области применения. Привод управляет частотой компрессора и не дает ему превышать эксплуатационные ограничения. Частотные инверторные приводы требуют алгоритмов, разработанных специально для систем охлаждения, вентиляции и кондиционирования (ОВиК) или отопления. Они обеспечат работу системы в допустимых пределах. Привод также может управлять другими устройствами, например клапанами для подачи масла или несколькими компрессорами. При изменении частоты вращения компрессора расход хладагента и масла через компрессор увеличивается или уменьшается. Привод обеспечивает оптимальную смазку компрессора при любых рабочих скоростях.

Навыки OEM-производителей в интеграции инверторных систем: по ряду причин пока не все OEM-производители готовы к использованию инверторной технологии.

1. Уровень квалификации и опыт проектирования OEM-производителей при внедрении инверторной технологии. Богатый опыт машиностроения должен дополняться навыками проектирования электрических устройств, а также разработки и программирования контроллеров.
2. Инверторные компрессоры постоянно меняют скорость в зависимости от нагрузки, что усложняет регулирование подачи масла по сравнению с обычными компрессорами. Ключевой задачей — если не используется безмасляный компрессор — становится отладка процесса подачи масла. Важнейшее значение здесь имеет опыт производителя.
3. Важную роль в процессе интеграции нового оборудования играет поддержка OEM-производителей со стороны производителя компрессоров и инверторных приводов.

Заблуждения в отношении устройств с регулируемой скоростью

Инверторная технология слишком медленно реагирует на изменение нагрузки: для некоторых спиральных инверторных компрессоров скорость повышения/понижения частоты составляет от 0,1 до 3600 с. При полной нагрузке инвертор теряет 5–10 %, на максимальной скорости инвертор теряет 3 % эффективности. Так как режим полной нагрузки не преобладает над остальными, общее повышение потребления энергии будет минимальным.

Прокачка масла увеличивается при работе на высокой частоте: при электронном управлении в некоторых инверторных спиральных компрессорах прокачка может составлять менее 3 % на максимальной частоте. В инверторных компрессорных системах сложнее управлять подачей масла. Некоторые инверторные спиральные компрессоры могут управлять прокачкой масла на низких и высоких частотах с минимальной доработкой конструкции.

Инверторы нельзя использовать там, где имеет значение ЭМС (электромагнитная совместимость): некоторые инверторные решения предоставляют два уровня электромагнитной фильтрации и соответствуют самым строгим европейским стандартам относительно электромагнитных помех.

Регулирование мощности позволяет сделать систему компактнее, сократить расходы на электроэнергию, ограничить броски тока при запуске и повысить уровень комфорта.

Многие системы охлаждения и кондиционирования воздуха требуют повышения эффективности, сокращения размеров, экологической безопасности и удобства в установке и обслуживании. Требования к охлаждению сильно меняются в течение дня и в зависимости от времени года, так как меняются погодные условия, загруженность помещения, уровень освещения и т. д.

• В области комфортного охлаждения также может возникнуть необходимость поддержания точно заданных значений температуры и влажности, например в больницах, в сфере ИТ и телекоммуникаций, при технологическом охлаждении.
• В таких областях применения, как школы, рестораны и офисные помещения, важно, чтобы система охлаждения могла подстраиваться под значительные ежедневные изменения в нагрузке.
• При технологическом охлаждении, например в теплицах, в промышленных процессах и при ферментации, для обеспечения качества продукта требуется точное поддержание температуры.

Энергоэффективность стала обязательным условием. Нормативные требования ужесточаются. Энергетические кодексы и стандарты разрабатываются по всему миру, а различные программы мотивации привлекают все больше внимания. Другая глобальная проблема — это сохранность энергии. Можно ли гарантировать, что человечество всегда будет обеспечено энергией на нужном уровне?

Системы ОВиК и охлаждения обычно разрабатываются под пиковые нагрузки, которые составляют лишь малую долю действительного рабочего режима. Такое превышение значений приводит к потерям производительности и дополнительным затратам на переразмеренное оборудование. Энергоэффективное регулирование холодопроизводительности позволяет соотносить производительность с потреблением.

Существует несколько способов регулирования холодопроизводительности в системах охлаждения, кондиционирования и отопления. Для систем кондиционирования обычно используются: циклы включения/выключения, перепуск горячего газа, различные схемы трубопроводной обвязки нескольких компрессоров, механическая модуляция (также называемая цифровой) и инверторная технология. У каждого способа есть свои преимущества и недостатки.

• Циклы включения/выключения: при небольших нагрузках приводят к работе компрессора постоянной частоты короткими циклами, что ведет к снижению срока его службы. Эффективность устройства понижается вследствие перепадов давления и потерь в нестационарном режиме. Возможные рабочие значения — 100 или 0 %.
• Перепуск горячего газа: подразумевает перепуск некоторого количества газа со стороны нагнетания на сторону всасывания. Компрессор продолжает работать на той же частоте, но благодаря перепуску объем циркулирующего в системе хладагента, а значит и холодопроизводительность, понижается. Разумеется, это означает, что при перепуске компрессор работает вхолостую. Рабочие значения меняются в пределах от 0 до 100 %.
• Схемы трубопроводной обвязки: в системе может быть установлено несколько компрессоров, чтобы обеспечить пиковую холодопроизводительность. Каждый компрессор включается и выключается независимо от других для ступенчатой регулировки работы. Система может работать на 0, 33, 66 или 100 % мощности при тройной конфигурации и на 0, 50 и 100 % мощности при двойной.
• Механическая модуляция компрессора: внутреннее механическое регулирование основано на периодическом процессе сжатия при помощи регулирующего клапана, система из двух спиралей размыкается и прекращает сжатие на определенное время. Этот метод регулирует поток хладагента, изменяя время сжатия, но не меняет частоту работы двигателя. Несмотря на превосходные возможности регулирования, от 10 до 100 % холодопроизводительности, спиральные компрессоры с механическим регулированием потребляют значительное количество энергии, потому что двигатель работает непрерывно.
• Инверторный компрессор: использует преобразователь частоты (инвертор), чтобы замедлять или ускорять частоту вращения электродвигателя, от которого работает компрессор. Этот метод регулирует расход хладагента, непосредственно изменяя частоту работы компрессора. Диапазон регулирования зависит от производителя и конфигурации системы. Рабочие значения могут изменяться от 10 % (в зависимости от модели компрессора) до 100 % при полной нагрузке с одним инвертором.

В странах вроде США на кондиционирование воздуха уходит примерно 20 % общего годового потребления энергии. Использование инверторного привода в системах кондиционирования воздуха и тепловых насосах позволяет значительно экономить энергию за счет эффективности работы при частичной нагрузке, а также помогает улучшить качество энергии в электросети. 

Коэффициент мощности — это важная величина, показывающая сколько энергии в действительности затрачивает электростанция при энергоснабжении. 

Увеличение коэффициента мощности оборудования может напрямую повлиять на качество электропитания. Для электростанций это означает меньшие потери и повышение надежности обслуживания. Для владельцев зданий и жилых домов это означает более эффективную работу оборудования и возможность участия в поощрительных программах, предлагаемых коммунальными службами или государством. 

Коэффициент мощности складывается из коэффициента сдвига мощности (активной и реактивной составляющей) и коэффициента искажения (за счет гармонических колебаний).

Близкий к единице коэффициент мощности означает:

• отсутствие помех для другого установленного оборудования;
• отсутствие помех в сети; 
• низкие потери и высокую эффективность. 

Использование инверторных приводов позволяет значительно повысить коэффициент мощности, потому что коэффициент сдвига близок к 1. Однако гармонические колебания, связанные с коэффициентом искажения, отрицательно воздействуют на трансформаторы, кабельные соединения, предохранители и защитные автоматы. 

За счет дросселирования инверторная технология компании Danfoss имеет низкий коэффициент искажения и высокий коэффициент мощности (0,98), тогда как коэффициент мощности инверторных приводов или механических систем модуляции других производителей иногда не превышает 0,60. 

Инверторные решения Danfoss с предварительной оптимизацией привода имеют и другие преимущества: 

• могут непосредственно повышать напряжение в цепи, что улучшает рабочие характеристики при низком напряжении источника; 
• увеличивают напряжение в индукторе переменного тока, уменьшая ток и нагрузку по всей цепи силовых элементов, а также затраты; 
• высокое напряжение звена постоянного тока снижает силу тока и потери в двигателе; 
• активную коррекцию коэффициента мощности (PFC) можно включать и отключать при необходимости, чтобы добиться максимальной эффективности.

Инверторный компрессор предназначен для работы с приводом, который плавно регулирует скорость двигателя в компрессоре, чтобы обеспечить требуемый уровень охлаждения.

Это могут быть спиральные, роторные или поршневые полугерметичные и открытые компрессоры, включая винтовые, центробежные и аксиальные устройства. Данный тип компрессора использует специальный привод для управления частотой двигателя, измеряемой в оборотах в секунду (об/с). Инверторные компрессоры могут работать на различных частотах: они специально предназначены для работы на различной частоте двигателя, обеспечивая регулирование расхода хладагента, масла и мощности охлаждения.

Преобразователь частоты регулирует работу двигателя компрессора в зависимости от требуемой холодопроизводительности. Двигатель непрерывно меняет скорость, чтобы обеспечивать большую или меньшую холодопроизводительность в соответствии с нагрузкой. Сочетание этих двух устройств —компрессора и преобразователя — позволяет непрерывно регулировать уровень охлаждения. Принцип регулируемой частоты требует высокой прочности компрессора для работы на полной скорости и особой системы смазки, если устройство его использует. Одно из важнейших требований для длительного срока службы компрессора — это точное управление системой смазки. Масляная система обеспечивает хорошую смазку спирального компрессора на низкой частоте и не пропускает лишнее масло в систему на высокой частоте, поддерживая его оптимальную циркуляцию.