Инверторные чиллеры Daikin

16.11.2012 Поддержание необходимых параметров воздуха в кондиционируемых помещениях требует согласования работы чиллера с переменной тепловой нагрузкой и температурными условиями. Одним из наиболее перспективных решений этой задачи является регулирование частоты вращения ротора двигателя компрессора. Такое решение предопределило появление в оборудовании специализированных блоков — частотно-регулируемых преобразователей — VFD (Variable Frequency Drive).

Сотрудничество компании Daikin с такими известными производителями VFD, как Siemens, Rockwell и KEB, в области разработки инверторных чиллеров принесло ощутимый результат. В последние годы инверторная техника «освоила» большие мощности и может использоваться для управления чиллерами холодопроизводительностью до 9 МВт.

В оборудовании компании Daikin инверторное управление электродвигателем применяется не только в компрессорах, но и в вентиляторах. Эта технология позволяет повысить энергоэффективность систем, уменьшить уровень шума за счет снижения скорости вращения при работе с неполной нагрузкой. Кроме того, инверторное управление значительно увеличивает ресурс двигателя. Не секрет, что наиболее неблагоприятный штатный режим работы двигателя — пуск. На рис. 1 представлена временная диаграмма пусковых токов для центробежного чиллера Daikin в зависимости от способа регулирования.

Рис. 1. Пусковые токи при различных способах управления (Y/Δ – переключение звезда/треугольник)

Легко увидеть, что в случае инверторного управления отсутствует само понятие пускового тока, ток при пуске не превышает номинального, что очень хорошо сказывается на сроке службы двигателя. Отсутствие необходимости закладывать в расчет запас под пусковые токи при проектировании адаптированного к приводу VFD двигателя значительно улучшает массогабаритные показатели новой машины.

Рис. 2. Чиллеры Daikin с воздушным охлаждением	Рис. 3. Чиллеры Daikin с водяным охлаждением

Частотный преобразователь — это исполнительное устройство, выполняющее команды общей системы управления чиллером (контроллера). Фактически именно контроллер и осуществляет инверторное управление, которое необходимо для согласования работы чиллерной системы с тепловой нагрузкой и температурными условиями эксплуатации. Рассмотрим подробнее, каким образом инверторное управление влияет на энергоэффективность чиллера.

Сегодня большинство моделей чиллеров Daikin имеет версии как с неинверторным (золотниковым, бесступенчатым), так и, инверторным регулированием (рис. 2 и 3). Инверторное управление имеют компрессоры как спирального, так, винтового и центробежного типов с холодопроизводительностью до 9000 кВт.

Винтовые компрессоры — это машины объемного типа с внутренней степенью сжатия, соответствующей номинальным значениям температур конденсации и кипения холодильного агента. Для систем комфортного кондиционирования и вентиляции, где требуется переменная холодопроизводительность, а температурные условия по охлаждающей среде могут изменяться, инверторное управление чиллеров обеспечивает согласование холодопроизводительности с тепловой нагрузкой.

Рис. 4. Зависимость холодильного коэффициента от нагрузки и температурных режимов	Рис. 5. Сопоставление потребляемой мощности стандартных и инверторным компрессорами

Изменяя число оборотов, мы не меняем внутреннюю степень сжатия, а только увеличиваем или уменьшаем количество циклов сжатия, тем самым регулируя производительность компрессора. Инверторный способ регулирования в этом случае идеален для объектов, работающих с переменными нагрузками и имеющими стабильные температуры конденсации и кипения.

Инверторное управление увеличивает энергоэффективность машин при отклонении рабочих параметров от номинальных (рис. 4).

Имея примерно одинаковое энергопотребление со стандартным компрессором при 100 процентной загрузке, при неполных нагрузках инверторный винтовой компрессор потребляет существенно меньше энергии (рис. 5).

Принято считать, что наиболее энергоэффективный режим работы чиллера — «фрикулинг» (free cooling — свободное (бесплатное) охлаждение). Однако, как видно из графика на рисунке 6, использование инверторного управления при температурах выше нуля гораздо эффективнее, особенно явно преимущества инвертора проявляются при + 5… +20˚С.

Рис. 6. Энергоэффективность различных чиллеров	Рис. 7. Коэффициент ESEER винтовых чиллеров

Оценкой «адаптируемости» инверторного чиллера к переменным тепловым нагрузкам служит соотношение его сезонного и номинального холодильных коэффициентов. Для винтовых компрессоров Daikin отношение ESEER/EER составляет 1,5 и выше (рис. 7), что следует признать высоким достижением.

В составе центробежной холодильной машины инвертор решает задачу энергосбережения иначе. Центробежный компрессор — это машина кинетического сжатия. Ее высокая экономичность определяется согласованием окружной скорости рабочего колеса с требуемой степенью повышения давления. Теоретически для оптимального управления частота вращения двигателя центробежного компрессора должна зависеть от изменения температур кипения и конденсации холодильного агента. Функцию их «отслеживания» и выполняет система управления при инверторном управлении.

Применение инверторного привода в чиллерах Daikin серии EWWD-FZ позволило достичь значения сезонного холодильного коэффициента ESEER, равного 9,8.

Рис. 8. Приведенные затраты инверторного и неинверторного чиллера

Машины данного типа легко адаптируются к изменениям температурных режимов, но менее приспособлены к переменным нагрузкам. Наиболее эффективно их использовать в технологических процессах или в составе крупных холодильных станций, где на долю центробежной машины можно отдать постоянную составляющую нагрузки.

В заключение хотелось бы сказать несколько слов об окупаемости инверторных чиллеров. На рис. 8 можно увидеть, что в расчете приведенных затрат разница капитальных вложений для инверторного и неинверторного чиллеров уже за первый год существенно компенсируется за счет более низких эксплуатационных расходов инвертора. В случае когда для неинверторного чиллера организуется система «плавного пуска» для снижения пусковых токов (рис. 1), разница в капитальных затратах практически полностью исчезает.

Уже через два года, несмотря на более высокую стоимость инверторного чиллера, сумма капитальных затрат и расходов на его эксплуатацию окажется меньше, чем у неинверторной машины такой же мощности. За нормативный срок окупаемости в 15 лет выигрыш инвертора составит около 15 % от общих расходов за этот срок.

Чиллеры Daikin. Статья подготовлена Учебным центром компании Daichi