W obecnych czasach, gdy branża klimatyzacyjna poszukuje sposobów na poprawę efektywności energetycznej m.in. agregatów wody lodowej, należy pamiętać, że w systemie wodnym pompa jest jednym z głównych elementów pobierających energię. Sprawdzonym i ekonomicznym rozwiązaniem jest zastosowanie falowników, regulujących prędkość pracy pomp.

Rys. 2. Rozłożenie kosztów chillera na okres 15 lat eksploatacji (praca pomp 3000 godzin/ rok) (źródło: Lennox)

Chociaż dążenie do osiągnięcia klasy energetycznej „A” w agregatach cieczy przynosi efekty i przyczynia się do obniżenia kosztów energii, istotne jest również znaczne przedłużenie czasu ich eksploatacji, co przynosi wymierne przyspieszenie zwrotu środków zainwestowanych w zakup urządzenia… I tu właśnie leży istota sprawy. Dążenie do uzyskania wysokiej wartości współczynnika EER przy pełnym obciążeniu zmusza producentów do zwiększania powierzchni wymiany ciepła, co podwyższa koszt urządzeń. Czy jest to rozwiązanie rozsądne, skoro wiadomo, że 97% czasu agregaty pracują pod częściowym obciążeniem? Czy nie byłoby lepiej poszukać potencjalnych oszczędności, właśnie dla tych warunków pracy?
Zaczynając od faktu, że koszt energii zużywanej na pompowanie może stanowić ponad 20% łącznych kosztów energii urządzenia chłodniczego, firma Lennox skłania się ku zastosowania pomp o zmiennej prędkości pracy, aby zmniejszyć przepływ, gdy spełnione są zadane warunki klimatyzacji budynku. Technologia pomp o zmiennej prędkości to jeden z rzadkich przypadków, gdy zwrot zainwestowanych kosztów zwraca się już po niecałym roku. Oszczędności energetyczne wynoszą aż 75% jeśli chodzi o „pompujący” element systemu. Ekonomiczne rozwiązanie opracowane przez firmę Lennox pozwoliło zaoferować chillery Neosys i Ecolean z opcją pomp o zmiennej prędkości.

Rys. 1. Pompy o zmiennej prędkości eDrive™ (źródło: Lennox)

Do tej pory w „bezpośrednich” obiegach cieczy możliwe były dwa typy systemów hydraulicznych: system o stałym przepływie lub system „sprzęgła hydraulicznego” (pierwotny – wtórny), ze stałym przepływem w obiegu pierwotnym. Obecnie niektórzy producenci chillerów oferują pompy o zmiennej prędkości, zatem możliwy jest trzeci typ systemu hydraulicznego: „bezpośredni” ze zmiennym przepływem cieczy w obiegu pierwotnym (DPV).
W tym miejscu należy coś wyjaśnić. Przez wiele lat producenci „urządzeń” zachęcali użytkowników i specjalistów konfigurujących systemy klimatyzacji do utrzymania stałego przepływu przez parownik, aby uniknąć problemów. Tym samym urządzenia pracujące w oparciu o podstawową regulację nie gwarantują niezawodnego działania, zaś zmniejszony przepływ przez parownik, bez dedykowanego sterownika, prowadzi do powstania dużego ryzyka zamrożenia parownika lub innych usterek. Należy też pamiętać o ryzyku laminarnego przepływu w parowniku.
Zaprojektowanie niezawodnej instalacji o zmiennym przepływie wody w obiegu pierwotnym wymaga specjalnej uwagi. Dzięki nowej generacji sterowników, agregaty wody lodowej Lennox mogą podtrzymać żądaną temperaturę cieczy za pomocą zmian prędkości przepływu sięgających od 60 do 100 proc., umożliwiając zaoszczędzenie rocznie do 75 proc. energii zużywanej przez pompy obiegowe.
Związek pomiędzy takimi zmiennymi jak: prędkość przepływu, prędkość obrotowa i zużycie energii elektrycznej można uzyskać z tzw. prawa podobieństwa przepływu. Mają one zastosowanie zarówno do pomp jak i do wentylatorów. Zatem teoretyczna energia zużyta przez pompę jest proporcjonalna do sześcianu prędkości:

P1/P2 = (F1/F2)³

gdzie:
P – moc silnika
F– prędkość silnika
– 20% zmniejszenie prędkości = zużycie energii zmniejszone o 50%
– 40% zmniejszenie prędkości = zużycie energii zmniejszone o 80%

Rys. 4. Zużycie energii przez pompę przy zmiennej prędkości dla ziębiarki cieczy (źródło: Lennox)

Chociaż zmiana prędkości przepływu jest wprost proporcjonalna do zmian prędkości danej pompy, zmiana przepływu wody przez parownik o 20% jest wystarczająca, aby osiągnąć oszczędność energii o 50%.
Oszczędności energii agregatu wyposażonego w pompę z falownikiem, mogą mieć następujące źródła:
• przy pełnym obciążeniu – strata energii spowodowana przez ręczny zawór regulacyjny przepływu wody zostaje wyeliminowana. Przepływ wody w urządzeniu jest regulowany elektronicznie, aby sprostać faktycznym wymogom instalacji;
• przy częściowym obciążeniu – prędkość pompy jest automatycznie redukowana podczas pracy przy zmniejszonym obciążeniu. Redukcja prędkości pompy jest kontrolowana automatycznie, aby podtrzymać stałą różnicę ciśnień w instalacji;
• okresach gdy urządzenie jest wyłączone lub gdy pomieszczenie jest opuszczone (nocą, podczas weekendu) – falownik może automatycznie zredukować prędkość pompy, aby podtrzymać minimalny wymagany przepływ wody przez parownik, jednocześnie zapewniając podtrzymanie przeciwzamrożeniowe.

Do oszczędności energii należy dodać potencjalne zmniejszenie kosztów samej instalacji. System „bezpośredni” ze zmiennym przepływem cieczy w obiegu pierwotnym (DPV) ma więcej zalet niż system sprzęgła hydraulicznego (pierwotny – wtórny), gdyż wymaga on tylko jednej głównej pompy, a dodatkowo można usunąć elementy hydrauliczne systemu z dwoma pompami.
Dodajmy do tego wyeliminowanie zaworu regulującego przepływ, bowiem regulacja prowadząca do spełnienia wymogów instalacji odbywa się elektronicznie (rys. 5.).
W porównaniu z systemami „bezpośrednimi” o stałej prędkości przepływu, obiegi o zmiennej prędkości wykorzystują zawory 2-drogowe zamiast 3-drogowych w jednostkach końcowych, co przyczynia się do obniżenia kosztów instalacji. Technologia eDrive™ umożliwia zatem uzyskanie dodatkowych i to znacznych oszczędności na instalacji zaworów.

Liczne korzyści oraz szybki zwrot zainwestowanych środków (...)

Podsumowanie
Jak wskazano w powyższym tekście powinniśmy wszyscy być świadomi korzyści, jakie przynosi zastosowanie pomp o zmiennej prędkości. Kiedy przepływ wody w instalacji nie jest regulowany, pompy pracują non-stop z pełną prędkością, chociaż tak zwane aplikacje komfortu bardzo rzadko wymagają maksymalnego przepływu wody.
Dzisiaj, firma Lennox oferuje opcję „pomp o zmiennej prędkości”, które modulują przepływ wody przez parownik, tym samym znacznie zmniejszając koszty energii elektrycznej. eDrive™ jest to rozwiązanie obejmujące pompy o zmiennej prędkości oferowane w standardzie przez firmę Lennox w urządzeniach Ecolean i Neosys.