Wprowadzenie znowelizowanej dyrektywy UE nr EN 14511/2011 dotyczącej efektywności energetycznej spowodowało, iż wiele urządzeń spośród oferowanych na rynku zostało zakwalifikowanych do niższych klas energetycznych.

Impulsem, który przyspieszył przeprowadzenie szerokiej akcji modernizacyjnej urządzeń, przez firmę CLIVET, w tym także chillerów i rewersyjnych pomp ciepła z serii: ELFOEnergy Large2, SPINChiller2 ELFOEnergy GroundMedium SCREWLine², było wejście w życie, z dniem 1 stycznia 2012 roku, znowelizowanej dyrektywy UE nr EN 14511/2011, która zaostrzyła kryteria dotyczące obliczania efektywności energetycznej. Toteż wiele urządzeń w tabelach klasyfikacyjnych Eurovent Certifi cation samoczynnie przemieściło się do odpowiednio niższych klas energetycznych. ELFOEnergy Large² i SPINChiller2 to bardzo szeroka grupa, poddanych modernizacji, pomp ciepła i chillerów z wymiennikami zewnętrznymi chłodzonymi powietrzem. Mieszczą się w niej dwie serie chillerów po dwadzieścia jednostek, oraz dwie serie rewersyjnych pomp ciepła, również po dwadzieścia jednostek każda. Zakres mocy chłodniczej obejmuje przedział od 96 do 665 kW. Natomiast moc grzewcza dostarczana przez pompy ciepła to 99 do 736 kW. Unowocześnienie spowodowało powrót urządzeń do Energetycznej Klasy A – według, zgodnie z dyrektywą, znowelizowanych kryteriów Euroventu.

Rys. 1. ELFOEnergy Large2

Logiką produkcji dwóch wersji w tym samym przedziale mocy jest dostarczenie rynkowi serii EXCELLENCE, która obejmuje urządzenia wyłącznie w energetycznej klasie A oraz serii PREMIUM, w której dostępne są bardziej ekonomiczne w zakupie urządzenia w klasach B lub C. Warto zaznaczyć, że urządzenia serii PREMIUM charakteryzują się kompaktowymi wymiarami. W urządzeniach serii wyższej wskaźnik efektywności energetycznej EER wacha się od wartości 3,11 do 3,21, zaś wskaźnik sezonowej efektywności energetycznej ESEER mieści się w przedziale od 4,0 do 4,32.

W przypadku wskaźnika efektywności procesu grzania COP lokuje się on pomiędzy wartościami 3,0 a 3,28. Ponadto wspomniane urządzenia można eksploatować w systemie DST, który jest indywidualną opcją CLIVETU. Wówczas sezonowa efektywność dla lata wzrasta przekraczając wartość 5. ELFOEnergy Large² i SCREWLine² są rozwiązaniami, w których CLIVET zastosował, przetestowany przez siebie w kilku wcześniejszych generacjach, wypróbowany system dwóch lub trzech sprężarek typu scroll w jednym obiegu chłodniczym (Rys. 3)W przypadku obiegu z dwoma sprężarkami, zazwyczaj montuje się kompresory różnej wielkości. Takie rozwiązanie poza trójstopniową regulacją wydajności, gwarantuje, przy obciążeniach częściowych nawet o 50%, wyższe przy obciążeniach częściowych wartości efektywności energetycznej. Dzieje się tak, bowiem pracę agregatu z załączoną niepełną ilością sprężarek można porównać do pracy ze zwiększoną powierzchnią parownika i skraplacza. Tym samym, zarówno proces parowania jak i skraplania przebiega w sposób bardziej intensywny, czyli bardziej skuteczny. Kolejnym krokiem w procesie poprawienia wymiany ciepła w skraplaczu było zwiększenie jego powierzchni czołowej, przy równoczesnej redukcji ilości rzędów wymiennika.

Elektroniczny zawór rozprężny, montowany standardowo, gwarantuje stabilną i niezawodną pracę obiegu chłodniczego, ponieważ znacznie szybciej, niż tradycyjne zawory termostatyczne, dostosowuje parametry pracy obiegu do aktualnego obciążenia. Stabilniejsza praca zaworu elektronicznego redukuje ilość zatrzymań i restartów sprężarek, co skutecznie przedłuża lata ich eksploatacji.

Rys. 2. SPINChiller2

W ELFOEnergy Large² i w SCREWLine² modernizacji poddano także system sterowania jednostkami. Obecny pracuje z mikroprocesorowym sterownikiem Simens i autorskim oprogramowaniem CLIVET. Uzyskano automatyczne zarządzanie agregatem zgodnie z zasadą maksymalnej efektywności, a także nadzór nad wieloma funkcjami samokontroli i bezpieczeństwa pracy. Do najważniejszych zaliczyć tu można zabezpieczenie przed przeciążeniem termicznym. Istnieje także możliwość programowania pracy jednostek w skali dobowej i tygodniowej.

W budynkach, które wymagają wysokiej niezawodności procesów chłodzenia lub ogrzewania przez pompy ciepła, logicznym rozwiązaniem staje się zastosowanie większej ilości jednostek o niższej mocy. Aktualny system sterowania pozwala na równoległą pracę do siedmiu (1 + 6) urządzeń pod wspólnym zarządem jednostki wybranej jako wiodąca. Urządzenia mikroprocesorowe agregatów akceptują komunikację z zewnętrznym systemem nadzoru. Łączność (jako opcja) odbywać się może według dowolnego, z trzech najbardziej rozpowszechnionych protokołów jakimi są: Modbus, LonWorks lub BACnet.

Rys. 5. Moduł hydrauliczny

Możliwość sterowania agregatem na odległość może odbywać się także poprzez wyposażenie seryjnie:

• beznapięciowy styk do odległościowego załączania i wyłączania jednostki;

• beznapięciowe styki do odległościowej wizualizacji stanu sprężarek;

• ustawienie interfejsu Wyłącz / Załącz pojedyncza jednostka / Załącz seria jednostek;

• beznapięciowy styk do kasowania alarmów.

Rys. 3. Regulacja wydajności agregatów przy zastosowaniu 2-3 sprężarek na jeden obieg chłodniczy

Do standardowego wyposażenia należą ponadto: presostat różnicowy po wodnej stronie parownika, szybko złączki typu Victuaulic oraz aluminiowe, z materiałem wygłuszającym, osłony przedziału sprężarek i sterowania. Podczas rekonstrukcji projektu, duży nacisk postawiono na możliwie maksymalne ograniczenie emisji hałasu. Dlatego w jednostkach serii EXCELLENCE, jako standard, wprowadzono system elektronicznego sterowania pracą wentylatorów skraplacza: „ECOBREEZE”. Technologia „ECOBREEZE” polega na zastosowaniu do napędu wentylatorów bezszczotkowych silników prądu stałego. W rezultacie uzyskuje się:

• redukcję szumu podczas startu;

• płynną regulację prędkości obrotowej;

• znaczące zmniejszenie poboru mocy przez silniki wentylatorów.

Rys. 4. Wentylatory ECOBREEZE

Specjalna konstrukcja łopatek wirnika redukuje emisje hałasu w całym zakresie pracy, proporcjonalnie do zmiany obrotów. Poza wykonaniem standardowym, urządzenia ELFOEnergy Large² i SCREWLine² poprzez wykorzystanie przemyślanych opcji i dodatkowych akcesoriów pozwalają na redukcję prac instalatorskich na budowie oraz na wprowadzenie dalszych oszczędności energetycznych. Opcjonalny moduł hydrauliczny może być wyposażony w pompy o różnej wysokości podnoszenia i składać się z jednej lub z dwóch pomp – z których jedna pracuje a druga pozostaje w funkcji czuwania. Sterownik w zależności od wprowadzonej nastawy zamienia funkcję aktywności na funkcję oczekiwania. Największe moduły składają się z dwóch lub trzech pomp równocześnie aktywnych. To ostatnie rozwiązanie połączone jest z możliwością automatycznego wyłączania się jednej pompy w przypadkach termicznego przeciążenia agregatu, czyli redukcji przepływu nadmiernie nagrzanej wody z instalacji przez agregat. Opcja sprawdza się zwłaszcza podczas pierwszego rozruchu lub kolejnych rozruchów, po długotrwałych albo weekendowych przestojach instalacji. Dwie lub trzy pompy w module są także zabezpieczeniem na wypadek awarii jednej z nich. Niepełna część modułu realizuje procentowo większy przepływ niż wynosi jej udział w pracy wszystkich pomp modułu razem. Wspomniane opcje mogą współpracować z zasobnikiem wody o pojemności 300; 400 lub 500 litrów, który fabryka może wpiąć szeregowo lub jako hydrauliczne sprzęgło. Opcjami, które dodatkowo pozwalają na redukcję zużycia energii są:

• częściowy odzysk ciepła procesu skraplania;
• całkowity odzysk ciepła procesu skraplania;
• funkcja free-cooling. zwana także „systemem wolnego chłodzenia”.

Rys. 6. Dzięki wentylatorom z płynną regulacją we wszystkich wersjach uzyskano obniżenie hałasu przy pracy z częściowym obciążeniem, a także znaczące korzyści w okresie nocnym

Stosowanie free-coolingu w chillerach, jest w naszym kraju mniej powszechne niż być powinno. Wydaje się, że poza niewiedzą inwestorów, również logika jednorazowej oszczędności inwestycyjnej przeważa nad logiką wieloletniej oszczędności eksploatacyjnej. Otóż wszędzie tam, gdzie temperatura wody powracającej z instalacji do chillera jest wyższa od temperatury powietrza napływającego na powierzchnię skraplacza, wykorzystanie funkcji free-cooling znajduje uzasadnienie. Dziś najbardziej rozpowszechniony system to rozwiązanie, w którym zawór trójdrogowy instalacji wodnej wymusza przepływ wody (w zasadzie zawsze jest to mieszanina wodno-glikolowa) przez wymiennik lamelowy, którym jest pierwszy rząd rurek baterii skraplacza. Wentylatory pracując z pełną wydajnością schładzają wodę kierowaną do parownika, w którem zależnie od potrzeb zostaje dochłodzona. By strumień powietrza od pracujących na pełnych obrotach wentylatorów nie przechłodził skraplacza w częściowo aktywnym obiegu chłodniczym, na skraplaczu instaluje się system elektromagnetycznych zaworów odcinających i zaworów zwrotnych, które redukują powierzchnią czynną skraplacza i tym samym powodują wzrost ciśnienia skraplania. Przedstawione rozwiązanie funkcji „wolnego chłodzenia”, choć dziś najbardziej rozpowszechnione, nie jest najbardziej uzasadnione ekonomicznie. Dążenie do osiągania możliwie najwyższej efektywności energetycznej jest wśród konstruktorów zjawiskiem powszechnym i zrozumiałym. Tymczasem by chiller, z wyżej opisaną funkcją free-coolingu, skutecznie pracował w okresach przejściowych, jego obieg  chłodniczy zostaje zdławiony przez dodatkowy osprzęt w postaci wspomnianych elektromagnetycznych zaworów odcinających, zaworów zwrotnych itp. Oznacza to, że aby skuteczniej pracować przez kilkaset godzin w chłodniejsze dni, obieg będzie dławiony przez kilka tysięcy godzin pracy latem. W rezultacie wzrośnie ciśnienie skraplania, a to skutkuje wzrostem poboru mocy przez sprężarki.

Jak policzył CLIVET, ogólny bilans energetyczny takiego rozwiązania jest mniej zadawalający niż należałoby oczekiwać, w czasach gdy nieustannie mówi się o oszczędności energii. Dlatego w jego biurze konstrukcyjnym postanowiono zmodyfikować system. Nowa generacja free-coolingu, zastosowana m.in. w ELFOEnergy Large² i w SCREWLine², jest rozwiązaniem, w którym wyeliminowany został powodujący dławienie osprzęt dodatkowy. Jego funkcję przejęły wentylatory, których prędkość obrotowa dostosowuje się do wymagań pracy termodynamicznego obiegu chłodniczego, ustawiając chłodzenie w wymienniku free-coolingu na drugim planie. Przy takim rozwiązaniu, nie ma wątpliwości, że w okresach występowania temperatury, w których konieczna jest aktywność zarówno wymiennika „wolnego chłodzenia” jak i wspomagające działanie obiegu termodynamicznego, skuteczność wymiennika free-coolingu będzie mniejsza. Jednak kilkuletnie badania CLIVET wykazały, że w rocznym bilansie zużycia energii nowe rozwiązanie wykazuje znacząco większe oszczędności.

Podsumowanie

O tym, że sprężarkowy obieg chłodniczy musi składać się z czterech podstawowych podzespołów którymi są: sprężarka, skraplacz, element dławiący i parownik wie niemal każdy, bo to tak jak z muzyką – gama to tylko osiem dźwięków i każdy je zna, lecz niewielu jest w stanie skomponować operę. Stworzenie sprawnego i efektywnego energetycznie mechanizmu, wymaga wieloletniego doświadczenia konstruktorów, oraz intensywnych badań i laboratoryjnej praktyki. Nakłady na badania i wdrażanie nowości są w firmie CLIVET bardzo wysokie. Toteż każda „opera”1 jest przez CLIVET perfekcyjnie wykonana.