Podstawowym kryterium wyboru wykonawcy w przetargach publicznych jest najniższy koszt realizacji inwestycji. Czy jednak wysokość nakładów pieniężnych przeznaczonych na wykonanie instalacji to właściwe i najważniejsze kryterium oceny inwestycji przez Zamawiającego? Powstaje zatem pytanie: co ma zapewniać instalacja chłodnicza oraz jaki standard ma sobą reprezentować, jakie ma mieć możliwości regulacji itp.?

Niezależnie od różnych czynników, każda instalacja musi bezwzględnie spełniać założone wymagania technologiczne. Jeśli temperatura w komorze powinna wynosić np. -25°C parametr ten należy bezsprzecznie zachować. Wynika to z założenia, że moc chłodnicza winna być zagwarantowana na poziomie pozwalającym utrzymanie właściwej temperatury, niezależnie od czynników zewnętrznych oraz ustalonych warunków technologicznych [1].

Kolejnym istotnym wymogiem jest bezpieczeństwo – instalacja musi być wykonana w sposób gwarantujący, niczym niezagrożone, działanie obsługujących osób i otoczenia. Jednocześnie należy pamiętać o minimalizacji kosztów inwestycyjnych, co bezpośrednio koresponduje z oczekiwaniami każdego inwestora. Ograniczenie zapotrzebowania energii i niskie koszty obsługi instalacji, to elementy o których często w warunkach przetargowych zapomina się.

Istotną rolę w każdej instalacji spełnia sprężarka. To jej koszt w budowie prostej instalacji rzutuje zasadniczo na nakłady inwestycyjne, a w każdej realizacji ma duży wpływ na koszty eksploatacyjne, wynikające między innymi z opłat za zużytą energię. 

Proponowane kryterium oceny to: koszt inwestycji plus koszt energii do napędu sprężarki w okresie siedmiu do dziesięciu lat eksploatacji. Wymaga to określenia rocznego czasu działania sprężarki. Takie kryterium byłoby stosunkowo łatwe do ustalenia w oparciu o wymaganą moc, czas eksploatacji, koszty energii i zakupu sprężarki.

Ważna jest zatem moc chłodnicza sprężarki, zakres temperaturowy jej działania, niezawodność, możliwości przystosowania się do zmiennych warunków eksploatacji wynikających ze zmian technologicznych i zmian warunków otoczenia. Dobierając sprężarkę dla zmiennych warunków eksploatacyjnych należy zwracać uwagę na tak zwaną kopertę pracy, czyli dopuszczalne temperaturowe warunki eksploatacji danej sprężarki. Przekroczenie danych parametrów może spowodować skrócenie żywotności urządzenia, a nawet jego uszkodzenie poprzez spalenie silnika lub jego zatarcie.

Przy projektowaniu instalacji warto też zwrócić uwagę na emitowany hałas i drgania powodowane przez sprężarki. Wymagania dotyczące poziomu dopuszczalnego hałasu stawiane są projek- tantom i wykonawcom coraz częściej. Dotyczy to zarówno sprężarek o małej mocy, jak i tych dużych stosowanych w przemyśle. 

Programy umożliwiające dobór sprężarek

Wyboru sprężarki dokonuje się w oparciu o charakterystyki techniczne dostarczane przez producentów urządzeń chłodniczych. Czynność tą ułatwia nam dziś szybki dostęp do newralgicznych danych za pośrednictwem internetu, jednakże najskuteczniejsze rozwiązanie stanowią programy doborowe, udostępniane przez poszczególnych producentów. Są one praktycznym narzędziem dla każdego projektanta układów klimatyzacyjnych, chłodniczych, a także układów z pompami ciepła. W większości przypadków producenci udostępniają oprogramowanie bezpłatnie, co ułatwia wybór ich urządzeń dla zadanych parametrów pracy.

Dzięki programom doborowym można w łatwy i szybki sposób dobrać sprężarki różnych konstrukcji (np. spiralne, tłokowe, rotacyjne) o wymaganej wydajności i parametrach pracy. W tabeli 1. przedstawiono przykładowe programy doborowe znanych producentów sprężarek.

Pierwszym parametrem, jaki użytkownik powinien określić, aby prawidłowo dobrać sprężarkę, jest wybór zastosowania sprężarki, tj. czy ma pracować w układzie chłodniczym lub klimatyzacyjnym (chłodzenie), czy też w układzie z pompą ciepła (grzanie). Jest to ważne, ponieważ producenci dedykują poszczeogólne serie swoich sprężarek do konkretnych celów (klimatyzacja, chłodzenie średnio temperaturowe, chłodzenie niskotemperaturowe, grzanie).

Pozostałe podstawowe funkcje wszystkich programów doborowych, jakie użytkownik może wprowadzić to:

• rodzaj czynnika chłodniczego,
• wartości temperatur parowania i skraplania czynnika chłodniczego,
• wymagana moc sprężarki,
• wielkość przegrzania w parowniku oraz dochłodzenia w skraplaczu,
• napięcie i częstotliwość zasilania elektrycznego.

Na podstawie tych danych, każdy z programów, zasugeruje wybór najbardziej bliski założeniom sprężarki. Niektóre aplikacje doborowe wskażą także procent dopasowania w stosunku do zadanych parametrów pracy, przy czym program dobierze, w miarę możliwości jakie stwarza typoszereg, zarówno sprężarki trochę niedowymiarowane jak i przewymiarowane. W gestii użytkownika pozostaje jednak ostateczny wybór optymalnej sprężarki. Niektóre programy doborowe dla sprężarek współpracujących z falownikiem, umożliwiają ustawienie częstotliwości zasilania w szerokim zakresie (najczęściej od 30 Hz do 70 Hz). Dla podanych wartości częstotliwości program podaje nie tylko moc sprężarki, ale też jej współczynnik EER/COP.

Można zatem przy pomocy danych z programów tworzyć wykresy zależności pomiędzy współczynnikami efektywności energetycznej a mocą sprężarki i częstotliwością zasilania w zadanych warunkach pracy (rys. 1.). Wszystko to, w celu optymalizacji zużycia energii przez projektowany układ, którego jednym z głównych elementów jest sprężarka.

Rys. 1. Zależność pomiędzy częstotliwością zasilania a efektywnością energetyczną EER wybranej sprężarki firmy Copeland

Optymalizacja zużycia energii elektrycznej przekłada się bezpośrednio na zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych i realne oszczędności kapitału, które w przypadku analizy dla całego okresu żywotności sprężarki mogą być znaczące.

W zależności od programu, możemy przejść do przeglądania bardziej szczegółowych danych sprężarki. Między innymi jest możliwość sprawdzenia punktu pracy dobranych sprężarek na kopertach pracy, współczynników EER/COP, wartości prędkości obrotowych silnika, gabarytów i wagi sprężarki, parametrów elektrycznych, wyposażenia dodatkowego itd. Opcje te umożliwiają weryfikację sprężarki proponowanej przez program oraz ułatwiają wybór optymalnego rozwiązania. 

Dobór sprężarek firmy Danfoss

Program CoolSelector firmy Danfoss, jako jedyny, podaje wyrażone w procentach, dopasowanie mocy sprężarki do kryteriów doboru wprowadzonych przez użytkownika. Stąd też już na górze tabeli, w zauważalny sposób, prezentowana jest sprężarka o mocy chłodniczej najbardziej zbliżonej do zadanej. Poniżej oraz powyżej sprężarki optymalnej, widoczne są także sprężarki mniejsze oraz większe (rys. 2., 3.).

Rys. 2. Dobór optymalnej sprężarki, podstawowe dane. Program Coolselector

Rys. 3. Koperta pracy wraz z zaznaczonym punktem pracy wybranej sprężarki Danfoss

Dobór sprężarek firmy Frascold

Wyniki generowane przez program doborowy Frascold prezentowane są w innym układzie grafi cznym, aniżeli dane aplikacji Danfoss czy Copeland. Wygenerowane przez program dane sprężarki o podobnych parametrach przedstawione są w konfiguracji poziomej (obok siebie). Ilość sprężarek włączonych do porównania na ekranie monitora jest ograniczona maksymalnie do sześciu modeli. Aby wstępnie porównać większą ilość sprężarek, należy kliknąć w strzałki umiejscowione w górnej części ekranu – dane skrajnej sprężarki znikną z ekranu, a pojawią się parametry kolejnego urządzenia. Niektórym użytkownikom takie rozwiązanie może wydawać się mało czytelne (rys. 4.).

Rys. 4. Dobór sprężarki, podstawowe dane. Program Frascold Selection Software

Niewątpliwą zaletą programu doborowego sprężarek Frascold jest możliwość wyboru danych do wydrukowania. Po kliknięciu w pole „Dane techniczne” pojawiają się zakładki z podzielonymi tematycznie danymi technicznymi sprężarki. Po wyborze „Drukuj” standardowo wyświetla się opcja „drukuj wszystko”, lecz alternatywnie użytkownik zyskuje też możliwość wydruku wybranych informacji, w tym: danych technicznych, zakresu stosowania, charakterystyki, akcesoriów i wymiarów. Każda z tych części zawiera się na jednej stronie wydruku A4. Rozwiązanie jest to pomocne w sytuacjach, gdy chcemy porównać jedynie wybrane dane np. charakterystyki kilku sprężarek przedstawione na wykresach.

Dobór sprężarek firmy Copeland

(...)

Dobór sprężarek firmy Bock

(...)

Dobór sprężarek firmy Sanyo

(...)

Przykładowe dobory sprężarek

(...)

Sprężarki przedstawione w tabeli 5. dedykowane są do pomp ciepła powietrze-woda. Niska temperatura parowania pozwala na pobieranie ciepła z otoczenia, nawet w przypadku dużych mrozów, a temperatura skraplania na poziomie 60°C zapewnia osiągnięcie wymaganej temperatury zasilania w niskotemperaturowych systemach ogrzewania. Stąd też, parametrem użytkowym dla tego typu sprężarek jest grzanie. 

W przypadku tego typu sprężarek, ilościowo przeważają sprężarki spiralne i znaleźć je można w ofercie firm: Danfoss, Sanyo i Copeland.

Najlepszymi współczynnikami efektywności grzejnej charakteryzują się sprężarki Danfoss serii PSH i HHP. Bardzo dobry współczynnik COP ma również sprężarka tłokowa GEA Bock. Sprężarki o takich parametrach najczęściej występują w przedziale mocy grzewczej powyżej 10 kW. Oczywiście w przypadku zastosowania sprężarki o większej mocy, ale z możliwością płynnej regulacji wydajności, możemy zyskać na lepszym współczynniku COP.

Z kolei sprężarki przedstawione w tabeli 6 to jednostki półhermetyczne dwustopniowe. Sprężarki dwustopniowe lub wielostopniowe stosuje się w przypadku potrzeby osiągnięcia bardzo niskiej temperatury parowania np. w komorach głębokiego mrożenia lub krioterapii. W tabeli przedstawiono sprężarki pracujące na czynniku R404A. Najlepszą z nich, charakteryzującą się najwyższym współczynnikiem EER, jest sprężarka produkcji GEA BOCK.

***

Praca została zrealizowana w ramach programu PBS III pt. Badania i opracowanie optymalnego typoszeregu wysokoefektywnych powietrznych pomp ciepła dużych mocy wraz z innowacyjnym inteligentnym systemem sterowania.

LITERATURA:

[1] GAZIŃSKI, B., KRZYŻANIAK, G., GÓRSKI, J., WARCZAK, W., TARGAŃSKI, W., GAZIŃSKI, M., ŻÓŁTANECKI, A. i GRZEGORSKI, M.: Sprężarki chłodnicze - budowa i zastosowanie, Poznań: Systherm, 2014

Marek GAZIŃSKI
 kierownik Działu Badawczo Rozwojowego,
SYSTHERM D. Gazińska Sp. j.

Maciej GRZEGORSKI
projektant instalacji badawczych w Zespole Badawczo Rozwojowym,
SYSTHERM D. Gazińska Sp. j.