SPINCHILER to nazewnictwo firmy Clivet dla typoszeregu agregatów chłodniczych wielosprężarkowych. Rozwiązania oparte na tego typu konstrukcji są od 2000 roku wciąż ulepszane przez firmę, co znajduje odzwierciedlenie w kodyfikacji urządzeń tego producenta.

W poprzednich artykułach (ChiK 11/2008, ChiK 02/2009) autorzy przedstawili argumenty przemawiające za zastosowaniem agregatów chłodniczych wielosprężarkowych SPINCHILLER i korzyści wynikające z ich stosowania.
Promowane przez firmę Kliweko, generalnego dystrybutora marki Clivet w Polsce, rozwiązania agregatów wielosprężarkowych znajdują szerokie zastosowanie w nowo budowanych lub modernizowanych obiektach. Bardzo wysokie wartości wskaźników efektywności energetycznej przy obciążeniach częściowych ESEER, niezawodność, dokładność utrzymania zadanej temperatury wody, skuteczny serwis i konserwacja, brak problemów z usunięciem ewentualnych awarii sprężarek (w przeciwieństwie do bardzo trudnych w naprawie awarii sprężarek śrubowych) to wybrane cechy charakteryzujące typoszereg SPINCHILLER.
O ile pierwotnie oferta rozwiązań konkurencyjnych opierała się głównie na rozwiązaniach agregatów chłodniczych wyposażonych w sprężarki śrubowe, o tyle obecnie prawie każdy producent ma w swojej ofercie rozwiązania z układami chłodniczymi w technologii multi-scroll.
Firma Clivet, będąca prekursorem tego typu rozwiązań, dokonała modernizacji typoszeregu SPINCHILER, wprowadzając w 2011 roku na rynek typoszereg drugiej generacji SPINCHILLER2.

Zasadnicze zmiany w nowym typoszeregu SP SPINCHILLER2
Wszystkie urządzenia SPINCHILLER2, podobnie jak w pierwszej generacji modelu, cechuje wysoka efektywność energetyczna przy pracy z niepełnym obciążeniem, co przekłada się na wysoką sprawność sezonową ESEER. Z uwagi na różne podejście inwestorów na rynku polskim do realizacji inwestycji, dostępne są dwie wersje typoszeregu, które umożliwiają wybór najlepszej relacji między poziomem kosztów inwestycyjnych i późniejszymi kosztami eksploatacyjnymi:

Wersja excellence
Oprócz wysokiej efektywności sezonowej ESEER, standardowa wersja EXCELLENCE SC wyróżnia się bardzo wysokim wskaźnikiem EER przy pełnym obciążeniu chłodniczym, który przekracza wartość 3,1 i plasuje ją wg Eurovent w klasie A efektywności energetycznej. Jest to możliwe dzięki modułowej technologii multi-scroll, efektywnym wymiennikom ciepła i wentylatorom z elektronicznie komutowanym silnikiem. Wszystko to zapewnia:
• efektywność co najmniej porównywalną, a często wyższą od wielu dostępnych na rynku urządzeń wyposażonych w sprężarki śrubowe, nawet gdy sterowane są przemiennikiem częstotliwości,
• skuteczne wykorzystanie w większości zastosowań przemysłowych i klimatyzacji komfortu,
• podwyższenie klasy energetycznej budynku, a tym samym jego wartości,
• maksymalną oszczędność kosztów eksploatacyjnych i serwisowych.

Wersja premium
Opcjonalna wersja PREMIUM również zapewnia doskonałą efektywność przy pracy z niepełnym obciążeniem, lecz posiada bardziej kompaktową konstrukcję i zwarte wymienniki. To rozwiązanie jest przeznaczone zwłaszcza do zastosowań, w których koszty inwestycyjne mają większe znaczenie niż obniżenie kosztów w całym okresie eksploatacji.

Opcja specjalna
Gdyby jednak inwestor był zainteresowany jeszcze wyższą efektywnością energetyczną agregatów chłodniczych w wykonaniu EXCELLENCE, sięgających ponad wartości deklarowane w programach certyfikacji EUROVENT, możliwe jest to dzięki zastosowaniu standardowego algorytmu „Zmiennej Temperatury Wyjściowej”. Funkcja ta może zostać włączona w dowolnym momencie. W przeciwieństwie do tradycyjnego sterowania, które utrzymuje temperaturę wyjściową wody z parowacza na stałym poziomie, sterowanie DST dąży do utrzymania stałej temperatury na powrocie, modyfikując dynamicznie temperaturę zasilania w zależności od obciążenia. Dzięki temu przy pracy z niepełnym obciążeniem temperatura odparowania wzrasta, co zwiększa chwilową efektywność energetyczną.
Sterowanie DST umożliwia znaczne obniżenie zużycia energii i kosztów eksploatacyjnych, szczególnie w zastosowaniach klimatyzacji komfortu, gdzie przy obniżonym obciążeniu chłodniczym znacznie spada w centrali klimatyzacyjnej zapotrzebowanie na moc do osuszania. Sterowanie DST jest interesujące zwłaszcza we współpracy z centralami Clivet, model CPAN, do uzdatniania świeżego powietrza, w których aktywny systemem odzysku ciepła/chłodu odbywa się w skutek pracy pompy ciepła. Obieg bezpośredniego odparowania w centrali CPAN umożliwia obróbkę powietrza zewnętrznego niezależnie od urządzenia SPINCHILLER2, które może zmieniać temperaturę zasilania układu, optymalizując tym samym efektywność energetyczną w okresie rocznym.

Nowy free-cooling
Niezaprzeczalnie najlepszym rozwiązaniem jest chłodzenie bez udziału pracy sprężarek. Pozwala ono na bezpośrednie oddawanie ciepła z wody ziębniczej do powietrza atmosferycznego. Jednak rozwiązania tego typu, z uwagi na konieczność pracy sprężarek w okresach przejściowych, posiadają pewien mankament, związany z obecnością armatury sekcjonującej powierzchnię skraplacza.
Wymuszony przepływ powietrza przez układ free-cooling w okresie przejściowym może powodować przechłodzenie powierzchni pracującego skraplacza. Producenci – w celu umożliwienia bezpiecznej i równoległej pracy układu chłodniczego oraz free-cooling w okresie przejściowym – dokonują sekcjonowania powierzchni skraplacza, tak by podwyższyć temperaturę skraplania w układzie chłodniczym (zmniejszana jest czynna powierzchnia wymiany ciepła w skraplaczu). Niestety zastosowanie dodatkowej armatury w postaci zaworów odcinających i zwrotnych, powoduje także dodatkowe opory przepływu, a tym samym straty ciśnienia czynnika chłodniczego w pracującym układzie chłodniczym. Zastosowanie funkcji free-cooling może zatem obniżać efektywność agregatu chłodniczego, wyposażonego w taką funkcję.
Nowa generacja funkcji free-coolingu eliminuje całkowicie dodatkowe opory armatury sekcjonującej powierzchnię skraplacza po stronie czynnika chłodniczego poprzez odstąpienie od stosowania zaworów zwrotnych i zaworów elekromagnetycznych. Świadczy to o innowacyjnym podejściu producenta do kwestii wysokiej efektywności energetycznej nowoczesnych agregatów wody ziębniczej.

Funkcja Zmiennej Temperatury Wyjściowej – DST (Dynamic Supply Temperature)
Aktualna sezonowa efektywność energetyczna może wzrosnąć dzięki specjalnemu algorytmowi regulacji DST, jak wspomniano wcześniej, sterowaniu opartym na dynamicznej zmianie temperatury wody wyjściowej z parowacza, zależnie od obciążenia systemu. W praktyce, temperatura wody powracającej z instalacji do urządzenia jest utrzymywana na stałym poziomie – nawet podczas zmiennego obciążenia. Możliwość zastosowania funkcji DST należy zweryfikować na etapie projektowania, w zależności od specyficznych wymogów systemu.
Tradycyjne sterowanie utrzymuje temperaturę zasilania wody do wewnętrznych odbiorników chłodu i central klimatyzacyjnych na stałym poziomie, w celu umożliwienia im osuszania. DST umożliwia natomiast wzrost temperatury zasilania wody przy częściowym obciążeniu, zwiększając tym samym sezonową efektywność energetyczną.
W tabeli 1. przedstawiono możliwą do uzyskania efektywność energetyczną dla omawianego typoszeregu agregatów chłodzonych powietrzem, przy zachowaniu niezmienionych (w odniesieniu do warunków Eurovent) zarówno procentowych obciążeń cieplnych, jak i temperatury zewnętrznej.

Wzrost efektywności energetycznej w okresie rocznym

Główne różnice i zalety starego i nowego sposobu sterowania free-coolingiem
Nowe rozwiązania dotyczą również sposobu sterowania funkcją free-cooling. Poprzednią generację free-coolingu lub obecne rozwiązania konkurencyjnych producentów z dzielonym skraplaczem cechuje:
• wzrost oporów przepływu: podzespoły zainstalowane w obiegu freonowym (elektrozawory, zawory zwrotne) spełniają funkcję podziału skraplacza na część czynną i doraźnie wyłączoną, powoduje to wspomniany wzrost oporów przepływu, w wyniku którego wzrasta ciśnienie skraplania, a to skutkuje wzrostem poboru mocy przez sprężarki;
• dzielenie skraplacza powoduje, że w pewnych okresach czasu sprężarki pracują przy ciśnieniu skraplania niepotrzebnie wyższym, niż jest w danej chwili potrzebne, a jedynym celem jest zapewnienie możliwie najwyższej wydajności free-coolingu nawet podczas trybu mieszanego. Także w tym przypadku skutkuje to niepotrzebnym wzrostem poboru mocy przez sprężarkę;
• dzielenie skraplacza odbywa się na zasadzie włącz/wyłącz, co w nieunikniony sposób powoduje brak stabilnej pracy obiegu chłodniczego podczas faz przejściowych. Ponadto, w wyniku wzajemnego oddziaływania na siebie występujących po sobie położeń pracy, może zostać wywołane zjawisko wytrącania ze stanu równowagi. Podczas takiego rozchwiania, a przynajmniej w okresach przejściowych, występuje spadek wydajności w wyniku zakłóceń regulacji przegrzania;
• podział skraplaczy na sekcje odbywa się w fazie ich produkcji, dlatego optymalizacja ich pracy jest w miejscu pracy praktycznie bardzo ograniczona.

Nowa generacja free-coolingu w typoszeregu SPINCHILLER2 bez dzielonego skraplacza, lecz ze zmienną prędkością wentylatorów charakteryzuje się:
• wyeliminowaniem – poprzez usunięcie zbędnego osprzętu (elektrozawory odcinające i zawory zwrotne) – wszystkich zbytecznych oporów przepływu w obiegu freonowym. Pozostał osprzęt niezbędny podczas pracy bez free-coolingu. Zwiększona została efektywność układu chłodniczego poprzez redukcję oporów przepływu w obiegu, przez co zmniejszony został pobór mocy przez sprężarkę;
• modulowaną prędkością obrotów wentylatorów w taki sposób, aby podczas pracy w trybie łączonym1, przynajmniej jedna sprężarka mogła pracować, przy możliwie jak najniższym dozwolonym ciśnieniu skraplania, a tym samym przy minimalnym możliwym poborze prądu;
• minimalną prędkością wentylatorów ustawioną na wartość 40 proc. (wzrost ich prędkości następuje bardzo szybko). Pozwala to wentylatorom na pracę z najwyższą możliwą prędkością w najdłuższym możliwym czasie;
• podczas pracy z aktywnym free-coolingem, obiegi chłodnicze są stymulowane do pracy w nasyceniu, by pozwolić wentylatorom, tak długo jak to tyko możliwe, na pracę z najwyższą możliwą prędkością, a tym samym z najwyższą możliwą wydajnością free-coolingu.

Mniejsza wydajność nowej wersji free-coolingu, w porównaniu do wersji poprzedniej, jest równoważona większą efektywnością podczas pracy sprężarek, zwłaszcza w okresie letnim, jak również podczas pracy w trybie łączonym. Wyrywkowe analizy mogą budzić obiekcje co do udoskonaleń free-coolingu według nowej koncepcji. A jednak kompleksowa analiza, oparta na badaniach wskaźników ESEER oraz EER, obiektywnie pozwala na uznanie korzyści płynących z nowego systemu.
W celu bezpiecznej pracy sprężarek w trybie łączonym, agregat samoczynnie wybierze jeden z niżej opisanych trybów pracy:
1. Podczas pracy agregatu w trybie łączonym, z minimalnymi możliwymi prędkościami wentylatorów, obieg freonowy może osiągnąć ciśnienie skraplania poniżej dopuszczalnego dla sprężarek.
2. W takim przypadku sprężarki zostają wyłączone, a prędkość wentylatorów dąży do wartości 100 procent, a równocześnie na wyjściu z parowacza temperatura wody jest kontrolowana według trybu: spada - stabilna - rośnie. Jeżeli temperatura wody spada albo ustabilizuje się na wartości nastawy, to free-cooling pozostaje aktywny bez załączonych sprężarek, zaś w przypadku gdy temperatura rośnie, to rozpoczyna się działanie opisane w punkcie poniżej.
3. Jeżeli w sytuacji pracy podczas trybu łączonego obieg pracuje ze zbyt niskim ciśnieniem skraplania, a wyłączenie sprężarek i praca wentylatorów na 100 procent nie przynosi wymaganego rezultatu, wówczas następuje ponowne załączenie sprężarek. Z tą różnicą, że stan pracy opisany w pkt. 1, zostaje rozszerzony o kolejny stopień lub stopnie pracy sprężarek, aż do momentu, w którym skraplacz osiągnie zadowalające ciśnienie. Jeżeli próba nie doprowadzi do pozytywnego wyniku, system powtórzy kolejno tryby pracy wg punktów 1-2-3, aż do znalezienia punktu stabilnej pracy.

kWf – moc chłodnicza [kW], kWe_tot – całkowity pobór mocy elektrycznej przez urządzenie [kW],
Wartości dla wody w wymienniku wewnętrznym, wykonanie standardowe  SC = wylot 7°C / 
wlot zmienny, przepływ stały, równy nominalnemu,  Wartości dla wody w wymienniku
wewnętrznym,  wykonanie specjalne DST = wylot zmienny/ wlot 12°C, 
przepływ stały, równy nominalnemu

Pozostałe funkcje i elementy wyposażenia charakteryzujące nowy typoszereg SP SPINCHILLER2
Dzięki blisko 20-letniemu doświadczeniu w rozwoju technologii, agregatów wody lodowej i pomp ciepła serii SPINCHILLER, firma Clivet osiągnęła najwyższy poziom wśród urządzeń przeznaczonych do klimatyzacji obiektów mieszkalnych, komercyjnych i przemysłowych. Na sukces producenta składają się: wysoka efektywność energetyczna, zwarta konstrukcja oraz łatwość obsługi i konserwacji, przy jednoczesnym szerokim wyborze modeli, które odpowiadają na indywidualnie potrzeby różnych instalacji.
Poniżej przedstawiono inne cechy, charakteryzujące drugą generację typoszeregu SPINCHILLER:
• awaria jednej, spośród dwóch lub trzech sprężarek w obiegu nie wyłącza całkowicie urządzenia z ruchu. Sprężarki scroll są kompaktowe, łatwo dostępne i proste w montażu w razie konieczności ich wymiany, w przeciwieństwie do sprężarek śrubowych;
• agregat może działać nawet w przypadku chwilowego przekroczenia zakresu pracy, nie wchodząc w stan awarii. W pierwszej kolejności zwiększana jest prędkość wentylatorów, a następnie obniżana wydajność;
• mikroprocesorowy układ automatyki steruje procesami wg kryterium maksymalizacji efektywności. Prócz tego obsługuje wiele funkcji zabezpieczających pracę i alarmowych. Uwzględnia również tak zaawansowane funkcje jak dzienny i tygodniowy harmonogram pracy oraz automatyczne organicznie poboru mocy;
• dzięki możliwości ustawienia różnych temperatur zasilania systemów SPINCHILLER2 nadaje się do zastosowania w takich systemach, jak: układy z pierścieniem wodnym WLHP, zasilanie wentylokonwektorów lub podobnych im odbiorników chłodu, zasilanie paneli radiacyjnych, urządzeń indukcyjnych bądź belek chłodzących;
• przypadku dużych budynków, wymagających wysokich wydajności grzewczych i chłodniczych, zalecane jest stosowanie większej ilości urządzeń. Urządzenia SPINCHILLER2 są zaprojektowane do modułowego sterowania w układzie równoległym. Wynikające z tego korzyści są następujące:
– większa elastyczność, dzięki dostosowaniu mocy do zapotrzebowania,
– większa niezawodność
– w przypadku zatrzymania jednego urządzenia, dostawa energii do układu przez pozostałe urządzenia nie będzie zakłócona, – wyższa efektywność – niezbędna energia jest wytwarzana tam i wtedy, gdzie jest potrzebna, w zależności od potrzeb obsługiwanych stref. Układ automatyki umożliwia sterowanie maksymalnie sześcioma urządzeniami w lokalnej sieci (Funkcja Master-Slave);
• w większości przypadków SPINCHILLER2 może pracować bez wewnętrznego zbiornika akumulacyjnego. Urządzenie szybko dostosowuje się do zmiany obciążenia dzięki modułowości sprężarek, elektronicznemu zaworowi rozprężnemu i wymiennikom płytowym o małej pojemności wodnej. Jednak w przypadku sieci hydraulicznej o ograniczonym zładzie, instalację należy wyposażyć w sprzęgło hydrauliczne. Można w takim przypadku wykorzystać wbudowany zbiornik akumulacyjny z izolacją cieplną i niezbędną armaturą zabezpieczającą. Pozwala to wyeliminować dodatkowy czas i koszt montażu oraz zwiększyć ilość wolnego miejsca w budynku;
• dostępne są różne rozwiązania układów pompowych:
– pompa standardowa z szerokim wyborem dostępnych charakterystyk,
– pompa standardowa z pompą rezerwową. Sterownik agregatu równoważy godziny pracy pomp, a w razie awarii sygnalizuje alarm i załącza automatycznie pompę rezerwową,
– „HYDROPACK”, modułowy układ z dwoma lub trzema pompa pracującymi równolegle. Automatycznie redukuje przepływ wody w krytycznych warunkach, zapobiegając wyłączeniom awaryjnym z powodu przeciążenia, a w konsekwencji – interwencjom wyspecjalizowanego serwisu. Jest zatem również bardzo użyteczny przy rozruchu po przerwach w pracy (np. w czasie weekendu) lub po dłuższym przestoju. Dzięki modułowości HYDROPACK zapewnia odpowiedni przepływ wody w instalacji, nawet jeśli jedna z pomp jest czasowo niesprawna. W przypadku awarii przepływ wody, na skutek spadku oporów przepływu, wyniesie: około 80 proc. wydatku nominalnego w układzie z trzema pompami, lub około 60 proc. wydatku nominalnego w układzie z dwiema pompami;
• wbudowane sprzęgło hydrauliczne wymaga jedynie podłączenia do instalacji. Dzięki temu układ zyskuje na prostocie i niezawodności. Agregat jest wyposażony w szybkozłącza po stronie hydraulicznej, które dodatkowo redukują czas montażu, dzięki eliminacji operacji gwintowania lub spawania kołnierzy;
• odzysk ciepła skraplania umożliwia darmowe wytwarzanie ciepłej wody do wodnych nagrzewnic wtórnych lub na potrzeby c. w. u., według dwóch poniższych konfiguracji:
– częściowy odzysk około 20% proc. dostępnego ciepła, –
całkowity odzysk 100 proc. dostępnego ciepła.

Funkcja częściowego odzysku ciepła jest możliwa nawet przy jednoczesnym zastosowaniu funkcji free-cooling.
Należy wspomnieć, że firma Clivet jest również aktywnym członkiem niezależnego laboratorium EUROVENT, jednostki zrzeszającej wiodących producentów urządzeń chłodniczych i klimatyzacyjnych. Uczestnictwo w programach certyfikacji EUROVENT potwierdza wiarygodność deklarowanych danych technicznych urządzeń.

Podsumowanie
Przedstawione w artykule rozwiązania pozwalają na zapoznanie się czytelnika z najnowszymi tendencjami w zakresie budowy agregatów wody lodowej. Szereg omówionych rozwiązań cechuje innowacyjność techniczna, dlatego są warte zastosowania w nowoczesnych obiektach. Na szczególne zainteresowanie zasługuje funkcja DST (zmiennej temperatury wyjściowej), pozwalająca na uzyskanie jeszcze wyższych efektywności energetycznych przy obciążeniach częściowych oraz nowy sposób sterowania free-cooling, eliminujący konieczność zastosowania elementów armatury sekcjonującej powierzchnię skraplacza. W praktyce, na rynku deklarowane są przez producentów efektywności energetyczne agregatów dla urządzeń bez funkcji free-cooling. W przypadku zastosowania tej funkcji deklaracje producenta dotyczące efektywności energetycznej nie będą spełnione. Brak dodatkowych oporów, pochodzących od armatury sekcjonującej powierzchnię skraplacza w nowym typoszeregu SPINCHILLER2 skutkuje podwyższeniem efektywności energetycznych agregatów wyposażonych w funkcję free-cooling.

KLIWEKO Biuro Techniczno Handlowe sp. z o.o.
ul. Zawiła 22
30-442 Kraków
tel.: 48 12 262 44 56-58
fax: +48 12 262 44 59
e-mail: Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.
www.kliweko.com.pl

AUTORZY:
Józef KISIELNICKI,
Bartłomiej ADAMSKI