Na przestrzeni ostatnich 2-3 lat firma TEKO wyposażyła kilkadziesiąt obiektów na terenie Europy zachodniej i w Polsce w system z regulacją sprężarek XLR. Zastosowanie agregatu ze sprężarką półhermetyczną Frascold i regulacją wydajności XLR, zamiast agregatów ze sprężarkami hermetycznymi, bez możliwości regulacji daje zysk w postaci oszczędności za energię elektryczną rzędu 20÷40%.

W marketach i małych sklepach 40÷60% całkowitej konsumpcji energii elektrycznej pochłaniane jest przez pracujący system chłodniczy:

• 80% tej wartości to „produkcja” chłodu (agregaty chłodnicze, skraplacze);
• 20% tej wartości to odbiorniki – meble, komory (wentylatory, grzałki, światła).

Jak można zauważyć, jest to znaczna część kosztów stałych jakie właściciel, czy przyszły inwestor, będzie musiał ponieść w przyszłości na utrzymanie takiego obiektu. Dążąc do obniżenia kosztów związanych z energią elektryczną należałoby się skupić na tej części, która pochłania najwięcej energii, a więc na „produkcji” chłodu. Każdy system chłodniczy posiada pewną efektywność, która jest określana przez współczynnik COP. Jest to stosunek wyprodukowanej mocy chłodniczej Q_o do mocy elektrycznej jaka jest niezbędna do wyprodukowania chłodu P_el.

Jak wiemy, im wyższa wartość COP tym bardziej efektywny i energooszczędny jest system!

Efektywność COP każdego systemu chłodniczego jest zależna od:

• ƒƒefektywności sprężarki;
• ƒƒzastosowanego czynnika chłodniczego;
• ƒƒspadków ciśnienia na instalacji – rurociągach;
• ƒƒtemperatury parowania i skraplania w odbiornikach.

Efektywność COP każdego systemu chłodniczego można poprawić poprzez:

• ƒƒpodniesienie temperatury parowania to (noc, okresy przejściowe), (+) 1K w górę powoduje wzrost COP o 3%;
• ƒƒobniżenie temperatury skraplania tk (noc, okresy przejściowe), (-) spadek o 1K powoduje wzrost COP o 3%;
• uzyskanie jak najmniejszych różnic pomiędzy tk i to;ƒƒ
• lepszą efektywność pracy sprężarki (regulacja mocy).

Dzięki współpracy firm Frascold i TEKO udało się stworzyć innowacyjne rozwiązanie w zakresie regulacji wydajności sprężarek tłokowych. Regulacja wydajności XLR, bo o niej mowa, pozwala na idealne dopasowanie się systemu do aktualnie panujących warunków i zapotrzebowania na chłód.

Rozwiązanie to może być stosowane w sprężarkach Frascold typu D (sprężarka 2-tłokowa) oraz Q i S (sprężarki 4-tłokowe) – czyli dla sprężarek od 5 kW do około 30 kW mocy chłodniczej przy warunkach pracy t_o = -10˚C, t_k = +45˚C, R404A. Zakres ten idealnie pokrywa się z zapotrzebowaniem na chłód sklepów o małych powierzchniach handlowych 200÷800 m2.

Rozwiązanie z regulacją XLR jest wyjątkowe, gdyż pozwala na zastosowanie w sprężarkach dwucylindrowych (50/100%), a także umożliwia większą ilość stopni regulacji w sprężarkach czterocylindrowych (25/50/75/100%), co do tej pory nie było możliwe. Dzięki swojej uniwersalności może śmiało konkurować z rozwiązaniami bazującymi na falownikach, gdzie stopień skomplikowania systemu i jego sterowania jest znaczny i wymaga fachowej obsługi oraz znajomości falownika.

Dlaczego warto stosować regulację wydajności w systemach chłodniczych

Regulacja wydajności pozwala na dopasowanie wydajności sprężarki do aktualnego zapotrzebowania systemu na chłód. Oznacza to wygenerowanie właściwej mocy chłodniczej Q_o, a co za tym idzie także mocy elektrycznej sprężarki P_el w stosunku do potrzeb przy zakładanych warunkach pracy systemu. Uzyskujemy więc najwyższy z możliwych współczynników efektywności pracy sprężarki COP, a więc oszczędzamy energię.

Co zyskujemy stosując regulację wydajności w systemach chłodniczych

Dzięki zastosowaniu regulacji wydajności utrzymywane są stabilne warunki pracy sprężarki (stała t_o), zminimalizowana jest ilość STARTów / STOPów, dzięki czemu zwiększa się żywotność maszyny. Otrzymujemy także możliwość obsłużenia kilku odbiorników chłodniczych jedną sprężarką lub małym zespołem sprężarkowym, z najwyższą efektywnością COP. Zarządzanie regulacją systemu poprzez inteligentny sterownik chłodniczy umożliwia dopasowanie do zmiennych warunków zewnętrznych lub wewnętrznych systemu (t_o nocna, t_k zależne od temperatury otoczenia), polepszając w ten sposób wartość COP.

Rozwiązania z zastosowaniem regulacji wydajności dla małych marketów

1. Regulacja wydajności zastosowana na pojedynczej sprężarce 2-tłokowej, pozwala na dwa stopnie regulacji 50/100% (nowość – dotychczas nie było możliwe takie rozwiązanie). 2. Regulacja wydajności zastosowana na pojedynczej sprężarce 4-tłokowej, pozwala uzyskać cztery stopnie regulacji 25/50/75/100% (do tej pory nie było możliwe uzyskanie takiej liczby stopni regulacji, dostępne były tylko dwa).
3. Zestaw 2-sprężarkowy z regulacją wydajności XLR zastosowaną na pojedynczej sprężarce 2-tłokowej Frascold serii D, umożliwia cztery stopnie regulacji 25/50/75/100%.
4. Zestaw 2-sprężarkowy z regulacją wydajności zastosowaną na pojedynczej sprężarce 4-tłokowej, pozwala osiągnąć aż osiem stopni regulacji 12/25/37/50/62/75/87/100%. Tak duża liczba stopni regulacji jakie można osiągnąć powoduje, że urządzenie idealnie dostosowuje się do panujących warunków i aktualnego zapotrzebowania na chłód, efektywnie pracując, a więc oszczędzając energię elektryczną.

Rys. 1. Sprężarka 2-tłokowa Frascold z regulacją wydajności XLR, zapewniająca dwa stopnie regulacji 50/100%

Rys. 2. Sprężarka 4-tłokowa Frascold z regulacją wydajności zamontowaną na obu głowicach, zapewniająca cztery stopnie regulacji

Rys. 3. Przykładowy zestaw TEKOPACKduo Plus produkcji TEKO bazujący na sprężarkach Frascold wyposażonych między innymi w regulację wydajności XLR

Przykładowe obliczenia energooszczędności 

Chcąc uzyskać informację o cyklu pracy marketowego systemu chłodniczego w skali roku, firma Teko przeprowadziła badania testowe. Z przeprowadzonych badań (wykres na rys. 4.) wynika, że marketowy system chłodniczy najczęściej pracuje w zakresie zaledwie 10÷40% swojej nominalnej wydajności i to aż przez 50% czasu w skali roku. Przez kolejne 30% czasu pracuje z wydajnością 55÷85%, natomiast 20% z pozostałą wydajnością – przy czym 100% mocy występuje kilka razy w ciągu roku i to zazwyczaj w najbardziej upalne dni. 

Rys. 4. Rozkład obciążenia pracy systemu chłodniczego w supermarkecie

Wniosek nasuwa się sam, jeżeli urządzenia chłodnicze praktycznie przez cały rok wymagają pracy z zaledwie częścią swojej maksymalnej wydajności, to aby działanie to było efektywne, należałoby zastosować regulację wydajności, która pozwoliłaby dopasować się do aktualnie panujących warunków, redukując tym samym zużycie energii elektrycznej. 

Jednym z przykładów, który wskaże nam różnice pomiędzy systemem chłodniczym bez regulacji wydajności i z regulacją wydajności XLR, będzie rozwiązanie jakie występuje w sklepach bazujących na dwóch lub więcej niezależnych sprężarkach hermetycznych (agregatach) bez regulacji wydajności oraz meblach (odbiornikach) podzielonych jak w przykładzie poniżej na sekcje S1-S5 (rys. 5.): 

• ƒƒodbiorniki S1-S3 obsługiwane są przez jeden z agregatów,
• ƒƒodbiorniki S4-S5 obsługiwane przez drugi agregat.

Rys. 5. Rozwiązanie bazujące na dwóch niezależnych sprężarkach (agregatach) i meblach (odbiornikach), podzielonych na sekcje S1-S5

System chłodniczy oparty o agregaty bez regulacji wydajności, w chwili zmniejszenia zapotrzebowania na chłód (wyłączenia się któregoś z odbiorników), będzie zachowywał się tak jak na rysunku 6. W chwili, gdy zapotrzebowanie na chłód spadnie do poziomu 75%, temperatura odparowania to obniży się do -7,8°C (od zakładanej to = -1,7°C), a współczynnik efektywności COP spadnie do poziomu 81,2% w stosunku do wartości początkowej 100%. Jak możemy zauważyć, spadek tych parametrów będzie ciągły w momencie zmniejszania się zapotrzebowania na chłód przez meble (wyłączanie kolejnych odbiorników). Gdy osiągniemy 25% zapotrzebowania, temperatura odparowania to będzie już wynosiła -26,4°C, a współczynnik COP = 45,3%. Spadki wartości temperatury odparowania i współczynnika COP są więc znaczne, co przekłada się na koszty eksploatacyjne ponoszone przez właściciela, jak i na żywotność sprężarek hermetycznych tłokowych lub scroll średniotemperaturowych), które w pewnym momencie zaczną pracować poza swoim zakresem.

Rys. 6. System chłodniczy oparty o sprężarki bez regulacji wydajności – zmiana parametrów w chwili zmniejszania się zapotrzebowania na chłód

Gdybyśmy dla tego samego przykładu zastosowali agregat bazujący na sprężarce Frascold wyposażonej w regulację wydajności XLR, osiągnęlibyśmy następujący efekt (rys. 7.). Stała temperatura odparowania to = -1,7°C, oraz nieznaczny spadek współczynnika efektywności COP. Na podstawie tego porównania możemy zobaczyć, że agregat ze sprężarką półhermetyczną Frascold i regulacją wydajności XLR jest dużo bardziej energooszczędnym rozwiązaniem niż np. agregat ze sprężarką hermetyczną i brakiem możliwości regulacji wydajności. Przełożenie tego wyniku na kilka sklepów przynosi wymierne korzyści w postaci oszczędności w rachunkach za energię elektryczną.

Rys. 7. System chłodniczy oparty o sprężarki Frascold z regulacją wydajności XLR – zmiana parametrów w chwili zmniejszania się zapotrzebowania na chłód

Podsumowanie

Jak widać w przytoczonym przykładzie, zastosowanie agregatu ze sprężarką półhermetyczną Frascold i regulacją wydajności XLR, zamiast agregatów ze sprężarkami hermetycznymi bez możliwości regulacji, daje zysk w postaci oszczędności za energię elektryczną rzędu 20÷40%. Przy założeniu, że ilość nowopowstających sklepów rocznie wynosi kilka sztuk, to generowana jest poważna suma jaką inwestor może zaoszczędzi na energii elektrycznej. Koszt budowy systemu z regulacją wydajności (sprężarka, rurociągi, skraplacz) jest o ok. 10÷20% wyższy, niż systemu z dwoma sprężarkami hermetycznymi. Stopa zwrotu z inwestycji wynosi od jednego roku do trzech lat, co w dłuższej perspektywie użytkowania takiego systemu przynosi profity. Nie bez znaczenia jest też żywotność obu systemów. Dla sprężarki półhermetycznej wynosi średnio 10÷12 lat, natomiast żywotność systemu na bazie sprężarki hermetycznej tłokowej lub scroll wynosi 5÷6 lat, a więc jest to okres o połowę krótszy. 

Rys. 8. Eksponat przedstawiający agregat na bazie sprężarki półhermetycznej Frascold wyposażonej w regulację wydajności XLR i CC (pozwalającą uzyskać 4 stopnie regulacji wydajności)

Bardzo duża ilość modeli sprężarek Frascold (11 modeli z serii D, 13 modeli z serii Q oraz 8 modeli z serii S) jaka może być wyposażona w regulację wydajności XLR i dostosowana do pracy z różnymi czynnikami, także tymi spełniającymi wymogi ostatniej ustawy o F-gazach, powoduje, że firma TEKO jest w stanie zaproponować i dostarczyć indywidualne rozwiązania dopasowane do każdego klienta. Agregaty skraplające, czy też zespoły sprężarkowe, są tak projektowane i wykonane, że ich podłączenie i uruchomienie odbywa się szybko i bezproblemowo.

mgr inż. Artur MARKOWICZ
Product Manager, TEKO Polska