Пути повышения энергоэффективности холодильного оборудования, применяемого в магазиностроении.

Поскольку энергопотребление холодильного оборудования занимает значительное место в общей структуре энергопотребления (см. статью «Магазиностроение»), следует обратить внимание на снижение этого показателя.


Основными критериями для принятия того или иного решения является простота, доступность сервисного обслуживания, эффект от внедрения должен выражаться в величине не менее 10% снижения энергопотребления, срок окупаемости не должен превышать двух лет.


К основным мероприятиям, позволяющим снизить энергопотребление, относятся:


1. Применение компрессоров и вентиляторов с высоким КПД;


При выборе той или иной марки и типа компрессоров следует обращать внимание на такой параметр как адиабатный (изоэнтропный) КПД компрессора. Он существенно отличается от величины, по которой обычно происходит сравнение компрессоров, и показывает насколько эффективно происходит сжатие хладагента.


При сравнении различных компрессоров производители производят оценку на основании холодильного коэффициента (СОР), который представляет собой отношение холодопроизводительности к мощности, потребляемой компрессором. Однако данный параметр имеет ряд недостатков, поскольку зависит от рабочих условий, тем самым не давая реальной оценки эффективности конструкции самого компрессора.


Зачастую многие путают понятие КПД и холодильного коэффициента. Отличить эти параметры можно следующим образом: КПД компрессора измеряется или в процентах или в дробных величинах и не может превышать 100 % или 1 соответственно. Значение же холодильного коэффициента часто больше 1 и измеряется в безразмерных величинах (никогда в процентах).


При принятии решения о применении того или иного оборудования всегда нужно сравнивать значение адиабатного (изоэнтропного) КПД компрессора на одних и тех же рабочих режимах. Среднее значение КПД современных компрессоров лежат в пределах 60 – 70% (0,6…0,7).


Что касается вентиляторов, то по возможности следует применять вентиляторы с ЕС-двигателем как самые эффективные. В любом случае вопрос КПД остается актуальным и в этом случае.


Еще одним важным моментом при подборе компрессора является его возможность работы при минимально возможной температуре конденсации. При снижении температуры окружающей среды появляется возможность уменьшить температуру (давление) конденсации, что ведет к значительной экономии (до 40 %) электроэнергии.


2. Применение плавного регулирования производительности компрессоров;


Тепловая нагрузка на холодильное оборудование не является постоянной в течении времени, например при уменьшении температуры окружающей среды она падает (см. рис. 1). Следовательно, уменьшается потребная производительность компрессора, работающего на охлаждение, и увеличивается для систем с тепловым насосом (отопление).


рис 1.png

Рис. 1.


Как правило, компрессоры подбираются из расчета максимальной производительности, поэтому при снижении нагрузки вынуждены чаще включаться и отключаться, что ведет к бесполезной трате электроэнергии (см. область, окрашенную желтым цветом рис. 1.).


Основная задача, решаемая с помощью системы регулирования производительности, заключается в том, чтобы максимально приблизить кривую производительности компрессора при регулировании к кривой изменения нагрузки (см. рисунок 2). Чем ближе находятся эти кривые, тем большую экономию электроэнергии можно получить.


рис 2.png

Рис. 2.


Регулирование производительности компрессоров можно осуществить следующими способами:


  • Включение/отключение компрессора или отдельных компрессоров при параллельной установке;

  • Перепуск (байпасирование) хладагента в нагнетания на всасывание – не экономичный способ;

  • Отключение части цилиндров поршневого компрессора;

  • Применение «цифрового» регулирования спиральных компрессоров и некоторых поршневых;

  • Изменение частоты вращения вала компрессора (применение частотного преобразователя);

  • Использование золотника в винтовых компрессорах.

Наиболее экономичным способом является применение частотного преобразователя, позволяющее также заметно снизить пусковые токи.


Что же касается глубины регулирования, то тут на первое место выходит «цифровое» регулирование производительности.


3. Переход от фиксированной температуры конденсации к динамической;


Высокое давление конденсации (нагнетания) компрессора ведет к повышенному энергопотреблению наряду со снижением производительности. Давление конденсации при использовании конденсатора с воздушным охлаждением зависит от температуры окружающей среды (рис. 3).

рис 3.png

Рис. 3.


При подборе конденсатора холодильной машины применяется расчетная температура окружающего воздуха, зависящая от абсолютной максимальной и средней максимальной температур для определенного региона. Большую часть времени температура окружающего воздуха меньше расчетной величины, а холодильная установка оснащается системой регулирования давления конденсации, настроенной на поддержание определенной величины. Поэтому нецелесообразным является поддержание фиксированной уставки в течение всего года, поскольку это ведет к дополнительным тратам электроэнергии.


Для значительно сокращения энергопотребления переход от фиксированной к плавающей уставке является наиболее эффективным и наименее затратным способом.


Некоторые производители оборудования рекомендуют применять контроллеры с специальным алгоритмом, однако исследования показали, что точно такого же эффекта можно получить всего лишь изменив уставку температуры конденсации с расчетной на минимальную, определяемую допустимым диапазоном работы компрессора (см. статью О «плавающем» давлении конденсации)


Более затратным способом является установка конденсаторов с большей поверхностью теплообмена. Однако несмотря на увеличение капитальных затрат, срок окупаемости этого решения вполне приемлем (см. статью Температурный напор в конденсаторах с воздушным охлаждением).


4. Использование оттайки горячими парами хладагента вместо оттайки ТЭНами;


Как правило, мощность, потребляемая ТЭНами оттайки, близка к холодопроизводительности оттаиваемого оборудования. Например, для низкотемпературной бонеты холодопроизводительность которой составляет 3,6 кВт, а энергопотребление в период оттайки 6,28 кВт. За эту величину потребитель и платит.


Если отбирать часть пара с нагнетания компрессорного агрегата и направлять в потребитель для оттайки, то на это затрачивается электроэнергия равная холодопроизводительности деленной на холодильный коэффициент. Иными словами, потребляемая мощность в вышеприведенном примере составит приблизительно 4,96 кВт, что на 21 % меньше, чем при оттайке ТЭНами.


5. Применение динамической уставки температуры кипения;


Данная опция может, как привести к экономии электроэнергии, так и, наоборот – к увеличению энергопотребления.


Алгоритм работы данной опции следующий: контроллер определяет степень открытия электрического регулирующего вентиля (ЭРВ) и следит за отклонением температуры в потребителе от заданной уставки. Поскольку в зависимости от тепловой нагрузки на оборудование ЭРВ открывается или закрывается, контроллер по степени открытия принимает решение о возможности увеличения или уменьшении уставки температуры кипения для компрессорного агрегата. Если уставка (и реальная температура кипения в потребителях) увеличивается, мы получаем экономию электроэнергии.


Эта опция работает на правильно спроектированной и настроенной системе, поскольку даже если один из ста потребителей не выходит на режим при увеличенной уставке температуры кипения, холодильный агрегат начинает работать при пониженной уставке, что ведет к увеличению энергопотребления.


6. Применение цикла работы с экономайзером для холодоснабжения низкотемпературных потребителей;


Применение цикла работы с экономайзером означает переход к двухступенчатому сжатию, которое осуществляется в одном компрессоре.


Что это означает? Это означает снижение годового энергопотребления на 18% и уменьшения стоимости компрессорного оборудования на 13 %. Разумеется. Эти цифры средние. Действительная величина экономии зависит от конкретных условий эксплуатации.


Для промышленных применений такой цикл реализуется с применением винтовых компрессоров. Для сегмента магазиностроения целесообразно использовать спиральные компрессоры. Например, компания Copeland достаточно долгое время производит такие компрессоры.


В конструкцию холодильного агрегата добавляется дополнительный теплообменник, который служит для переохлаждения жидкости и запорно-регулирующая арматура, но появляется возможность уменьшить количество компрессоров и, следовательно, удешевить холодильную установку.


На рис. 4 показана система без и с экономайзером.


рис 4.png

Рис. 4 система без экономайзера (слева) и с экономайзером (справа).


7. Установка системы мониторинга.


Данное мероприятие является, пожалуй, ключевым для получения полного эффекта. Поскольку, только основываясь на данных мониторинга можно произвести правильную настройку системы, обеспечивающую максимальную эффективность (см. статью Практическое применение энтропийно - статистического метода анализа (ЭСМА) холодильных циклов)


В заключение хочется сказать, что максимальную экономию электроэнергии можно достичь только при внедрении всех вышеуказанных мероприятий.

Теги: магазиностроение, энергоэффективность, энергосбережение Автор: Сидоров Петр   |   19 Апреля 2015
Комментарии 0

Комментариев пока нет