Повышение эффективности работы холодильной установки

Принимая решение об использовании электронных регулирующих клапанов в составе холодильной установки, как правило, мало кто задумывается об алгоритмах управления данными устройствами, предлагаемых разными производителями контроллеров. И если целью применения электронных ТРВ является энергосбережение, то зачастую именно алгоритм управления определяет его величину.

Рассмотрим три варианта решения:

• механический терморегулирующий клапан;
• алгоритм с фиксированной уставкой перегрева для управления электронным регулирующим клапаном;
• алгоритм адаптивного изменения уставки перегрева для управления электронным регулирующим клапаном.

Прежде, чем перейти к сравнению алгоритмов, несколько слов о том, какая величина перегрева будет являться оптимальной. К чему должна стремиться система управления перегревом? С одной стороны, ТРВ должен защищать компрессор от попадания жидкого хладагента, то есть на выходе из испарителя должен наблюдаться некий стабильный перегрев. С другой стороны, в целях уменьшения энергопотребления, перегрев должен быть минимальным. Величина перегрева определяет заполнение испарителя жидким хладагентом. Чем выше перегрев, тем меньше хладагента будет кипеть в испарителе, соответственно, ниже будет давление кипения, а значит, выше энергопотребление компрессора.

Рис. 1. Зависимость температуры кипения от величины перегрева.

На рис. 1 схематически изображена зависимость температуры/давления кипения от величины перегрева. То есть можно говорить о необходимости поддержания «минимального стабильного перегрева», который, с одной стороны, защитит компрессор, а с другой стороны, не позволит получить перерасход электроэнергии.

Очевидно, что величина минимального стабильного перегрева будет зависеть от нагрузки на испаритель. При увеличении нагрузки интенсивность кипения хладагента внутри испарителя повышается, соответственно, величина перегрева должна тоже увеличиваться, чтобы гарантированно защитить компрессор. При уменьшении нагрузки величину перегрева можно уменьшить для снижения энергопотребления.

Рис. 2. Зависимость минимального стабильного перегрева от нагрузки на испаритель.

На рис. 2 схематично изображена данная зависимость — кривая минимального стабильного перегрева.

Теперь для сравнения трех решений наложим на график минимального стабильного перегрева поочередно характеристики механического ТРВ, электронного ТРВ, работающего по алгоритму с фиксированной уставкой, и электронного ТРВ, работающего по алгоритму адаптивного изменения уставки перегрева.

Начнем с механического ТРВ. Как известно, уставка перегрева данного клапана зависит от степени его открытия. Поэтому его характеристика выглядит как наклонная линия (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость уставки перегрева, поддерживаемого механическим ТРВ, от нагрузки на испаритель (степени открытия ТРВ.)

Как видно из графика, оптимального значения перегрева при помощи механического ТРВ можно достичь (приблизиться к кривой минимального стабильного перегрева) только на узком участке значений нагрузки на испаритель (порядка 40-60%). В остальном диапазоне нагрузок будет наблюдаться перерасход электроэнергии по причине завышенного значения перегрева по сравнению с оптимальным. Следует также помнить, что наклон характеристики механического ТРВ зависит от перепада давления на клапане и переохлаждения хладагента, а, следовательно, постоянно меняется. То есть добиться на практике приближения характеристики механического ТРВ к кривой минимального стабильного перегрева достаточно сложно.

Второе решение — электронный ТРВ, работающий по алгоритму с фиксированной уставкой перегрева.

Рис. 4. Зависимость уставки перегрева, поддерживаемого электронным ТРВ по алгоритму с фиксированной уставкой перегрева от нагрузки на испаритель.

Как видно из графика на рис. 4, характеристика электронного РВ, работающего по данному алгоритму, приближается к минимальному стабильному перегреву лишь на участке нагрузок на испаритель, близком к 100%. В остальном диапазоне нагрузок работа системы электронный РВ-контроллер будет не оптимальной. Следовательно, такое решение нельзя считать энергоэффективным.

Третий вариант решения — электронный РВ, работающий по алгоритму адаптивного контроля перегрева.

Рис. 5. Зависимость уставки перегрева, поддерживаемого электронным ТРВ по алгоритму адаптивного контроля перегрева от нагрузки на испаритель.

Как видно из графика на рис. 5, данный алгоритм позволяет уставке перегрева приближаться к кривой минимального стабильного перегрева во всем диапазоне нагрузок на испаритель, обеспечивая оптимальное энергопотребление, при этом обеспечивая защиту компрессора. Контроллер сам принимает решение о снижении или повышении уставки перегрева, принимая во внимание введенные ограничения и колебания фактического перегрева. Такое решение позволяет добиться максимальной экономии электроэнергии по сравнению с двумя предыдущими.

Алгоритм адаптивного изменения уставки перегрева реализован во всех контроллерах производства Danfoss, предназначенных для управления испарителями с электронными РВ.

Компания Danfoss непрерывно ведет исследования в области повышения энергосбережения работы холодильного оборудования. Так, одной из сравнительно новых технологий, которая уже применила на серийном оборудовании, стала возможность наладки так называемой «адаптивной оттайки». Данная функция основана на мониторинге характеристик испарителя. Так, зная расход хладагента через клапан AKV, для испарителя можно составить энергетический баланс между хладагентом и воздухом. При помощи этого сравнения можно рассчитать расход воздуха через испаритель и определить, много ли льда на испарителе. Если количество льда достигло определенного уровня, запустится оттайка. Если количество льда незначительно, то контроллер примет решение сделать пропуск запланированной оттайки. Всего в контроллере АК-СС 550А четыре вида настроек этой функции (помимо значения, когда она не активирована):

• только мониторинг зашубливания испарителя с выдачей аварийного сигнала;
• пропуск оттаек днем, если в них нет целесообразности;
• пропуск оттаек круглосуточно; полная адаптивная оттайка, которая позволяет добавлять по необходимости оттайки.

Сама функция автономна и работает при налаженной системе управления полностью автоматически. Все вычисления происходят за счет аппаратных возможностей блока AK-SM8хх и ведутся непрерывно с того времени, как функция активирована. Для ее реализации не требуется какое-то дополнительное или новое оборудование к уже имеющимся блоку мониторинга, контроллерам испарителей АК-СС 550А и централи серии АК-РСх51. Вся наладка этой функции занимает несколько минут и требует только внесения дополнительного параметра в лист настройку контроллера АК-СС 550А и в блок мониторинга, создав там расписания оттаек и привязав к ним адаптивную оттайку.

Рис. 6. AK"CC 550А. Контроллер для управления испарителем с электронным ТРВ.

Помимо адаптивной оттайки, в контроллере АК-СС 550А доступны следующие функции:

• оптимизация давления всасывания при работе в составе системы мониторинга ADAP-KOOL®;
• смещение уставки в ночном режиме;
• работа в режиме нагрева;
• оттайка горячими парами хладагента;
• управление перегревом в системах с диоксидом углерода (R744);
• управление кантовым обогревом стекол витрин по расписанию или точке росы;
• управление освещением, ночными шторками и работой вентиляторов;
• поддержка стандарта HACCP.

Для удовлетворения растущего спроса и предложения гибкого подхода в реализации различных задач компания «Данфосс» предлагает модификацию контроллера под названием АК-СС 525А. Отличие этого контроллера от АК-СС 550А состоит в том, что в нем отсутствуют следующие функции, не всегда использующиеся в стандартных применениях:

• управления по датчику продукта (S6);
• адаптивной оттайки и функции уборки;
• управления кантовым обогревом и ночными шторками;
• термостата нагрева и оттайки горячим газом;
• встроенного дисплея и выбора диапазона термостата.

Эксплуатация электронных расширительных клапанов совместно с контроллерами АК-СС 550А на объектах сегмента розничной торговли продуктами питания неоднократно подтверждала все преимущества использования такого решения как с точки зрения надежной работы, точного поддержания температуры и удобства в процессе пусконаладочных работ, так и с точки зрения снижения энергозатрат на производство холода.

В настоящее время для российского рынка «Данфосс» подготовил и реализует через компании-партнеров, дистрибьюторов ряд сборных кодов (комплектов) как с контроллером АК-СС 525А (ОЕМ-версия контроллера АК-СС 550А с уменьшенными функциональными возможностями), так и с АК-СС 550А.

Проверить ценообразование комплектов и их наличие, получить консультацию можно обратившись в компанию «Данфосс».
danfoss.ru