Путь к уменьшению стоимости холодильных систем

Компрессоры ZF*EVI: актуальное состояние и возможности

Компрессоры ZF*EVI имеют конструктивную возможность использовать экономайзер с последующим сжатием образовавшегося пара. Применение экономайзера обеспечивает прирост холодопроизводительности и СОР по сравнению с обычным холодильным циклом. Технология впрыска пара показывает наилучшие результаты при низких температурах кипения хладагента. В настоящее время модельный ряд ZF*EVI состоит из 6 моделей, представленных ниже в таблице. Параметры даны для работы на R404A при условиях по EN 12900 для низких температур:

• температура кипения — 35°C;
• температура всасываемого газа — 20°C;
• температура конденсации — 40°C;
• переохлаждение жидкости — 0K.

Новые компрессоры с возросшей единичной возможностью открывают прекрасные перспективы для применения в магазиностроении. Разумеется, решение в стиле «компрессор ZF с экономайзером» и ранее использовалось для удовлетворения потребностей в низком холоде в минимаркетах. Однако увеличение холодопроизводительности компрессоров открыло компрессорам ZF*EVI новые возможности.

Если оценить потребность в низком холоде супермаркета (900…4000 м²) в 20…40 кВт, а гипермаркета (5000…10000 м²) в 40…100 кВт, то компрессорные станции на базе нескольких новых компрессоров ZF*EVI покрывают эту потребность. Традиционно для решения таких задач использовались полугерметичные компрессоры. Однако спиральные компрессоры ZF*EVI  с экономайзером имеют здесь множество преимуществ: не уступая полугерметичным компрессорам в надежности, ZF*EVI  легче, эффективнее, и, самое главное, дешевле. Но об этом дальше.

Теоретические основы экономии

Спиральные компрессоры COPELAND SCROLL™ ZF*EVI  имеют конструктивную возможность использовать экономайзер с последующим сжатием образовавшегося пара. Применение экономайзера может обеспечить прирост холодопроизводительности и СОР по сравнению с обычным холодильным циклом. Технология впрыска пара показывает наилучшие результаты при низких температурах кипения именно там, где рост холодопроизводительности и СОР нужнее всего. Такая технология зачастую позволяет для заданной тепловой нагрузки использовать компрессор значительно меньшего размера. Кроме того, впрыск пара обеспечивает дополнительное охлаждение, что расширяет рабочий диапазон компрессора, позволяя ему работать в низкотемпературных условиях при высоких степенях сжатия.

Рис.1. Простейшее схемное решение и соответствующий термодинамический цикл

В простейшем случае схемное решение выглядит так, как это показано на рис.1. Часть сконденсированной жидкости i расширяется через ТРВ в противоточный пластинчатый теплообменник (экономайзер), где он испаряется, переохлаждая при этом основной поток жидкости m. Перегретый пар из экономайзера впрыскивается в промежуточную точку сжатия спирального компрессора. Переохлаждение жидкости в экономайзере увеличивает производительность испарителя и всей холодильной системы за счет понижения температуры жидкости и соответствующего понижения ее энтальпии. Акцентируем мысль: холодопроизводительность системы увеличивается потому, что растет разность энтальпий между переохлажденным жидким хладагентом на входе в испаритель и перегретым паром на выходе из него. Дополнительный массовый поток i также увеличивает сброс тепла через конденсатор.

Энергоэффективность этой системы выше, чем у обычной системы такой же мощности, поскольку при использовании экономайзера часть холодопроизводительности получается с меньшими затратами энергии за счет того, что пар сжимается до давления конденсации не с низкого давления кипения, а с более высокого промежуточного давления. Эффект достигается за счет добавления в процесс сжатия пара с промежуточным давлением и температурой, которая контролируется с помощью ТРВ экономайзера. Конструктивные особенности таких компрессоров, позволяющие реализовать цикл с экономайзером, неоднократно описывались в предыдущих номерах журнала и сегодня мы не будем на них останавливаться, а перейдем непосредственно к экономическому эффекту от их применения.

Экономия в цифрах и графиках

Для компрессоров  ZF*EVI  в среднем прирост холодопроизводительности (R404A, -35°C/40°C) при использовании экономайзера достигает 46%, как это показано на рис.2.

Рис. 2. Рост холодопроизводительности при использовании экономайзера.

Экономайзер позволяет использовать компрессор на 1-2 размера меньше, что значительно уменьшает стоимость первоначальных инвестиций.

Пример 1: Требуемая холодопроизводительность составляет 6 кВт при условиях: R404A, Тe = -35°C, Тc = 40°C, Sc = 2K, Sh = 15K. Если рассмотреть модельный ряд спиральных компрессоров ZF, то требуемую холодопроизводительность можно обеспечить двумя способами:

1. Компрессор ZF34K5E3TFD: без впрыска пара; 6,05 кВт; стоимость по прайс-листу 3505 евро.
2. Компрессор ZF18KVE3TFD EVI: с впрыском пара, 5,93 кВт, стоимость по прайс-листу 2743 евро.

Компрессор с впрыском пара, имея ту же холодопроизводительность, стоит на 762 евро или на 28% меньше, чем компрессор без впрыска пара.

Увеличение холодильного коэффициента компрессоров  ZF*EVI при использовании экономайзера проиллюстрировано на рис.3.

Рис.3. Рост СОР при использовании экономайзера.

Для модельного ряда компрессоров ZF*EVI в среднем прирост СОР при вышеописанных условиях составляет 26%. А что у конкурентов? Сравним СОР компрессоров ZF*EVI с популярными на нашем рынке моделями конкурентов, как это сделано на рис.4:

Рис. 4. Сравнение СОР компрессоров ZF*EVI и ZF Summitс конкурентами.

Для условий, приведенных в примере 1, сравнивая другой компрессор ZF34K5E-TFD EVI с популярным полугерметичным конкурентом, получим экономию электроэнергии в 19%. Стоимость электроэнергии в нашей стране разнится по регионам и предприятиям, у кого-то она дороже, у кого-то дешевле, и приводить абсолютные цифры, пожалуй, нет смысла. Но каждому по силам несложное арифметическое упражнение: взять свой годовой счет за электричество и отнять от него 19%. Разница, выраженная в деньгах, особенно заметна в кризисные времена.

Таким образом, за счет использования экономайзера компрессоры  ZF*EVI  имеют ощутимое превосходство в энергоэффективности по сравнению с конкурентами, которые по причинам особенности своих конструкций лишены возможности использовать экономайзер.

Компрессорные станции

Понятно, что в случае использования нескольких компрессоров  ZF*EVI  в составе компрессорной станции экономия электроэнергии кратно увеличивается, а инвестиционные расходы существенно уменьшаются. Возможно несколько схемных решений, каждое их которых обладает собственными достоинствами и недостатками. Схема с индивидуальным экономайзером (по теплообменнику на каждый компрессор) представлена ниже на рис. 5.

Рис.5. Компрессорная станция с индивидуальными экономайзерами.

Эта схема становится в последнее время все более популярной. Причиной популярности является относительное снижение цены на небольшие пластинчатые теплообменники и механические ТРВ, возникшее в результате жесткой конкуренции производителей, а также логистические преимущества такой схемы. В схеме должно быть предусмотрено достаточное количество электромагнитных клапанов для предотвращения попадания жидкости в компрессор при его остановке и длительной стоянке.

Схемное решение для компрессорной станции с общим экономайзером, показано на рис. 6.

Рис. 6. Компрессорная станция с общим экономайзером.

В качестве расширительного устройства для общего экономайзера рекомендуется использовать электронный расширительный вентиль (ЭРВ), как это показано на рис.6. Трубопровод впрыска пара для каждого компрессора должен быть оснащен индивидуальным электромагнитным клапаном (ЭК), чтобы иметь возможность перекрыть впрыск пара, когда компрессор выключен. Это необходимо для того, чтобы избежать попадания в компрессор большого количества жидкости во время стоянки. В качестве иллюстрации того факта, что применение экономайзера позволяет в этом случае уменьшить число компрессоров, а, следовательно, и первоначальные инвестиции в холодильную систему, приведем рис. 7:

Рис. 7. Компрессорная станция с общим экономайзером: 5 компрессоров вместо 8

На рис. 7 компрессорные станции с одинаковой производительностью на базе одного и того же компрессора. В первом случае требуемую холодопроизводительность обеспечивают 8 компрессоров, а во втором — 5 аналогичных компрессоров + общий экономайзер. Стоимость второй компрессорной станции меньше на 19%, а вес на 10%.

Выбор экономайзера

Чтобы экономия не превратилась в свою противоположность, необходимо грамотно выбрать пластинчатый теплообменник, который будет использоваться в качестве экономайзера. На нашем сайте http://www.emersonclimate.com/europe в технической информации C7.19.1, можно найти предварительно подобранные модели теплообменников двух фирм производителей для компрессорных станций на R404A и под стандартные условия.

Если Вам хочется использовать в качестве экономайзера теплообменник от другого производителя или Ваши условия отличаются от стандартных, или ваш хладагент отличается от R404A, Вы можете рассчитать экономайзер самостоятельно. Производительность экономайзера рассчитывается при кT = 5K. Все исходные данные для расчета экономайзера можно получить из нашей программы подбора компрессоров Software Select 7.11.

Рис. 8. Производительность экономайзера и параметры системы в Selection Software 7.11.

В программе выбора Selection Software можно посмотреть температуру жидкости на выходе из экономайзера TLO, производительность экономайзера и температуру насыщенного пара при промежуточном давлении TSI. Дополнительные параметры видны справа вверху; они могут быть введены и отрегулированы после нажатия кнопки. После появления диаграммы и схемы нажмите также кнопку:

Рис. 9. Производительность экономайзера и параметры системы в Selection Software 7.11.

Зачастую необходимо делать поправку на нагрев жидкости по пути от экономайзера до ТРВ. Если жидкостной трубопровод проходит через места, где температура окружающей среды ваше, чем температура жидкого хладагента TLO, температура жидкости будет повышаться, и это приведет к некоторой потере холодопроизводительности системы. Этот нагрев также можно регулировать на экране. С помощью полученных данных теплообменник подбирается по программе изготовителя.

Существует и третий способ подбора экономайзера: позвонить в московский офис Emerson Climate Technologies, где Вам дадут необходимые консультации и помогут подобрать оборудование на Ваши условия.

Как показано в статье, компрессоры COPELAND SCROLL™ ZF*EVI с экономайзером имеют существенные преимущества по сравнению со своими аналогами и конкурентами. Основные преимущества при использовании в низкотемпературном компрессорно-конденсаторном агрегате (ККА) или компрессорной станции (КС):

• существенно повышается энергоэффективность (СОР);
• требуется компрессор меньшей производительности (для ККА);
• требуется меньшее число компрессоров (для КС);
• требуется конденсатор меньшего размера;
• уменьшаются габариты и масса (ККА и КС);
• снижается уровень шума.

Таким образом, применение экономайзера с компрессорами ZF*EVI в низкотемпературных холодильных системах обеспечивает существенное снижение как капитальных затрат, так и эксплуатационных расходов.

https://www.emerson.com/ru-ru