Drives voor industriële koeling en industriële koelingstoepassingen

Andy Pye bekijkt hoe aandrijvingen met variabele snelheid dingen zoals voedsel en medicijnen koel houden in industriële koeltoepassingen.

Al ongeveer 200 jaar koeltechnologieën hebben geleidelijk bijgedragen tot de levering van essentiële goederen en diensten, zoals:

• Bewaren van voedsel
• Medische processen
• Stadsverwarming en -koeling

De industrie was getekend door goed gedocumenteerde negatieve milieueffecten als gevolg van schadelijke koelmiddelen die de ozonlaag aantasten, wat verband houdt met de opwarming van de aarde. Na de ondertekening van de Montreal- en Kyoto-protocollen is er aanzienlijke vooruitgang geboekt, waardoor de productie van CFK's, HCFK's en HFK's tussen 1988 en 2005 met 90% is verminderd.

Met de verwachte groei van de wereldbevolking tot 9 miljard tussen nu en 2050 en met een langere levensverwachting, zal het verbruik van alle hulpbronnen met betrekking tot koelinggerelateerde processen echter tot gevolg hebben dat de vraag enorm zal toenemen.

De impact van energieverbruik op het milieu

Energieverbruik vormt meestal de grootste kostenpost voor elke koelinstallatie. Het energieverbruik van koelapparatuur vertegenwoordigt al 15% van het wereldwijde elektriciteitsverbruik (vaak meer dan 20% in ontwikkelde landen ). De meeste landen produceren nog steeds elektriciteit met fossiele brandstoffen en dit onderstreept dus een verdere enorme impact op de opwarming van de aarde door het gebruik van koelapparatuur.

Daarom is er een dringende behoefte aan:

• Verbeter de prestatiecoëfficiënt (COP) van koelapparatuur (met andere woorden, verminder het elektriciteitsverbruik per eenheid ).
• Bouw meer geïntegreerde en sterk gecontroleerde systemen voor energieverbruik in een heel gebouw.
• Schakel over op nieuwe koelmiddelen die de ozonlaag niet aantasten en geen CO2 uitstoten.
• Vergroot de wereldwijde dekking van zeer efficiënte koeloplossingen die de beste praktijken omarmen.

Veel koel- en airconditioningsystemen vereisen betrouwbare processen die efficiënter, compacter, milieuvriendelijker, eenvoudig te installeren en te onderhouden zijn. De koelbehoefte varieert over een groot bereik gedurende de dag en gedurende het jaar door factoren als omgevingscondities, bezetting en gebruik, en verlichting.

Ook in bijvoorbeeld ziekenhuizen, IT en telecom kan er behoefte zijn aan een stabiele en nauwkeurige temperatuur- en vochtigheidsregeling. In toepassingen zoals scholen, restaurants en kantoorgebouwen is het belangrijk dat het koelsysteem zich kan aanpassen aan brede dagelijkse verschuivingen in belasting.

In proceskoelingstoepassingen zoals fermentatie, teelttunnels en industriële processen zijn nauwkeurige temperatuurinstellingen vereist om de productiekwaliteit te waarborgen.

Er zijn verschillende manieren om de koelcapaciteit te moduleren in koel- of airconditioning- en verwarmingssystemen. De meest voorkomende in airconditioning zijn:eenvoudige aan-uit-cycli, heetgasbypass, gebruik (of niet ) van vloeistofinjectie, configuraties van meerdere compressoren en invertertechnologie .

Capaciteitsmodulatie is een manier om de koelcapaciteit af te stemmen op de koelvraag en de toepassingseisen. De compressor is speciaal ontworpen om met verschillende motorsnelheden te werken om het koelvermogen te moduleren. Een inverter regelt de snelheid van de compressormotor om de koelcapaciteit te moduleren.

Variabele snelheidstechnologie kan worden geïmplementeerd in HVACR-, close-control- en proceskoelingstoepassingen en in verpakte of gesplitste airconditioningunits, rooftops, koelmachines, precisiekoeling, VRF en condensingunits.

Het gebruik van hoogwaardige aandrijvingen met permanentmagneetmotoren maximaliseert de energie-efficiëntie in industriële koelproducten. Typische installaties kunnen grote stijgingen van de prestatiecoëfficiënt (COP) van ongeveer 15% zien, wat resulteert in enorme energiebesparingen en lagere levenscycluskosten, met een investeringsrendement vaak in minder dan 12 maanden.

De compressor en omvormer moeten gekwalificeerd zijn om samen te werken en voor specifieke toepassingen. De omvormer moduleert de compressorsnelheid en voorkomt ook dat deze buiten de bedrijfslimieten van de compressor werkt. De frequentieomvormers van de omvormer moeten algoritmen gebruiken die speciaal zijn ontwikkeld voor verwarming, ventilatie en airconditioning (HVAC) of voor koeling - deze zorgen ervoor dat het systeem binnen de toepassingsbeperkingen werkt.

Variabele koelmiddelstroom (VRF) -units zijn zeer populaire koel- of omkeerbare systemen voor verwarming en koeling. Ze combineren flexibiliteit voor zowel gebouweigenaren als gebruikers, met energie-efficiëntie, hoog comfort en installatiegemak, zonder afbreuk te doen aan de betrouwbaarheid. VRF-systemen maken veelvuldig gebruik van invertertechnologie.

Voorbeelden van energiebesparing met aandrijvingen met variabele snelheid

De installatie van een grote vrijstaande frequentieregelaar uit de Unidrive SP-reeks heeft de temperatuurregeling in de gekoelde kamers van de voedselproducent Henry Denny in Portadown (Noord-Ierland) verbeterd en is goed op weg om een ​​enorme besparing van ongeveer £ te realiseren. 23.400 op hun jaarlijkse elektriciteitsrekening - een verlaging van 50% van het totale stroomverbruik van de fabriek!

Het bedrijf produceert een breed scala aan taarten, saucijzenbroodjes, pasteitjes en cottage pie's en een complex van 20 gekoelde kamers slaat niet alleen een enorme hoeveelheid van de eigen productie-output van het bedrijf op, maar aangezien de locatie fungeert als een regionaal distributiedepot voor Noord-Ierland , het bevat ook vele duizenden kazen, boter, hammen en spek van andere bedrijven in de Kerry Group.

Elders, in Calgary, Canada, wordt bij een kruidenierszaak een energiebesparing van 35% op een koelinstallatie gerealiseerd. Hier moest een nieuw koelsysteem bestaande uit twee nieuwe compressoren en condensorkoelers en moest het bedrijf de bedrijfskosten minimaliseren. Eén Commander SK frequentieregelaar met variabele snelheid per koeler regelt alle ventilatoren tegelijk. De schijven zijn geïntegreerd in een speciaal ontworpen paneel.

Het grootste deel van het jaar draait de condensor op een fractie van zijn volledige capaciteit. In het oude systeem werd de condensorkoeling geregeld met behulp van magneetschakelaars om de ventilatoren met vast toerental paarsgewijs aan en uit te schakelen. Dit leidde ertoe dat de ventilatoren constant aan het draaien waren en niet de vereiste fijne temperatuurregeling konden bieden.

Omdat het drukinstelpunt constant werd overschreden, leidde overmatige uitzetting en samentrekking van het koudemiddel tot mechanische vermoeiing van de leidingen. Dit kan op termijn leiden tot het falen van de leidingen of connectoren.

Vier motoren die op halve snelheid draaien, verbruiken veel minder energie dan twee motoren op vol vermogen. Bovendien verbruiken soepele veranderingen in de ventilatorsnelheid minder energie dan herhaaldelijk opstarten. In dit VFD-gestuurde systeem , is er niet alleen een aanzienlijke besparing in energie, maar worden druk en temperatuur zeer nauwkeurig geregeld, wat resulteert in minder belasting van het hele systeem.

Toepasselijke wetgeving

De norm en wetgeving die van toepassing zijn, zijn ISO 50001 (de norm voor energiebeheer) en de Seasonal Performance Part Load Efficiency Legislation (SEER).

ISO 50001:2011 specificeert eisen voor het opzetten, implementeren, onderhouden en verbeteren van een energiemanagementsysteem. Het doel is om een ​​organisatie in staat te stellen een systematische aanpak te volgen bij het bereiken van continue verbetering van de energieprestaties, inclusief energie-efficiëntie, energieverbruik en -verbruik. ISO 50001:2011 is van toepassing op alle variabelen die van invloed zijn op de energieprestaties en die door de organisatie kunnen worden gecontroleerd en beïnvloed. Het specificeert eisen die van toepassing zijn op meting, documentatie en rapportage, ontwerp en inkooppraktijken voor apparatuur, systemen, processen en personeel die bijdragen aan energieprestaties.

In Europa wordt het seizoensrendement van koelapparatuur, koelmachines en airconditioners vaak beoordeeld door de European Seasonal Energy Efficiency Ratio (ESEER) die is gedefinieerd door de Eurovent Certification Company. In het Verenigd Koninkrijk wordt een Seasonal Energy Efficiency Ratio (SEER) voor koel- en airconditioningproducten, vergelijkbaar met de ESEER, maar met verschillende gewichtsfactoren voor het belastingprofiel, gebruikt voor een deel van de Building Regulations Part L-berekeningen binnen het Simplified Building Energy Model ( SBEM) software, en worden gebruikt bij de productie van energieprestatiecertificaten (EPC) voor nieuwe gebouwen in het VK en de Europese Unie; beide als onderdeel van de Europese richtlijn voor de energieprestatie van gebouwen (EPBD).

De formule voor SEER kan als volgt worden weergegeven:
SEER =a (EER@25% belasting) + b (EER@50% belasting) + c (EER@75% belasting) + d (EER@100% belasting)
waarbij a,b,c,&d de gewichtsfactoren voor het belastingsprofiel zijn die relevant zijn voor de voorgestelde toepassing.

Een vergelijkbare standaard als ESEER in de Verenigde Staten is de geïntegreerde energie-efficiëntieverhouding (IEER).

De ESEER wordt berekend door de energie-efficiëntieverhoudingen (EER) bij vollast en deellast te combineren voor verschillende seizoensgebonden lucht- of watertemperaturen, inclusief voor de juiste wegingsfactoren.