Excellence in Performance Ecostar Kylaggregat Med varvtalsreglering och intelligent styrenhet Specialnummer 08.2008 KV-0801-D-GB
Ecostar kylaggregat - med varvtalsreglering och intelligent styrenhet BITZER bygger ut sitt produktsortiment inom området luftkylda kylaggregat. Ecostar -serien erbjuder ett omfattande och högklassigt utbud av aggregat med många innovativa detaljlösningar och ett attraktivt pris-prestandaförhållande. BITZER utnyttjar potentialen i kompressorserien Octagon och kombinerar den med inbyggda insugsgaskylda frekvensomriktare och högmodern styr- och reglerteknik som förbättrar systemets verkningsgrad och därmed sänker driftkostnaden. Dessutom övervakar den inbyggda reglertekniken driftgränsvärdena och höjer på så sätt driftsäkerheten. Figur 1 BITZER Ecostar kylaggregat med öppen frontpanel Figur 2 Flygbild av BITZER:s tillverkningsanläggning i Schkeuditz, nära Leipzig KV-0801-D-GB 2
Varvtalsreglerade Octagon kolvkompressorer är hjärtat i de nya Ecostar kylaggregaten Den nya Ecostar -serien har utvecklats vid BITZER:s fabrik i Schkeuditz, där den också tillverkas. Tillverkningen av den nya serien startar med tre modeller. Hjärtat i varje kylaggregatt är en BITZER Octagon kompressor med en insugsgaskyld frekvensomriktare som är flänsmonterad på motorsidan. Den minsta modellen har för närvarande en tvåcylindrig kompressor och de två andra modellerna är utrustade med fyrcylindriga kompressorer. De frekvensomriktare som används har under flera år bevisat sin tillförlitlighet i Octagon -kompressorer i den tuffa miljö som kylning av fartygscontainrar innebär. Frekvensomriktaren är styvt förbunden med kompressorn och inbyggd i lagerlocket på motorsidan. Jämfört med när frekvensomriktaren är monterad på kompressorns kopplingsbox ger den styva påbyggnaden mindre vibrationsproblem och gör det samtidigt möjligt att kyla effektelektroniken med insugsgasen. Tack vare den tillförlitliga insugsgaskylningen slipper man extern ventilation av frekvensomriktaren med åtföljande underhållsbehov hos kylelement och eventuella nödvändiga fläktar. Serien täcker för närvarande ett kylkapacitetsområde från omkring 7 till 24 kw vid maximalt varvtal (87 Hz-drift), allt efter det aktuella köldmediet och temperaturområdet. Genom motorkopplingen med 230 VA/3/50 Hz kan de fyrcylindriga kompressorerna varvtalsregleras steglöst vid matningsspänningen 400 V/3/50 Hz inom området 25 87 Hz (två cylindrar 30 87 Hz). Det motsvarar ett reglerområde för kompressorvarvtalet från 725 (870) till 2520 varv/minut. På så sätt möjliggörs drift med partiell last i området från cirka 30 (35) till 100 %. Tack vare den steglösa kapacitetsregleringen utsätts inte kompressorn för de mekaniska påfrestningar som annars uppkommer vid startstoppdrift. De ofrånkomliga variationerna hos förångningstemperaturen, som uppträder vid oreglerade kompressorer och som medför en sämre verkningsgrad, reduceras till ett minimum. När frekvensomriktare används bortfaller också startströmspikarna vid start av kompressorn. Spikarna kan vid direktstart gå upp till 4 8 gånger den maximala driftströmstyrkan. Därför behövs inga extra åtgärder för att dämpa startströmmen, vilket ofta är ett krav från energileverantörerna. Under drift utför frekvensomriktaren en kontinuerlig kompensering av kompressormotorns effektfaktor. På så sätt hålls den reaktiva strömandelen, som inte kan utnyttjas för driften men vars kostnad inte är försumbar, så låg som möjligt. 3 KV-0801-D-GB
Figur 3 Montering av de nya Ecostar kylaggregaten i Schkeuditz Steglös varvtalsreglering av kondensorfläktarna ger ytterligare förbättrad verkningsgrad Förutom varvtalsregleringen av kompressorn har också de båda kondensorfläktarna steglös varvtalsreglering. En utetemperaturstyrd fasinskärningsreglering används. Den reglerar kondensorfläktvarvtalet mellan cirka 20 och 100 %. Om fläktens partiella last är lägre än ungefär 20 % stänger styrenheten av kondensorfläktarna helt med hänsyn tagen till eventuell temperaturhysteres. Fläktarna kan köras i antingen "eco"- eller "low sound"-läge. Vid behov kan också driftläget ändras med hjälp av den timer som är inbyggd i styrenheten (se även sida 9). Dimensionering Till skillnad från förr har Ecostar dimensionerats för att uppnå maximal kylkapacitet vid 87 Hz och inte som normalt vid 50 Hz. Toppvarvtalet utnyttjas dock bara vid maximalt kylbehov. Under normala förhållanden med partiell last anpassar sig Ecostar optimalt till behovet med hjälp av varvtalsregleringen. Ecostar kylaggregat ingår också i BITZER:s dimensioneringsprogramvara, vilket gör dimensioneringen så enkelt och exakt som möjligt. KV-0801-D-GB 4
Styrenheten Ecostar kylaggregat är utrustade med en högvärdig styrenhet från företaget Lodam, som ingår i BITZER-koncernen. Lodam har specialiserat sig på att lösa avancerade regleruppgifter inom kyl- och klimatteknik. Den styrenhet som används är en modifiering av en modell som är vanlig i applikationer för kylning av fartygscontainrar. Vid leveransen är styrenheterna och frekvensomriktarna förkonfigurerade så kylaggregatet kan göras klart för användning med bara några handgrepp. Vid idrifttagningen behöver man bara ange den önskade driftparametern (förångningstemperatur eller rumstemperatur) och köldmediet, om dessa inte överensstämmer med grundinställningen (t o = -10 C, R404A). Under driften genomför styrenheten i bakgrunden ett stort antal uppgifter för att garantera en optimal och energieffektiv drift. Prestandaegenskaper Steglös kapacitetsanpassning av kompressorn och kondensorfläkten vid varierande omgivningstemperatur vid varierande kylbehov Q o Figur 4 Kapacitetsområden för ett Ecostar kylaggregat LHV6/4EC-6.F1 för R404A vid t o = -10 C som funktion av omgivningstemperaturen för driftfrekvenser mellan 25 och 87 Hz. Rödmarkerade uppgifter hänför sig till omgivningstemperaturen +32 C. 5 KV-0801-D-GB
Systemstyrenhet Kylaggregat 1 Kylaggregat 2 Kylaggregat 3 1. Magnetventilanslutning 2. Börvärdesjustering 3. Extern aktivering Fel i Ecostar 4. Givare, kylrumstemperatur 5. Gränssnitt Ecostar styrenhet 6. Gränssnitt för kylaggregatsstyrenhet Figur 5 Sugtryckstyrd reglering av kylaggregatet KV-0801-D-GB
Systemstyrenhet Kylrum 1. Magnetventilanslutning 2. Börvärdesjustering 3. Extern aktivering 4. Fel i Ecostar 5. Givare, kylrumstemperatur 6. Gränssnitt Ecostar styrenhet 7. Gränssnitt för kylaggregatsstyrenhet Figur 6 Temperaturstyrd reglering av kylaggregatet 7
Tillämpningen avgör reglerprincipen Allt efter behovsprofilen kan man antingen reglera kompressorn i Ecostar efter sugtrycket eller göra en temperaturreglering. Om flera kylenheter ska anslutas till Ecostar rekommenderar vi att sugtryckreglering används. Varje kylenhet kan då begära "kylning" oberoende av de andra enheterna. Ecostar beräknar det totala behovet i systemet utifrån det alstrade sugtrycket och reglerar detta optimalt genom att anpassa kompressorvarvtalet och därmed det erforderliga köldmedieflödet. Om ytterligare kylenheter ansluts stiger sugtrycket och kompressorn reagerar genom att öka varvtalet. Om kylenheter stängs av sjunker sugtrycket och frekvensomriktaren sänker kompressorvarvtalet i samma mån. Genom denna finavstämning mellan den kyleffekt som krävs vid kylenheterna och kompressorns verkliga kylkapacitet minimeras sugtryckvariationerna i systemet. Antalet kompressorfrånslag vid lågt tryck på grund av för hög kylkapacitet hos kompressorn, så annars är vanligt i oreglerade kondensoraggregat under drift med partiell last, minskas till ett minimum eller bortfaller helt. Kylanläggningen fungerar under konstanta och optimerade driftförhållanden vid både fullast och partiell last. Det förbättrar anläggningens verkningsgrad och bidrar till att sänka driftkostnaden jämfört med oreglerade kylaggregat. Se vidare figurerna 5 och 6. Reglering efter kylrumstemperatur används t.ex. om ett enda kyl- eller frysrum ska anslutas till kylaggregatet. Det finns flera fördelar med detta, särskilt vid tillämpningar med kraftigt varierande kylbelastning så som ofta är fallet vid frukt- och grönsakskylrum eller jäsningsutrustning i bagerier. Också när det gäller kylning av ventilationsluft är temperaturreglering att föredra. Aggregaten är vid leveransen från fabrik förberedda för både temperaturstyrd och sugtryckstyrd reglering. För temperaturstyrd reglering finns en rumstemperaturgivare som tillval. KV-0801-D-GB 8
Jämförelse mellan sugtrycken i Ecostar och i standardkylaggregat Figur 7 Diagram över sugtrycken i ett kylaggregat med tvåpunktsreglering och nedpumpningsdrift (ljusblå kurva) jämfört med ett sugtryckstyrt Ecostar kylaggregat (mörkblå kurva). Optimalt förångningstryck utan cyklisk drift tack vare varvtalsreglering av kompressorn. Utgångsvärden: R404A; t o = -10 C; t omg = 32 C Genomsnittlig ljudtrycksnivå baserad på 50 Hz LHV6-aggregat Ljudtrycksnivå [db(a)]* 10 m Eco-läge Ljudtrycksnivå [db(a)]* 10 m Low sound-läge LHV6/2DC-3.F1Y 44 41 LHV6/4FC-5.F1Y 45 42 LHV6/4EC-6.F1Y 47 44 Preliminära värden * Avser frifältsförhållanden enligt EN 13487 på 10 m avstånd med fyrkantig referensyta Figur 8 Ljudtrycksnivå Ecostar kondensoraggregat 9
Intelligenta reglerkoncept underlättar anpassning till lokala förhållanden Utifrån belastningskraven och omgivningstemperaturen hittar kompressorn och kondensorfläkten automatiskt optimalt varvtal och därmed även den erforderliga kylkapaciteten och den effektivaste förångnings- och kondenseringstemperaturen, för den valda driftpunkten. Alternativt kan kylaggregatett aktiveras från ett överordnat externt anläggningsstyrsystem med hjälp av en potentialfri kontakt. Med hjälp av en inbyggd timer kan förångningstemperaturen höjas nattetid. Detta är praktiskt om man t.ex. ansluter en kylenhet med lägre belastning nattetid eller under veckoslut, så att det räcker med en något högre förångningstemperatur för att kyla varorna. Samtidigt kan energibehovet för kylningen, räknat över hela året, reduceras avsevärt. I snabbköp där ett centralt byggnadsstyrsystem används kan man som alternativ till timern aktivera nattjusteringen av förångningstemperaturen i kylenheterna med hjälp av en 0 10 V eller 4 20 ma ingång och en analog signal från det överordnade byggnadsstyrsystemet. Den inbyggda timern behöver då inte programmeras. Även på högtryckssidan kan det vara lämpligt att anpassa aggregatet till förhållandena på platsen. Eftersom det finns två lägen för reglering av förångningstemperaturen kan man ta hänsyn till den aktuella uppställningssituationen. I "eco"-läget (standardinställningen) regleras luftvolymen av kondensorn så att man får bästa möjliga balans mellan energibehovet (kompressor och fläkt) och kylkapaciteten. Det ger högsta möjliga verkningsgrad (COP) och lägsta möjliga driftkostnad under alla last- och driftförhållanden. Om däremot en tystgående drift krävs begränsar styrenheten i "low sound"-läget varvtalet hos kondensorfläkten, som svarar för huvuddelen av det alstrade ljudet. Ljudtrycksnivån kan då sänkas med omkring 3 db(a), vilket motsvarar en halvering av ljudtrycket. För att båda lägena ska utnyttjas optimalt kan man via den inbyggda timern bestämma när styrenheten ska använda det ena eller det andra läget. Då kan man t.ex. under dagtid när ljudnivån inte är kritisk köra med större luftvolym (lägre kondenseringstemperatur), medan man på natten med fördel kan använda "low sound"-läget. KV-0801-D-GB 10
Ecostar kylaggregat med omfattande standardutrustning: - Robust vibrationsoptimerad bottenram - Octagon kolvkompressor med inbyggd insugsgaskyld frekvensomriktare - Självreglerande oljetrågsuppvärmning - Oljefyllning B5.2 för R22 eller alternativt BSE32 för HFCköldmedier - Kraftigt dimensionerad luftkyld kondensor med två steglöst varvtalsreglerade kondensorfläktar - Kraftigt dimensionerad vätskebehållare med Rotalock avstängningsventil vid utloppet, två synglas och anslutning för tryckavlastningsventil - Tryckledning, sugledning och vätskeledning inklusive synglas och filtertork monterade fram till ytterkonturen - Varmförzinkat pulverbelagt klimatskyddshölje för utomhusuppställning - Elektroniska tryckgivare för hög- och lågtryck - Elektromekanisk högtrycksvakt - Temperaturgivare, gasutlopp - Omgivningstemperaturgivare - Komplett elskåp inkl.: Huvudbrytare Kompressorrelä Elektronisk varvtalsregulator för kondensorfläkten Mikroprocessorstyrenhet med manöverdisplay för varvtalsreglering av kompressorn och styrning av kondensoraggregatets funktioner Anslutningar för analoga ingångssignaler Alla elektriska och elektroniska komponenter har komplett intern ledningsdragning och är anslutna till kopplingsplintar - Tillval: Elektronisk oljenivåövervakning OLC-K1 Givare, kylrumstemperatur Ljudisoleringshuv Justerbara monteringsfötter Ögleskruvar för lyftdon Figur 9 Ecostar kylaggregat - standardutrustning 11 KV-0801-D-GB
Övervakning av driftgränsvärden En speciell funktion hos styrenheten är dess aktiva övervakning av kompressorns driftgränsvärden. Styrenheten övervakar kontinuerligt drifttillståndet och ingriper för att reglera driften när fabriksinställda gränsvärden uppnås. På så sätt fångas många potentiella funktionsfel upp innan de har medfört att aggregatet stoppas. En smutsig kondensor medför exempelvis ett högre kondenseringstryck. Styrenheten känner av detta och ökar först kondensorfläktens varvtal för att återställa den erforderliga kylkapaciteten. Om åtgärden inte är tillräcklig sänker styrenheten automatiskt kompressorvarvtalet tills driften åter är stabil. Detta leder visserligen till att inte den fulla kylkapaciteten utnyttjas, men aggregatet fortsätter att gå utan några frånslag som kan medföra att kylvarorna skadas. Om aggregatet uppnår ett eller flera av de förprogrammerade gränsvärdena avger styrenheten allt efter prioriteten motsvarande larm, registrerar det i felminnet och visar larmet. Styrenheten skiljer mellan varningar, larm och kritiska larm. Vid varningar och larm kan styrenheten själv vidta åtgärder för att säkra driften. Vid kritiska larm stänger styrenheten av anläggningen för att skydda maskinen. En servicetekniker måste då åtgärda orsaken till felet och kvittera felet på displayen innan kondensoraggregatet åter får tas i drift. Styrenhetens aktiva övervakning av driftgränsvärdena bidrar till att höja anläggningens driftsäkerhet och minska risken för nödstopp. Genom att läsa av felminnet får man en kontinuerlig dokumentation av kondensoraggregatets drifttillstånd och kan i samband med schemalagt underhåll förebygga potentiella risker under den kommande driftperioden. KV-0801-D-GB 12