AC- OCH DC-LUFTKONDITIONERING MED KAPACITETSREGLERING VS. ON/OFF- REGLERING FÖR ELEKTRONIKKYLNING EHSAN B. HAGHIGHI Fil. dr., värmespecialist Dantherm Cooling AB CHRISTIAN SAKSTRUP SENIOR PROJEKTLEDARE, ELEKTRONIK DANTHERM COOLING A/S ORLA LANG SØRENSEN SENIOR MASKININGENJÖR DANTHERM COOLING A/S
vitbok AC- OCH DC-LUFTKONDITIONERING MED KAPACITETSREGLERING VS. ON/OFF- REGLERING FÖR ELEKTRONIKKYLNING VAD DU BEHÖVER VETA I KORTHET I den här vitboken jämförs tre typer av luftkonditionering i ett verkligt test: DC-luftkonditionerare, kapacitetsreglering. DC-luftkonditionerare, on/off-reglering. AC-luftkonditionerare, on/off-reglering. i Testets utformning: tidsperiod: 14 dagar, värmebelastning: 800 W, börvärdestemperatur: 25 o C, parametrar: strömförbrukning och temperaturvariationer, testade enheter: Dantherm AC- och DC-luftkonditionerare, on/off- och kapacitetsreglering Resultat: DC-luftkonditioneraren med kapacitetsreglering visade sig förbruka avsevärt mindre ström jämfört med de andra testade enheterna, och dessutom var temperaturvariationerna lägre. Registrerad strömförbrukning för hela testperioden: DC-luftkonditionerare, kapacitetsreglering = 62 kwh DC-luftkonditionerare, on/off-reglering = 74 kwh AC-luftkonditionerare, on/off-reglering = 131 kwh 1. INLEDNING Luftkonditionering är ett vanligt alternativ för att leda bort överskottsvärme i telekom-shelters, kabinett och apparatskåp eftersom det ger precis och effektiv kylning. För vissa tillämpningar ses användning av AC-luftkonditionerare som det självklara valet på grund av ett begränsat utbud av kraftkällor. Inom andra tillämpningar väljs AC-luftkonditionering av budgetskäl. DC-luftkonditionering ger dock förbättrade möjligheter till energibesparingar och driftstabilitet i nätverk med låg kraft, särskilt om luftkonditioneringen har kapacitetsreglering. Trots detta finns det fortfarande en preferens för AC-luftkonditionering i branschen till och med då DC-luftkonditionering är ett genomförbart alternativ. I den här vitboken diskuteras skillnaderna mellan AC- och DC-luftkonditionering vad gäller on/off-reglerad kontra kapacitetsreglerad kylning. Dessutom visas resultaten från ett verkligt test för att påvisa funktionerna hos de undersökta teknikerna och ge stöd åt relaterade slutsatser om strömförbrukning och temperaturstabilitet.
vitbok 2. BAKGRUND TILL DEN JÄMFÖRANDE STUDIEN Inom branscherna för telekom och elektronikkylning är luftkonditionerare ett vanligt alternativ för att leda bort överskottsärme värme, eftersom de ger precis och effektiv kylning. För vissa tillämpningar är AC-luftkonditionering det perfekta alternativet. För andra så ger en DC-baserad lösning fler fördelar. Valet av det ena eller det andra beror ofta på faktorer som inte är påverkbara, exempelvis plats eller tillgängliga kraftkällor. Men inom vissa områden av elektronikkylningsindustrin finns en tendens att välja AC-luftkonditionering trots att DC-luftkonditionering är ett tillgängligt alternativ. De största orsakerna till detta är helt enkelt pris och tillgänglighet. Bland de som faktiskt väljer DC-baserade luftkonditioneringslösningar så visar trenden att de flesta vill ha on/off-reglering, som finns på AC-baserade lösningar. Då återstår alternativet med kapacitetsreglerad DC-luftkonditionering, som används i ganska liten omfattning i branschen trots de fördelar som den här tekniken medför; temperaturerna hålls på stabil nivå och användarna sparar energi. 3. TESTETS MÅL OCH UTFORMNING Syftet med den här studien är därför att tydliggöra och påvisa skillnaden mellan att använda AC-luftkonditionering med on/off-reglering, DC-luft konditionering med on/off-reglering och DC-luftkonditionering med kapacitetsreglering när det gäller strömförbrukning och temperaturvariationer. Studien är baserad på verkliga tester av tre identiska utrymmen (se Bild 1) som kyls med tre olika luftkonditioneringslösningar (se Tabell 1). Börvärdet för den inre temperaturen var 25 o C och för att återskapa värmeavgivning från IKT-utrustning installerades två elektriska AC-värmare på 400 W (totalt 800 W) inuti varje utrymme. Utrymmes- och tilluftstemperatur (leds ut från luftkonditioneringsenheten), strömförbrukning och kompressorvarvtal registrerades varje minut under 14 dagar för varje konfiguration. 3.1 DRIFTSFÖRUTSÄTTNINGAR 3.2 TESTETS JÄMFÖRBARHET Bild 1: Testutrymmen. Mått: 2,25*1,75*0,9 m. Väggtjocklek: 60 mm. Gemensamt för samtliga tre utrymmen är en konstant inre värmebelastning (se avsnitt 3) och varierande externa temperaturer. De tre luftkonditionerarna aktiverades när de inre temperaturerna steg ovanför börvärdet. Eftersom två av de testade luftkonditionerarna hade on/off-reglering skulle de aktiveras med 100 % fläkt- och kompressorhastighet. Fläkten och kompressorn till den kapacitetsreglerade luftkonditioneraren skulle hållas igång kontinuerligt och styras efter kylbehovet. Endast luftkonditionerare från Dantherm med samma kylkapacitet har använts i genomförandet av testet, i syfte att säkerställa jämförbarhet (se Tabell 1). Med hänvisning till avsnitt 3 samtliga tre enheter måste leda bort en värmebelastning som motsvarar 800 kw. Kylningstyp Modell Kylkapacitet (W) Kraft AC-luftkonditionerare, on/off-reglering Dantherm AC Air Conditioner 4000 1055* 230 V, 50 Hz DC-luftkonditionerare, on/off-reglering Dantherm DC Air Conditioner 1000 1000* 48 V DC DC-luftkonditionerare, kapacitetsreglering Dantherm DC Air Conditioner 1000 1000* 48 V DC * vid 35 C inomhus/ 35 C utomhus Tabell 1: Beskrivning av testenheter
vitbok 4. TESTRESULTAT De data som visas i Tabell 2 representerar hela testperioden (se Tabell 2). Kylningstyp Strömförbrukning (kwh) Index AC-luftkonditionerare, on/off-reglering 131 211 DC-luftkonditionerare, on/off-reglering 74 119 DC-luftkonditionerare, kapacitetsreglering 62 100 Tabell 2: Strömförbrukning för testperioden som varade 14 dagar. 4.1 Registrering av temperatur och varvtal Bild 2-5 visar data för en tidsperiod som uppgår till 24 timmar av testperioden. Registrerade väderdata för den här perioden: 10-20 oc. T-utrymme Co T-utrymme Co Bild 2: Tillufts- / utrymmestemperaturer för AC on/off. Bild 3: Tillufts- / utrymmestemperaturer för DC on/off. T-utrymme Co Bild 4: Tillufts- / utrymmestemperaturer för DC kapacitetsreglering Testenhet Bild 5: Kompressorvarvtal för alla enheter Tilluftstemperatur Utrymmestemperatur Kompressorvarvtal AC-luftkonditionerare, on/off-reglering 8-24 C 20-25 C 0-3000 DC-luftkonditionerare, on/off-reglering 12-22 C 20-25 C 0-3000 DC-luftkonditionerare, kapacitetsreglering 16-20 C 20-25 C 1800-2800 Tabell 3: Temperatur och kompressorvarvtal som registrerats under 24 timmar av testperioden.
vitbok 5. SAMMANFATTNING OCH SLUTSATSER FÖR DEN JÄMFÖRANDE STUDIEN 5.1 AC-luftkonditionering, on/off-reglering Testet visar hur AC-luftkonditioneringssystemet med on/off-reglering genererar en stabil inre temperatur med en stor andel kylning under korta aktiveringsperioder (se Bild 2 och 5 + Tabell 3). Temperaturvariationerna är med andra ord höga och börvärdestemperaturen nås snabbt. På Bild 5 visas kompressorns drift aktiveras av/på med 100 % för den här enheten. 5.2 DC-luftkonditionering, on/off-reglering DC-luftkonditioneringssystemet med on/off-reglering genererar en stabil inre temperatur med lägre temperaturvariationer än AC-luftkonditioneringssystemet med on/off-reglering (se Bild 3 + Tabell 3). Precis som tidigare nämndes i avsnitt 5.1 så visar Bild 5 kompressorns drift aktiveras av/på med 100 % för den här enheten. 5.3 DC-luftkonditionering, kapacitetsreglering Resultaten från DC-luftkonditioneringssystemet med kapacitetsreglering visar exakt samma inre temperaturintervall som de andra två enheterna ett bra bevis på den enhetliga effektiviteten hos alla tre testade tekniker (se Bild 4 + Tabell 3). Men det som är intressant med de här slutliga testresultaten är tilluftstemperaturen, som varierar betydligt mindre för den kapacitetsreglerade enheten i jämförelse med de andra två enheternas temperaturer (se Tabell 3). Det här visar tydligt resultatet av kompressor- och fläkthastighet med kapacitetsreglering. Kompressorvarvtalet regleras enligt det aktuella kylbehovet, såsom visas på Bild 5. Detta innebär att kompressorn kontinuerligt körs i precis den takt som behövs för att upprätthålla kylbörvärdet, med undantag för en begränsad tidsperiod då extra kylning behövs. Det är tydligt att varken kompressorn eller fläktarna drivs med full hastighet under den begränsade tidsperiod då varvtalen ökas för den här enheten. Resultatet av den här typen av drift är stabilare temperaturer och avsevärt lägre strömförbrukning, vilket visas i Tabell 2. 5.4 Avslutande kommentarer Syftet med den här studien var att tydliggöra skillnaderna mellan de tre olika men lika effektiva luftkonditioneringssystemen, men med olika kraftkällor och styrningsstrategier för de undersökta parametrarna, som var temperaturvariationer och strömförbrukning. Testresultaten ger tydligt stöd för tesen att DC-luftkonditionerare med kapacitetsreglering genererar mycket högre besparingar än DC-luftkonditionerare med on/off-reglering och traditionella AC-luftkonditionerare. I ett verkligt test som genomfördes under 14 dagar använde DC-luftkonditioneraren (kapacitetsreglerad), DC-luftkonditioneraren (on/off-reglerad) och AC-luftkonditioneraren (on/off-reglerad) 62, 74 respektive 131 kwh för att kyla identiska utrymmen och värmebelastningar. Den högsta skillnaden i strömförbrukning är mer än 100 % (se indexering i Tabell 2), vilket innebär betydande energibesparingar och minskat slitage på kompressor och fläktar. Till sist DC-luftkonditionering är generellt sett ett mer miljövänligt, säkert val i instabila kraftnätverk. Sammanfattningsvis så ger DC-luftkonditionering med kapacitetsreglering högre besparingar och ökad stabilitet för tillämpningar inom telekom och elektronikkylning i miljöer som är väl lämpade för likström, jämfört med de andra tekniker som testats i denna studie.
DANTHERM COOLING UTVECKLAR OCH TILLVERKAR PÅLITLIGA, ENERGIEFFEKTIVA LÖSNINGAR SOM LEDER BORT VÄRME FÖR ELEKTRONIKKYLNINGSINDUSTRIN DANTHERM COOLING ÄR FÖREDRAGEN PARTNER INOM ELEKTRONIKKYLNING OCH LEDANDE GLOBAL LEVERANTÖR AV KLIMATKONTROLLÖSNINGAR www.danthermcooling.com Copyright 2015 av Dantherm Cooling Holding A/S Med ensamrätt. Ingen del av denna publikation får återskapas, distribueras eller överföras i någon form eller på något sätt, inbegripet fotokopiering, inspelning eller andra elektroniska eller mekaniska metoder, utan föregående skriftlig tillåtelse från utgivaren, med undantag för kortare citat som inryms i kritiska granskningar och viss annan icke-kommersiell användning som är tillåten enligt upphovsrätt.