Antriebe für industrielle Kälte- und industrielle Kühlanwendungen

Andy Pye untersucht, wie drehzahlgeregelte Antriebe dazu beitragen, Dinge wie Lebensmittel und Medikamente in industriellen Kühlanwendungen kühl zu halten.

Seit rund 200 Jahren Kältetechnik haben nach und nach die Bereitstellung grundlegender Waren und Dienstleistungen unterstützt, wie zum Beispiel:

• Lebensmittelkonservierung
• Medizinische Prozesse
• Fernwärme und -kälte

Die Branche wurde durch gut dokumentierte negative Umweltauswirkungen als Ergebnis schädlicher Kältemittel, die die Ozonschicht abbauen, mit Verbindungen zur globalen Erwärmung geschädigt. Nach der Unterzeichnung der Protokolle von Montreal und Kyoto wurden erhebliche Fortschritte erzielt und die Produktion von FCKW, HCFC und FKW zwischen 1988 und 2005 um 90 % reduziert.

Da jedoch die Weltbevölkerung bis 2050 voraussichtlich auf 9 Milliarden anwachsen wird und die Lebenserwartung länger wird, wird der Verbrauch aller Ressourcen im Zusammenhang mit kältetechnischen Prozessen die Nachfrage enorm erhöhen.

Die Auswirkungen des Energieverbrauchs auf die Umwelt

Der Energieverbrauch ist in der Regel die größte Kostenstelle für jede Kälteanlage. Der Energieverbrauch von Kühlgeräten macht bereits 15 % des weltweiten Stromverbrauchs aus (häufig über 20 % in Industrieländern ). Die meisten Länder produzieren Strom immer noch mit fossilen Brennstoffen, was einen weiteren enormen Einfluss auf die globale Erwärmung durch den Einsatz von Kühlgeräten unterstreicht.

Daher ist Folgendes dringend erforderlich:

• Verbessern Sie den Leistungskoeffizienten (COP) von Kühlgeräten (mit anderen Worten, reduzieren Sie den Stromverbrauch pro Einheit ).
• Bauen Sie stärker integrierte und stark kontrollierte Systeme des Energieverbrauchs in einem ganzen Gebäude auf.
• Wechseln Sie zu neuen Kältemitteln, die die Ozonschicht nicht schädigen oder CO2 ausstoßen.
• Erhöhen Sie die weltweite Abdeckung hocheffizienter Kühllösungen, die Best Practices umfassen.

Viele Kälte- und Klimaanlagen erfordern zuverlässige Prozesse, die effizienter, kompakter, umweltfreundlicher, einfach zu installieren und zu warten sind. Der Kühlbedarf variiert über einen weiten Bereich während des Tages und im Laufe des Jahres aufgrund von Faktoren wie Umgebungsbedingungen, Belegung und Nutzung sowie Beleuchtung.

Auch in Bereichen wie Krankenhäusern, IT und Telekommunikation kann eine stabile und genaue Temperatur- und Feuchtigkeitsregelung erforderlich sein. In Anwendungen wie Schulen, Restaurants und Bürogebäuden ist es wichtig, dass sich das Kühlsystem an große tägliche Lastwechsel anpassen kann.

Bei Prozesskühlungsanwendungen wie Fermentation, Wachstumstunneln und Industrieprozessen sind genaue Temperatureinstellungen erforderlich, um die Produktionsqualität sicherzustellen.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Kühlleistung zu modulieren in Kälte- oder Klima- und Heizungsanlagen. Die gebräuchlichsten in der Klimaanlage sind:einfaches Ein-Aus-Zyklieren, Heißgas-Bypass, Verwendung (oder nicht ) der Flüssigkeitseinspritzung, Konfigurationen mehrerer Kompressoren und Invertertechnologie .

Leistungsmodulation ist eine Möglichkeit, die Kühlleistung an den Kühlbedarf der Anwendungsanforderungen anzupassen. Der Kompressor ist speziell dafür ausgelegt, mit unterschiedlichen Motordrehzahlen zu laufen, um die Kühlleistung zu modulieren. Ein Wechselrichter steuert die Motordrehzahl des Kompressors, um die Kühlleistung zu modulieren.

Variable Geschwindigkeitstechnologie kann in HVACR-, Closed Control- und Prozesskühlungsanwendungen sowie in Kompakt- oder Split-Klimaanlagen, Dachklimageräten, Kühlern, Präzisionskühlung, VRF und Kondensatoreinheiten implementiert werden.

Die Verwendung von Hochleistungsantrieben mit Permanentmagnetmotoren maximiert die Energieeffizienz in industriellen Kühlprodukten. Typische Installationen können große Steigerungen des Leistungskoeffizienten (COP) von etwa 15 % verzeichnen, was zu enormen Energieeinsparungen und niedrigeren Lebenszykluskosten führt, wobei sich die Investition oft in weniger als 12 Monaten amortisiert.

Der Kompressor und der Antrieb müssen für die Zusammenarbeit und für dedizierte Anwendungen qualifiziert sein. Der Frequenzumrichter moduliert die Kompressordrehzahl und verhindert außerdem, dass er außerhalb der Kompressorbetriebsgrenzen arbeitet. Die Wechselrichter-Frequenzantriebe müssen Algorithmen verwenden, die speziell für Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HLK) oder für die Kühlung entwickelt wurden – diese stellen sicher, dass das System innerhalb der Anwendungsbeschränkungen läuft.

Einheiten mit variablem Kältemittelfluss (VRF) sind sehr beliebte Kühl- oder reversible Systeme zum Heizen und Kühlen. Sie kombinieren Flexibilität für Gebäudeeigentümer und Bewohner gleichermaßen mit Energieeffizienz, hohem Komfort und einfacher Installation, ohne Kompromisse bei der Zuverlässigkeit einzugehen. VRF-Systeme verwenden weitgehend Invertertechnologie.

Beispiele für Energieeinsparungen durch drehzahlgeregelte Antriebe

Die Installation eines großen freistehenden Frequenzumrichters mit variabler Drehzahl aus der Unidrive SP-Reihe hat die Temperaturregelung in den Kühlräumen des Lebensmittelherstellers Henry Denny in Portadown (Nordirland) verbessert und ist auf dem besten Weg, eine enorme Einsparung von rund £ zu erzielen 23.400 in ihrer jährlichen Stromrechnung – eine Kürzung von 50 % des gesamten Stromverbrauchs der Anlage!

Das Unternehmen stellt ein breites Sortiment an Pasteten, Wurstbrötchen, Pasteten und Cottage Pies her, und in einem Komplex von 20 Kühlräumen wird nicht nur eine große Menge der eigenen Produktionsleistung des Unternehmens gelagert, sondern der Standort fungiert auch als regionales Vertriebslager für Nordirland , enthält es auch viele tausend Käse, Butter, Schinken und Speck von anderen Unternehmen der Kerry Group.

Andernorts, in Calgary, Kanada, werden in einem Lebensmittelgeschäft Energieeinsparungen von 35 % bei einer Kühlanlage erzielt. Hier benötigte das Unternehmen ein neues Kühlsystem, bestehend aus zwei neuen Kompressoren und Kondensatorkühlern, um die Betriebskosten zu minimieren. Ein Commander SK Frequenzumrichter mit variabler Geschwindigkeit pro Kühler steuert alle Lüfter gleichzeitig. Die Laufwerke sind in ein kundenspezifisches Panel integriert.

Die meiste Zeit des Jahres läuft der Kondensator mit einem Bruchteil seiner vollen Kapazität. Im alten System wurde die Steuerung der Kondensatorkühlung durch Schütze erreicht, die die Ventilatoren mit fester Drehzahl paarweise aus- und einschalten. Dies führte dazu, dass die Lüfter ständig liefen und nicht die erforderliche feine Temperaturregelung lieferten.

Da der Drucksollwert ständig überschritten wurde, führte eine übermäßige Expansion und Kontraktion des Kältemittels zu einer mechanischen Ermüdung der Leitungen. Mit der Zeit könnte dies zu einem Versagen der Rohrleitungen oder Anschlüsse führen.

Vier Motoren, die mit halber Geschwindigkeit laufen, verbrauchen viel weniger Energie als zwei Motoren mit voller Leistung. Darüber hinaus verbrauchen sanfte Änderungen der Lüftergeschwindigkeit weniger Energie als wiederholte Starts. In diesem VFD-gesteuerten System , wird nicht nur eine erhebliche Energieeinsparung erzielt, sondern Druck und Temperatur werden sehr genau geregelt, was zu einer geringeren Belastung des gesamten Systems führt.

Geltendes Recht

Die geltenden Standards und Gesetze sind ISO 50001 (der Energiemanagementstandard) und die Seasonal Performance Part Load Efficiency Legislation (SEER).

ISO 50001:2011 legt Anforderungen für die Einrichtung, Umsetzung, Aufrechterhaltung und Verbesserung eines Energiemanagementsystems fest. Sein Zweck ist es, eine Organisation in die Lage zu versetzen, einen systematischen Ansatz zu verfolgen, um eine kontinuierliche Verbesserung der energiebezogenen Leistung zu erreichen, einschließlich Energieeffizienz, Energieverbrauch und Energieverbrauch. ISO 50001:2011 gilt für alle Variablen, die die energiebezogene Leistung beeinflussen und die von der Organisation überwacht und beeinflusst werden können. Es legt Anforderungen fest, die für Messungen, Dokumentation und Berichterstattung, Design und Beschaffungsverfahren für Geräte, Systeme, Prozesse und Personal gelten, die zur Energieeffizienz beitragen.

In Europa wird die jahreszeitbedingte Effizienz von Kühlgeräten, Kühlern und Klimaanlagen häufig mit dem europäischen jahreszeitbedingten Energieeffizienzverhältnis (ESEER) bewertet, das von der Eurovent-Zertifizierungsgesellschaft definiert wird. Im Vereinigten Königreich wird ein SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) für Kühl- und Klimaanlagen ähnlich dem ESEER, jedoch mit unterschiedlichen Lastprofil-Gewichtungsfaktoren, für einen Teil der Berechnungen der Bauverordnung Teil L innerhalb des vereinfachten Gebäudeenergiemodells verwendet ( SBEM)-Software und werden bei der Erstellung von Energieausweisen (EPC) für neue Gebäude im Vereinigten Königreich und in der Europäischen Union verwendet; beides als Teil der europäischen Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD).

Die Formel für SEER kann wie folgt dargestellt werden:
SEER =a (EER bei 25 % Last) + b (EER bei 50 % Last) + c (EER bei 75 % Last) + d (EER bei 100 % Last)
wobei a, b, c und d die Lastprofilgewichtungsfaktoren sind, die für die vorgeschlagene Anwendung relevant sind.

Ein ähnlicher Standard wie ESEER in den Vereinigten Staaten ist das integrierte Energieeffizienzverhältnis (IEER).

Der ESEER wird berechnet, indem die Energieeffizienzverhältnisse (EER) bei Voll- und Teillastbetrieb für unterschiedliche saisonale Luft- oder Wassertemperaturen kombiniert werden und geeignete Gewichtungsfaktoren berücksichtigt werden.