W artykule omówiono zagadnienia związane z najnowszymi konstrukcjami agregatów chłodniczych serii SPINCHILLER wykorzystujących wielosprężarkowe i wieloobiegowe układy chłodnicze. Pokazano korzyści wynikające z zastosowania agregatów chłodniczych o takiej konstrukcji oraz cel jaki przyświecał jednemu z producentów-prekursorów takich rozwiązań. Dodatkowo przedstawiono logikę sterowania poszczególnych stopni regulacji wydajności w zależności od zmiany obciążenia cieplnego dla przykładowego budynku. Artykuł nawiązuje tematycznie do wcześniejszych publikacji jednego z autorów poświęconych właściwemu wymiarowaniu zbiorników buforowych (CH&K 8/2008) oraz problematyki związanej z energochłonnością agregatów chłodniczych (CH&K 9/2008). Obydwa wcześniej poruszane tematy stanowią wstęp do problematyki omawianej w niniejszym artykule – dotyczącym najnowszych konstrukcji źródeł chłodu przeznaczonych do schładzania wody ziębniczej.

    Urządzenia serii SPINCHILLER to zaprojektowane zgodnie z nową koncepcją urządzenia osiągające bardzo wysoką efektywność nie tylko przy maksymalnej wydajności ale również przy pracy z częściowym obciążeniem. Urządzenia serii SPINCHILLER nie stanowią rozwoju wcześniejszej technologii, nie są zamiennikami poprzednich typów urządzeń, nie są również rozszerzeniem dostępnych typoszeregów agregatów chłodniczych. Agregaty SPINCHILLER stanowią zupełnie nową koncepcję urządzeń schładzających wodę ziębniczą. Dlaczego autorzy posługują się pojęciem nowej koncepcji? Ponieważ jest to projekt jednej z firm oferujący absolutnie innowacyjne rozwiązanie stawiające czoło coraz bardziej wymagającego rynku urządzeń klimatyzacyjnych.
    Jak wynika z doświadczeń własnych autorów, dla wielu firm wykonawczych oraz inwestorów pojęcie źródła chłodu dla systemów klimatyzacyjnych ma praktycznie niewielkie znaczenie. Traktowane jest jako zbędny element systemu klimatyzacyjnego, który zajmuje cenną powierzchnię (czasami użytkową). Przy weryfikacji rozwiązań poszczególnych producentów jedynym i wyłącznym priorytetem przy wyborze ostatecznego rozwiązania jest cena. Dla wielu nie ma znaczenia czy agregat chłodniczy jest wyposażony w jedną czy też więcej sprężarek. Dokonując próby weryfikacji różnych producentów jest to jeden z wielu aspektów pomijanych przy wyborze optymalnego rozwiązania. Nie byłoby w tym nic dziwnego gdyby nie fakt, iż podobne podejście reprezentuje coraz większa ilość projektantów. Jest to niesłuszne podejście o czym będzie mowa w dalszej części tekstu.
    Ze względu na zmienność obciążeń cieplnych, agregaty wody lodowej pracują przez znaczny okres czasu z niepełną wydajnością. Ilustruje to zamieszczony obok przykładowy wykres sezonowego obciążenia cieplnego budynków o charakterze wielofunkcyjnym (sklepy, biura, mieszkania) zlokalizowanych w okolicach Mediolanu. Na wykresach można zaobserwować dużą zmienność obciążeń cieplnych sezonowych jak również dobowych. Przez dłuższy czas pracy również urządzenia chłodnicze (w tym agregaty wody ziębniczej) pracują z niepełnym obciążeniem cieplnym. Weryfikując zawarte wykresy można również zauważyć, iż podawane dotychczas wartości wskaźników EER odpowiadające stosunkowi wydajności chłodniczej przy pełnym obciążeniu cieplnym do poboru mocy elektrycznej przez sprężarkę (lub sprężarki) niewiele mają wspólnego z pracą rzeczywistego systemu klimatyzacyjnego. Bardziej wiarygodne byłyby wartości odpowiadające stosunkowi wydajności chłodniczej do poboru mocy sprężarek ale dla warunków niepełnego obciążenia cieplnego.
    Aby sprostać tak zmiennym wymaganiom w każdych warunkach, zachowując przy tym optymalną wydajność analizowany producent i prekursor nowej koncepcji dokonał podziału całkowitej mocy chłodniczej na wiele sprężarek i obiegów chłodniczych. Wprowadzone do produkcji już w lutym 2002 roku przez firmę CLIVET rozwiązanie to polega na zastosowaniu wielu sprężarek typu spiralnego („scroll”), dużej liczby obiegów chłodniczych oraz wprowadzeniu inteligentnego elektronicznego systemu zarządzania. Należy przy tym zaznaczyć, że niezmiernie wielki wpływ na osiągane parametry ma zastosowany system sterowania i regulacji jak też wprowadzone algorytmy regulacji. Można zauważyć, iż koncepcja wprowadzona i wdrożona przez firmę CLIVET dotycząca układów wielo-sprężarkowych jest obecnie wykorzystywana przez wielu innych producentów, jednak sposób sterowania jest w dalszym ciągu zróżnicowany.
    Agregaty serii SPINCHILLER zawsze zapewniają warunki maksymalnego komfortu, przy jednoczesnej bardzo wysokiej efektywności przez większość czasu pracy systemu, co w efekcie daje znaczące oszczędności w zużyciu energii elektrycznej. Odzwierciedla to politykę firmy CLIVET polegającą na oferowaniu rozwiązań umożliwiających zapewnienie dobrego samopoczucia ludzi i korzyści dla środowiska.

Odpowiedź na zmianę obciążenia
(...)

Wyższa efektywność dzięki optymalnemu wykorzystaniu powierzchni wymiany ciepła
(...)

Niskie koszty eksploatacji
(...)

Głośność również zależy od obciążenia
(...)

Automatyka i sterowanie w typoszeregu SPINCHILLER
(...)

Integracja w systemie
    Jednostki SPINCHILLER mogą komunikować się z innymi urządzeniami wchodzącymi w skład specjalnie wprowadzonego programu dotyczącego układu automatycznej regulacji dla systemów klimatyzacyjnych CLIVET TALK TERMINAL. Umożliwia to powiązanie wszystkich zainstalowanych urządzeń w sieć ciągłej wymiany informacji o parametrach otoczenia i przekazywanie sposobu wykorzystania otrzymanych informacji. Dzięki temu każde pojedyncze urządzenie może regulować swoje parametry pracy nie tylko w zależności od warunków dotyczących go bezpośrednio, ale również warunków wpływających na funkcjonowanie instalacji jako całości. Rezultatem takiego rozwiązania jest bardzo wysoki poziom efektywności całkowitej - możliwy do osiągnięcia tylko przez system w pełni zintegrowanych elementów.
    Bardzo korzystne jest również zastosowanie układów wyposażenia opcjonalnego dla agregatów chłodniczych, czyli kart MASTER-SLAVE. Zastosowanie kart MASTER-SLAVE pozwala na połączenie kilku agregatów chłodniczych i traktowanie ich jako jedno wielo-sprężarkowe i wielo-obiegowe urządzenie chłodnicze. Zamienna praca sprężarek pozwala na ich równomierne zużycie a także na ich optymalną kolejność załączania pozwalającą na uzyskiwanie bardzo wysokich współczynników efektywności energetycznej. Weryfikując dane dotyczące pracy dwóch agregatów chłodniczych wyposażonych w karty MASTER-SLAVE na jednym z obiektów w Krakowie (serwerownia) stwierdzono, że po okresie 3 lat pracy nierównomierność w zużyciu poszczególnych sprężarek nie przekraczała 3 godzin pracy.
    Kombinacja załączania różnych sprężarek w agregatach chłodniczych SPINCHILLER połączonych w układy MASTER-SLAVE w połączeniu ze specjalnym sterownikiem na każdym agregacie, dodatkowo pozwala na znaczną redukcję wymaganej pojemności zładu w instalacji klimatyzacyjnej i możliwość całkowitego wyeliminowania zbiorników buforowych z instalacji hydraulicznej współpracującej z agregatem. Należy nadmienić, iż wpływ na cykl pracy i ewentualne przymusowe postoje sprężarek ma również dodatkowe wyposażenie opcjonalne w postaci funkcji kompensacji wartości zadanej w zależności od temperatury lub entalpii powietrza zewnętrznego oraz zewnętrznego sygnału analogowego 4-20 mA. Wzrost wartości zadanej agregatu przy pracy w trybie chłodzenia wpływa na wydłużenie czasu pracy sprężarki w cyklu pracy co uniezależnia układ automatycznej regulacji od wpływu przymusowych postojów sprężarki w agregacie chłodniczym.

Wysoka niezawodność agregatów
    Zastosowanie kilku mniejszych sprężarek spiralnych powoduje, że do wyżej wymienionych zalet należy dołączyć jeszcze jedną: wysoką niezawodność. W porównaniu np. z agregatami o podobnej wydajności ziębniczej wyposażonych w pół-hermetyczne sprężarki śrubowe, skutki wywołane awarią sprężarki spiralnej będą znikome do skutków wywołanych awarią pojedynczej sprężarki śrubowej. Agregaty z kilkoma obiegami chłodniczymi i kilkoma sprężarkami spiralnymi w momencie awarii będą pracowały w dalszym ciągu choć z częściową wydajnością chłodniczą, natomiast w przypadku agregatu wyposażonego w pojedynczą sprężarkę śrubową, system całkowicie będzie pozbawiony źródła chłodu w budynku. Dodatkowo bardziej problematyczna będzie wymiana sprężarki w agregatach z pół-hermetyczną sprężarką śrubową. O ile sprężarkę typu spiralnego małej wydajności można bez trudu wymienić, to z kolei sprężarki jednośrubowe większej mocy posiadają dużą wagę i wymiary gabarytowe co stanowi znaczne utrudnienie przy jej wymianie.

Podsumowanie
    Poruszone w artykule zagadnienia pozwalają na zapoznanie się z najnowszymi konstrukcjami agregatów chłodniczych. Wprowadzone przez firmę CLIVET rozwiązania są obecnie jednymi z najpopularniejszych rozwiązań w zakresie wytwornic wody ziębniczej w systemach klimatyzacyjnych. Szerokie korzyści wynikające z zastosowania kilku sprężarek spiralnych („Scroll”) powodują, że agregaty w nie wyposażone stanowią korzystniejszą alternatywę do współczesnych bardzo popularnych rozwiązań ze sprężarkami pół-hermetycznymi (np. śrubowymi). Ostateczny wybór właściwego rozwiązania należy jednak do inwestorów, firm wykonawczych i projektantów. Ten artykuł jest próba dotarcia do wszystkich wymienionych powyżej stron, które mogą okazać zainteresowanie stosowaniem najnowocześniejszych ekologicznych rozwiązań. Ekologicznych pod względem wyższych wartości efektywności energetycznej, niższego zużycia energii elektrycznej a także mniejszych emisji dwutlenku węgla odpowiedzialnego za globalne ocieplenie. Najwyższy czas by przestano wreszcie mówić o rozwiązaniach energooszczędnych i w końcu zacząć je stosować. Obecnie, najnowsze konstrukcje agregatów chłodniczych pozwalają na to.