W układach HVAC zapotrzebowanie na chłód zmienia się sezonowo w szerokim zakresie. W takich warunkach trudno o optymalny dobór wielkości pomp obiegowych wody lodowej oraz obwodu czynnika odbierającego ciepło z parownika. Inwertery częstotliwości zintegrowane z regulatorem procesowym pozwalają na optymalizację punktu pracy silników pomp w istniejących systemach, przyczyniając się do zmniejszenia kosztów eksploatacji.

W układach klimatyzacji centralnej zapotrzebowanie na ilość wody lodowej może zmieniać się w czasie zależnie od położenia zaworów chłodnic powietrza. W klasycznym układzie, w którym prędkość pompy jest stała, zmiana pozycji zaworów przy chłodnicach powoduje zmianę punktu pracy pompy. Zmniejszenie zapotrzebowania na chłód skutkuje zamknięciem wielu zaworów, co doprowadza do wzrostu ciśnienia w instalacji, jak również przyczynia się do zwiększenia szumów i pogorszenia sprawności układu pompowego.

Najprostsze rozwiązania optymalizujące, tj. stosowanie zaworów trójdrogowych przy chłodnicach lub przelewu na pompie (by-pass), co prawda rozwiązują problem wzrostu ciśnienia w instalacji, jednak nie poprawiają sprawności energetycznej. Należy tutaj wspomnieć, że w dłuższym okresie czasu koszt energii elektrycznej stanowi nawet 80% nakładów na budowę i utrzymanie poprawnej pracy instalacji. Celem obniżenia kosztów eksploatacji należy sięgnąć po rozwiązania z regulowaną prędkością pompy obiegowej.

W układzie z falownikiem, regulując prędkość obrotową silnika, dąży się do stabilizacji na zadanym poziomie różnicy ciśnień przed i za pompą. W tym celu w układzie hydraulicznym należy zainstalować dwa czujniki ciśnienia z wyjściem analogowym. Sygnały z nich podłączamy do falownika FRENIC HVAC (falownik nr 1), który to oblicza różnicę ciśnień. Wewnętrzny regulator PID falownika oblicza uchyb regulacji i tak reguluje prędkością obrotową silnika pompy obiegowej, aby doprowadzić uchyb do zera. Przy niskim zapotrzebowaniu na chłód obroty pompy spadają. Dzieje się to za sprawą obniżenia częstotliwości zasilającej silnik. Ponieważ obniżenie częstotliwości zasilającej silnik wymaga proporcjonalnego obniżenia napięcia, to moc pobierana przez pompę spada. Różnica w poborze energii zużywanej przez taką pompę może w rzeczywistym układzie sięgać nawet 50% w porównaniu z układem bez falownika. 

Rys. 1. Falownik Frenic HVAC

Podobny układ z falownikami Frenic może być wykorzystany w obwodzie wieży chłodniczej (rys. 2), gdzie dąży się do ustalenia stałej różnicy temperatury pomiędzy wlotem i wylotem cieczy chłodzącej skraplacz. Falownik (nr 3) odczytuje sygnał z czujników temperatury wyposażonych w wyjścia analogowe standardu 4÷20 mA lub po zastosowaniu opcjonalnej karty również bezpośrednio z termoelementów typu Pt100/1000, Ni100/1000. Obliczona przez falownik różnica temperatury jest porównywana z wartością zadaną i jako uchyb regulacji wprowadzana do regulatora PID, który reguluje prędkość pompy obiegowej dla wieży chłodniczej.

Rys. 2. Przykładowy obieg wodny w układzie chłodzenia z wykorzystaniem wieży chłodniczej

W zależności od wymaganego zakresu regulacji przepływu można zastosować falownik Frenic HVAC (sterowanie jedną pompą) lub Frenic AQUA (do regulacji przepływu kaskady pompowej). Falowniki serii AQUA mogą sterować kaskadą składającą się z maksymalnie 4 silników sterowanych płynnie, zapewniając jednocześnie równomierne wykorzystanie czasowe poszczególnych silników.

Podsumowanie

Zastosowanie płynnej regulacji obrotów pomp obiegowych to nie tylko obniżenie kosztów energii elektrycznej. Jest to także sposób na stabilizację i optymalizację punktów pracy układu chłodniczego. Obniżenie prędkości obrotowej pomp przyczynia się również do spadku hałasu oraz zmniejszenia zużycia mechanicznego uszczelniaczy i łożysk.

Opisywane inwertery Frenic firmy Fuji Electric, ze względu na wysoki stopień szczelności, wynoszący IP55, pozwalają na wygodę modernizacji istniejących systemów bez konieczności montażu dodatkowych szaf sterowniczych.

Tomasz ŚLIWAKOWSKI
Inżynier aplikacyjny,
Amtek spol. s r.o. Sp. z o.o,
oddział w Polsce

Artykuł z miesięcznika Chłodnictwo&Klimatyzacja nr 12-2014