Podstawowym wyzwaniem dla urządzeń klimatyzacyjnych i chłodniczych jest obecnie odpowiednie dostosowanie chwilowej wydajności chłodniczej do zapotrzebowania systemu. Na potrzebę modulacji wydajności chłodniczej wpływ ma zmieniające się zapotrzebowanie na moc chłodniczą w zależności od pory dnia (czas, w którym wykorzystywane są pomieszczenia) i pory roku (zmieniająca się temperatura zewnętrzna). Potrzeba ta jest istotna zarówno w przypadku systemów VRF, jak i agregatów zasilających wymienniki w centralach wentylacyjnych.

Istnieją różne sposoby regulacji wydajności, z których do najpopularniejszych należą systemy oparte na wielu sprężarkach oraz układy ze sprężarkami inwerterowymi. Istnieje jeszcze jedno rozwiązanie, opracowane przez firmę Copeland, którym są systemy ze sprężarkami spiralnymi Digital Scroll. Rozwiązanie to powstało, aby ułatwić tworzenie systemów z możliwością ciągłej regulacji wydajności chłodniczej praktycznie w całym jej zakresie. Wydajność w przypadku sprężarek Digital Scroll można regulować w sposób ciągły w przedziale 10÷100% wydajności nominalnej.

Rys. 1. Sprężarka w stanie obciążonym i nieobciążonym

Digital Scroll – technologia, zasada działania

Najważniejszą zaletą technologii Digital Scroll jest jej prostota. Istota zmiany wydajności sprężarki polega na utrzymaniu odpowiedniej proporcji czasu otwarcia i zamknięcia zaworu elektromagnetycznego. Płynną regulację wydajności osiągnięto poprzez regulację uszczelnienia pomiędzy spiralnymi elementami tłocznymi. Otwarcie zaworu elektromagnetycznego, powoduje spadek ciśnienia czynnika w komorze ciśnieniowej, co umożliwia uniesienie się górnej spirali i rozszczelnienie komory tłocznej sprężarki. Przy takim położeniu spirali sprężarka nie tłoczy czynnika, pracując na biegu jałowym. Jeżeli zawór elektromagnetyczny jest zamknięty, ciśnienie sprężanego czynnika powoduje dociśnięcie górnej spirali i wówczas sprężarka realizuje cykl tłoczenia.

Jedną z najważniejszych różnic pomiędzy standardową sprężarką typu scroll, a sprężarką Digital Scroll jest linia z elektromagnetycznym zaworem długiej żywotności, która wychodzi z górnej pokrywy płaszcza sprężarki i łączy stronę tłoczną ze stronę ssawną. Zawór ten sprawia, że sprężarka pracuje w dwóch stanach: obciążonym (zawór zamknięty) i nieobciążonym (zawór otwarty). W stanie obciążonym sprężarka pracuje tak samo jak standardowy „scroll” i tłoczy czynnik z pełną wydajnością. W stanie nieobciążonym, nie ma przepływu czynnika przez sprężarkę, przez co pracuje ona z zerową wydajnością pomimo, że silnik obraca się z tą samą prędkością.

Rys. 2. Schemat cyklu pracy urządzenia przy 50% i 10% pełnej wydajności sprężarki

Najbardziej istotną kwestią w przypadku technologii Digital Scroll jest określenie tzw. czasu cyklu. Czas cyklu jest sumą czasu stanu obciążonego i czasu stanu nieobciążonego. Działanie elektromagnetycznego zaworu można przedstawić na prostym przykładzie. Załóżmy, że całkowita wydajność chłodnicza agregatu wynosi 10 kW i cykl sterowniczy trwa 20 sekund. Jeżeli jednostki wewnętrzne mają zapotrzebowanie na chłód na poziomie 5 kW (50% pełnej wydajności agregatu), czas pracy sprężarki pod obciążeniem w jednym cyklu sterowniczym będzie wynosił 10 sekund (50% czasu trwania cyklu). Jeśli zaś zapotrzebowanie na chłód spadnie do 2 kW (20% wydajności), wówczas sprężarka będzie pracowała 4 sekundy (20% cyklu) pod obciążeniem i 16 sekund bez obciążenia. 

Przedstawiona zależność ma zastosowanie także w innych przypadkach. Wydajność sprężarki jest zatem wypadkową jej pracy w stanach obciążonym i nieobciążonym. Poprzez zmianę zależności czasowych pomiędzy tymi stanami, sprężarka może realizować każdą wydajność z przedziału 10÷100%. 

Podsumowując technologię Digital Scroll, warto zwrócić uwagę na aspekty, które odróżniają ją od innych technologii:

• dzięki płynnej i szybkiej regulacji wydajności w przedziale 10÷100% osiągamy precyzyjną kontrolę temperatury w pomieszczeniu;
• szerszy zakres regulacji niż w przypadku sprężarek inwerterowych;
• prosta budowa i brak skomplikowanych elementów elektroniki;
• gwarancja wysokiej wydajności, dzięki zastosowaniu technologii osiowego rozszczelniania sprężarki;
• niezawodność sprężarki Digital Scroll jest ściśle związana z jakością zaworu elektromagnetycznego długiej żywotności, testowanego na 40 bilionów cykli, co w warunkach rzeczywistych odpowiada okresowi ciągłej pracy równemu 30 lat;
• precyzyjna regulacja temperatury i wilgotności dostarczanego powietrza; 
• krótki czas osiągnięcia nominalnej wydajności, co bezpośrednio wpływa na czas wychłodzenia lub nagrzania klimatyzowanych pomieszczeń. Mniejsze wahania temperatury gwarantują natychmiastowe uczucie komfortu.

Rys. 3. Agregaty MDV D4 Plus ze sprężarkami Copeland Digital Scroll

Agregaty MDV serii D4 Plus

Firma Aircon w swojej ofercie posiada serię agregatów MDV D4 Plus, które wyposażone są w sprężarki Copeland Digital Scroll. Systemy klimatyzacji VRF tej serii zaprojektowano tak, aby optymalnie zaspokoić potrzeby rynku klimatyzacji. Dzięki rozwiązaniu modułowemu agregatów, o szerokim zakresie wydajności chłodniczej i grzewczej, idealne są do zastosowania w funkcji zasilania wymienników central wentylacyjnych. 

Agregaty MDV D4 Plus mieszczą się w zakresach wydajności:

• chłodniczej: 25,2÷180,0 kW;
• grzewczej: 27,0÷200,0 kW.

Urządzenia z serii MDV D4 Plus charakteryzują się wysokimi współczynnikami efektywności energetycznej na poziomie: EER (do 4,29) i COP (do 4,60), co plasuje je w czołówce najlepszych światowych producentów urządzeń klimatyzacyjnych. Specjalnie zaprojektowane wymienniki ciepła, pokryte powłoką hydrofilową, zapewniają efektywną pracę nawet w najcięższych warunkach. Rozwiązanie to, wraz z nowatorskim sposobem łączenia rurek wymiennika w układ „sigma”, zapewnia najwyższą wydajność wymiany ciepła. Dzięki zastosowaniu sprężarki Copeland Digital Scroll urządzenia MDV są bardzo ciche. Dodatkowo umożliwiają bardzo proste zaprogramowanie trybu cichej pracy nocnej, dzięki czemu urządzenie umożliwia zmniejszenie poziomu hałasu nawet o 15 dB(A).

Agregaty MDV stosowane do zasilania central wentylacyjnych oferowane są wraz z modułem przyłączeniowym AHUKZ, który umożliwia współpracę układu VRF marki MDV z urządzeniami innych producentów, wymagającymi zasilania ekologicznym czynnikiem R410A. Oprócz zasilania wymiennika centrali, moduł AHUKZ może realizować następujące funkcje:

• sterowanie wentylatorami centrali: bieg niski, średni, wysoki;
• załączanie pompy skroplin;
• wyświetlanie kodu błędu na wyświetlaczu cyfrowym;
• wysyłanie sygnału alarmu w przypadku wystąpienia błędu;
• wyłączenie zasilania wymiennika w przypadku przekroczenia alarmowego poziomu wody w tacy ociekowej centrali;
• zdalne włączanie i wyłączanie układu za pomocą bezpotencjałowego styku on/off ;
• możliwość podłączenia do sterownika centralnego układu klimatyzacji oraz systemu BMS.

Podsumowanie

Potrzeby regulacji wydajności systemów chłodniczych i klimatyzacyjnych nie da się uniknąć. Dzięki zastosowaniu technologii Digital Scroll w połączeniu z poprawnie zaprojektowanym i zainstalowanym systemem oraz odpowiednio zoptymalizowanym czasem cyklu, można zmniejszyć zapotrzebowanie na energię elektryczną nawet o 40%, co pozwala znacznie obniżyć koszty eksploatacyjne.

Prostota systemu, pozwalająca zmniejszyć koszty inwestycyjne, mała ilość części ruchomych, w porównaniu z innymi technologiami i typami sprężarek, wskazują na wysoką niezawodność i opłacalność systemów ze sprężarkami Digital Scroll. Coraz wyższe wymagania użytkowników w zakresie możliwości regulacji temperatury stawiają wysoką poprzeczkę producentom urządzeń klimatyzacyjnych. Firma Aircon z urządzeniami marki MDV staje na wysokości zadania i dostarcza rozwiązania na najwyższym światowym poziomie.

Marcin JAWORSKI
Asystent działu menadżera
produktu firmy AIRCON