Efektywność energetyczna sprężarek

Rozwiązania dla chłodnictwa komercyjnego, przemysłowego, klimatyzacji i pomp ciepła

Chłodnictwo w handlu jest jednym z najważniejszych zagadnień, którego obecnie
w żaden sposób nie można pominąć. Trudno dziś wyobrazić sobie sklep spożywczy,
czy supermarket bez lad i regałów chłodniczych, zakład przetwórstwa mięsnego
bądź rybnego, przechowalnię owoców i warzyw, czy hurtownię farmaceutyczną
bądź laboratorium bez komory chłodniczej lub mroźni pozwalającej w optymalnych
warunkach przechowywać produkty. Każdy, kto ma do czynienia z chłodnictwem
wie, że opłaty za energię elektryczną potrzebną do zasilania urządzeń pracujących
w systemach chłodniczych są ogromne. Najlepiej wiedzą o tym osoby, które bezpośrednio
płacą za zużytą energię elektryczną, głównie w obiektach handlowych lub
przemysłowych. Tam wydatki na energię elektryczną są znaczące. Jeszcze lepiej
znają problem ci, którzy posiadają kilka obiektów, bądź całą ich sieć.
Najdroższymi urządzeniami, z punktu
widzenia kosztów energii elektrycznej są
sprężarki chłodnicze, nazywane często
„sercem systemu”. Określenie to nie jest
przypadkowe. Z jednej strony (podobnie jak
serce) sprężarki tłoczą czynnik chłodniczy
do systemu i zasilają jego poszczególne
elementy, z drugiej strony dla utrzymania
systemu w dobrej kondycji wymagają opieki
i właściwych warunków pracy. Zgodnie
z bilansem wynikającym z zależności termodynamicznych
sprężarki generują największe
zużycie energii elektrycznej w systemie
chłodniczym.

Z przeprowadzonych badań wynika, że
w typowym dużym obiekcie handlowym
około 37% całkowitego zużycia energii
elektrycznej przypada tylko i wyłącznie
na same sprężarki.
Chłodnictwo, pomimo że jest kosztowne
jest również niezbędne, co więcej staje się
coraz ważniejsze, a kosztów wynikających
z konieczności stosowania urządzeń chłodniczych
nie da się uniknąć.
Pojawia się zatem pytanie „czy i co można
zrobić aby te koszty ograniczyć?”.
Odpowiedź jest zaskakująco prosta.
Wszędzie tam, gdzie jest to możliwe należy
używać najnowszych dostępnych na rynku
rozwiązań technologicznych, które znajdują
zastosowanie w sprężarkowych urządzeniach
chłodniczych i mroźniczych. Zużycie energii
elektrycznej można rzeczywiście znacząco
obniżyć.
Powyższa odpowiedź dla wielu osób jest
zapewne kontrowersyjna i budzi ich wyraźny
sprzeciw. Reakcja taka jest zrozumiała,
ponieważ zakup efektywnych sprężarek
dobrej jakości i zastosowanie ich w zoptymalizowanym
systemie opartym na nowych
technologiach może być i z reguły jest droższe
od potocznie stosowanych rozwiązań
standardowych. Warto dodać, że chodzi tu
o pierwszy koszt, który jest jedynie kosztem
zakupu.
Pomimo świadomości inwestorów, że
koszty związane z inwestycją to nie tylko
koszty zakupu, ale także koszty eksploatacji
i serwisu, które są niesłusznie często
pomijane, tylko nieliczni zdają sobie sprawę
z ich wzajemnych zależności i proporcji.
Praktycznie w ogóle nie mówi się o oszczędnościach,
jakie można uzyskać w kilkuletnim
okresie eksploatacji pomiędzy dwoma
z pozoru identycznymi systemami opartymi
na różnych rozwiązaniach technologicznych.
W rzeczywistości, koszty zakupu, które
najczęściej decydują o wyborze urządzeń
przez inwestora są niewielkie (stanowią
mniej niż 8% kosztów ogólnych).
Na koszty serwisu należy natomiast spojrzeć
dwojako. Wiadomo, że dla poprawnej
pracy niezbędna jest konserwacja każdego
systemu, bez względu na znajdujące się
w nim komponenty. Wiadomym również jest
fakt, że dla profesjonalnie zaprojektowanych
i wykonanych instalacji chłodniczych, zgodnie
z wytycznymi sztuki chłodniczej, im wyższa
jakość użytych komponentów, tym prawdopodobieństwo
ich wadliwego funkcjonowania
lub awarii jest mniejsze. Najważniejszym
oraz najbardziej wrażliwym i wymagającym
elementem systemu są sprężarki. To dzięki
różnicy ciśnień wytwarzanej przez sprężarki
w ogóle możliwa jest wymiana ciepła
na parownikach i skraplaczu, powodująca
chłodzenie czy mrożenie produktów. Awaria
sprężarki generuje nie tylko koszty związane
z koniecznością jej naprawy lub wymiany
na nową, co niewątpliwie jest kosztowne,
ale także straty powstałe w wyniku przestoju
instalacji, który w najgorszym wypadku
może doprowadzić do zepsucia przechowywanych
towarów. Utrata całej partii towaru
jest bardzo kosztowna a kwoty te różnią się
w zależności od rodzaju towaru i jego ilości.
W instalacji ze sprężarkami wysokiej jakości
koszty serwisu sprowadzają się zatem do ich
konserwacji i okresowych przeglądów, a nie
cyklicznych remontów.
Serwis to nie tylko konserwacja bądź
naprawy. Coraz istotniejszy staje się bieżący
elektroniczny nadzór nad instalacją
oraz możliwość zdalnej kontroli i nastaw
parametrów pracy urządzeń. Obecnie serwis
nowoczesnych systemów opartych na
nowych technologiach można przeprowadzać
zdalnie wykorzystując internet. Eliminuje to
konieczność częstego wysyłania ekipy serwisowej
na miejsce pracy instalacji. Pozwala
nie tylko ograniczyć koszty, ale może
w porę zapobiec awariom poprzez odpowiednio
szybką reakcję. Stworzenie optymalnych
warunków pracy instalacji poprzez zdalne
nastawy poszczególnych elementów automatyki
chłodniczej pozwala obniżyć koszty
eksploatacyjne. Koszty nadzoru nad instalacją
będą kształtować się na podobnym
poziomie bez względu na jakość użytych
komponentów, zatem nie są istotne z punktu
widzenia możliwości uzyskania oszczędności.
Jakość komponentów z pewnością ma
wpływ na prawdopodobieństwo awarii oraz
konieczność ewentualnych napraw i strat.
Najistotniejsze z punktu widzenia inwestora
są koszty eksploatacji rozumiane jako
koszty zużycia energii elektrycznej generowane
głównie przez sprężarki. Są one ważne
z dwóch powodów. Po pierwsze, w przypadku
sprężarek, koszty eksploatacji, już po pierwszym
roku przewyższają prawie dwukrotnie koszt ich zakupu, a po drugie wybierając
sprężarki bardziej efektywne, oparte na
nowych technologiach, optymalizując parametry
pracy poprzez ich dopasowanie do
aktualnych zapotrzebowań w zależności od
wymaganego obciążenia przy określonych
temperaturach otoczenia zużycie energii
elektrycznej można zminimalizować!
Dobór odpowiednich sprężarek wymaga
nieco innego niż konwencjonalne spojrzenia
na zagadnienie projektowania. Obecnie, najczęściej
dobiera się sprężarkę, która ma najwyższy
współczynnik wydajności chłodniczej
(COP) dla warunków projektowych. Oznacza
to, że sprężarka zapewnia wymaganą wydajność
dla najmniej sprzyjających warunków
pracy (maksymalne zapotrzebowanie mocy
chłodniczej przy najwyższych temperaturach
otoczenia), przy możliwie małym zużyciu
energii elektrycznej. COP jest wielkością
charakteryzującą efektywność sprężarki
czy systemu dla konkretnych parametrów
(najczęściej projektowych) i nie uwzględnia
zjawiska sezonowości. Z sezonowością
mamy do czynienia wtedy, gdy zmieniają
się temperatury otoczenia (poszczególne
miesiące lub/i godziny w ciągu doby) oraz,
gdy zmienia się (maleje) zapotrzebowanie
na moc chłodniczą np. dobowo – godziny
pracy pracowników (systemy klimatyzacyjne)
lub zmienna ilość towaru do schłodzenia lub
utrzymania w obniżonej temperaturze.
Najmniej sprzyjające warunki projektowe
w rzeczywistości występują przez krótki
okres, jeżeli wystąpią w ogóle. Przeważającą
większość czasu, zapotrzebowanie systemu
jest znacznie mniejsze niż moc chłodnicza,
którą dostarczają sprężarki. Wynikiem jest
nieprawdziwość twierdzenia, że sprężarka
posiadająca najwyższe COP dla warunków
projektowych, będzie odznaczała się najwyższą
wartością sprawności w odniesieniu
sezonowym. Zależy to bowiem od charakterystyki
sprężarki. Wielkością charakteryzującą
efektywność sprężarki przy uwzględnieniu
pracy przy zmiennych parametrach otoczenia
jest efektywność sezonowa (SEER), obliczana
podobnie jak COP, która uwzględnia
zmiany temperatury otoczenia, zapotrzebowanie
mocy chłodniczej oraz czas pracy
sprężarek w ciągu roku. Tu dopiero prawdziwe
jest twierdzenie, że im wyższe SEER tym
rozwiązanie jest bardziej efektywne, a koszty
eksploatacji niższe. SEER bazuje na ilości
kilowatogodzin przepracowanych przez sprężarkę
lub zespół sprężarkowy w ciągu roku.
Znając tę wielkość, można oszacować koszty
eksploatacyjne i porównać je z rozwiązaniami
mniej efektywnymi. Różnice są zaskakujące.
Ilustruje to poniższy przykład.
Roczne zużycie energii elektrycznej
sprężarki o wydajności 38 kW dla zastosowań
średniotemperaturowych (temperatura odparowania -10oC) to średnio kwota około
28 tysięcy złotych. Dla zespołu sprężarkowego
złożonego jedynie z 3 takich sprężarek,
kwota ta proporcjonalnie wzrasta
do około 84 tysięcy złotych. Inwestor
decydując się na zakup standardowych
sprężarek tańszych o 28% (około 12.100,-
złotych) w stosunku do sprężarek bardziej
efektywnych, co roku zapłaci za zużytą
energię elektryczną o około 13.900,- złotych
więcej, niż gdyby wybrał sprężarki
droższe, charakteryzujące się najlepszym
współczynnikiemSEER. W tym przypadku
inwestycja zwraca się w niespełna rok. Dla
różnych systemów w zależności od porównywanych
typów sprężarek różnych producentów
okres zwrotu jest różny, jednakże
nie powinien przekraczać dwóch lat. Z przeprowadzonych
badań wynika, że maksymalny
okres zwrotu wynosi około 20 miesięcy
± 2 miesiące i jest okresem bardzo krótkim.
Przez kolejne lata efektywne sprężarki umożliwiają
oszczędzanie pieniędzy wytwarzając
bezpieczeństwo finansowe w odniesieniu
do rozwiązań mniej efektywnych. Owe bezpieczeństwo
pozwala zmodernizować układ
na jeszcze bardziej efektywny, dzięki technologiom,
które z pewnością pojawią się
za kilka lat, bez konieczności uruchamiania
dodatkowych źródeł finansowania.
Chłodnictwo jak każda inna branża nieustannie
się rozwija. Powstają coraz to
nowsze rozwiązania i możliwości ich wykorzystania.
Do nowości technologicznych oprócz
automatyki chłodniczej można zaliczyć np.
sprężarki spiralne typu Scroll, które oprócz
szeregu zalet takich jak niski poziom hałasu,
niewielkie rozmiary i waga, czy możliwość
bezawaryjnej pracy w niesprzyjających
warunkach mogących okresowo wystąpić
w systemie, specjalizowane są pod konkretne
zastosowanie, gdzie odznaczają się wysoką
efektywnością. Ze względu na efektywność
czy możliwości stosowania w różnych
systemach i konfiguracjach ich popularność
z roku na rok w bardzo szybkim tempie rośnie.
Dostępne są również sprężarki spiralne,
w których zoptymalizowany wtrysk par czynnika
chłodniczego do wnętrza spiral (technologia
EVI), powoduje znaczny wzrost wydajności
chłodniczej. Technologia EVI dostarcza
najlepsze zyski energetyczne w systemach
niskotemperaturowych zwiększając wydajność
systemu średnio o ponad 30% w porównaniu
z rozwiązaniami standardowymi oraz
w instalacjach pomp ciepła, gdzie możliwy
jest średni ponad 20% wzrost wydajności
grzewczej oraz uzyskanie temperatury wody
użytkowej równej 65°C. Wzrost wydajności
przy raczej niezmiennym poborze mocy elektrycznej
znakomicie podwyższa efektywność
sezonową sprężarek, czyli ogranicza koszty
eksploatacyjne. Wtrysk par ma także inną
ciekawą zaletę. Przy zmieniającej się temperaturze
otoczenia wydajność sprężarek
jest praktycznie stała, co oznacza minimalne
straty energetyczne. Dostępne są również
sprężarki na czynnik R410a, który ze względu
na korzyści energetyczne, zyskuje coraz
większą popularność, głównie w systemach
klimatyzacyjnych.
Opracowano także nową metodę regulacji
wydajności (Digital Scroll) stosowaną
w sprężarkach spiralnych, dzięki której możliwa
jest ciągła regulacja wydajności w przedziale
10-100% wydajności nominalnej bez potrzeby
kosztownej rozbudowy systemu lub instalowania
dodatkowych elementów zakłócających
pracę innych urządzeń elektrycznych. Jest
to metoda bardzo efektywna, ograniczająca
zużycie energii elektrycznej nawet do 40%
w stosunku do konwencjonalnych rozwiązań,
która z powodzeniem znajdzie szerokie
zastosowanie, głównie w systemach, gdzie
potrzeba regulacji wydajności czy utrzymania
temperatur na ściśle określonym poziomie to
zagadnienia kluczowe.
Ogromny wkład w rozwój sprężarek
oraz opracowywanie nowych technologii
pozwalających tworzyć nowoczesne oraz
efektywne systemy i instalacje chłodnicze
ma firma Emerson Climate Technologies
– niekwestionowany lider w sektorze sprężarek
chłodniczych, klimatyzacyjnych oraz dla
pomp ciepła. Emerson, stale opracowując
efektywne rozwiązania odnosi sukcesy, gdyż
sprężarki i nowe technologie stosowane są
wszędzie tam, gdzie liczy się wysoka jakość
i niskie koszty eksploatacji. Przytoczone
powyżej nowości to tylko nieliczne rozwiązania,
których wykorzystanie przynosi zyski
w postaci ograniczenia do minimum wydatków
na energię elektryczną i serwis urządzeń.
W niniejszym artykule zasygnalizowano także
możliwości i sposoby tworzenia efektywnych
systemów z wykorzystaniem najnowszych
technologii.
W celu upowszechnienia informacji dotyczących
dostępności i możliwości zastosowań
nowych urządzeń i rozwiązań technologicznych
w systemach chłodniczych,
klimatyzacyjnych i pomp ciepła oraz uświadomienia
inwestorom, co wybierać, gdzie
można oszczędzić pieniądze i na czym warto
oszczędzać, firma Emerson prowadzi szkolenia
i konsultacje w tym zakresie.
Osoby, które cenią sobie świadome
i właściwe podejmowanie decyzji odnośnie
wyboru optymalnego rozwiązania dla każdej
planowanej nowej inwestycji, zainteresowane
zagadnieniami opisanymi powyżej i chcące
uzyskać szczegółowe informacje, mogą
w takim szkoleniu uczestniczyć.
Autor: mgr inż. Adam Głowala – Technical Sales Engineer Poland & Baltic States, Emerson Climate Technologies
Źródło: Chłodnictwo&Klimatyzacja 7/2008