Критерии подбора холодильной установки

Холодильное оборудование широко используется в различных отраслях промышленности, включая процессы переработки полимерных материалов, гальванотехнику и др. Давно прошли те времена, когда при покупке холодильной установки в качестве решающего фактора были лишь расходы на приобретение, в последнее время на передний план выходят совокупные затраты на эксплуатацию. В целом, эксплуатационные затраты составляют до 70% инвестиционных расходов, при этом, 90% из них могут приходиться на энергопотребление.

Выбор подходящей холодильной установки способствует снижению энергопотребления. Экономия энергии является значительно более комплексной проблемой, чем это представляется на первый взгляд. Различные мероприятия дополняют друг друга и, таким образом, делают возможным оптимальное обращение с ценными ресурсами.

• выбор требуемых параметров холодильного оборудования;
• оптимальный выбор вида охлаждения;
• обеспечение рекуперации тепла;
• использование режима с открытым охлаждением "Зимний пуск";
• организация плавающего регулирования давления конденсации "Vari-Kon;
• электронное регулирование частоты вращения насосов.

Ярким примером реализации этих мероприятий в целях сбережения энергии является проектирование холодильного оборудования для гальванических ванн.

Сначала необходимо выбрать требуемые параметры оптимальной холодильной установки. Даже сейчас во многих установках можно встретить слишком мощные приводы, плохо рассчитанные теплообменники или хладагенты, не являющиеся оптимальными для соответствующей области применения. Это может быть своего рода резервом мощности или просто холодильной установкой с наиболее приемлемой ценой приобретения. Тот, кто хочет эффективно обходиться с энергией, должен применять такие холодильные установки, которые работают в области своего оптимального коэффициента полезного действия (КПД). Широкий спектр винтовых компрессоров с регулируемой мощностью, насосов с регулируемой частотой вращения двигателя и вентиляторов создает основу для выбора установки с учетом принципов энергосбережения.

Существуют различные принципы охлаждения и типы применяемого оборудования (холодильные системы, открытое охлаждение, градирни и колодезное охлаждение), классифицируемые по назначению. В прошлом для каждой гальванической ванны зачастую использовалась холодильная машина с низкими температурами воды прямого контура, например, от 6°С. Для оптимального проектирования холодильного оборудования важно, чтобы были согласованы соответствующие параметры потребляемой мощности (например, по температуре гальванической ванны), а температура воды системы прямого охлаждения была выбрана как можно более высокой.

Выбор холодильного оборудования осуществляется в соответствии с необходимой температурой охлаждающей воды. Особое значение придается также отводу тепла из гальванической ванны. Так, например, благодаря эффективной технологии применения пластинчатых теплообменников, используемых вместо трубчатых радиаторов с малой поверхностью теплообмена, можно уменьшить разность между температурой гальванической ванны и температурой охлаждающей воды. Таким образом, можно использовать воду с более высокими температурами, что означает снижение эксплуатационных расходов и экономию, например, в зимних условиях (открытое охлаждение).

Существует несколько возможностей для рекуперации тепла, выделяющегося в результате различных технологических процессов. Например, ванны анодирования поддерживаются с помощью холодильных установок или тепловых насосов при температурах 12 - 15°С. В таких холодильных установках или тепловых насосах на стороне нагретого газа монтируются дополнительные теплообменники, что позволяет использовать отводимое тепло в отопительных системах, для отопления гальванических ванн или воздухонагревателей в системе приточной вентиляции цеха.

Открытое охлаждение означает использование температуры окружающей среды для непосредственного уменьшения температуры охлаждающей воды. Там, где это возможно, для подготовки охлаждающей воды всегда должно использоваться открытое охлаждение, так как в сравнении со всеми другими методами оно характеризуется наименьшим потреблением энергии.

При работе в режиме "Зимний пуск" в цикл циркуляции дополнительно встраивается теплообменник с воздушным охлаждением, который запускает холодильную установку при температуре воздуха на 2°С ниже температуры обратного потока хладагента. При разности температур прямой и обратной воды в 5°С, уже при охлаждении всего лишь на 1°С посредством открытого охлаждения достигается экономия энергии в размере 20%. При наружной температуре на 4-5°С ниже температуры прямого потока хладагента общее охлаждение может быть обеспечено целиком за счет открытого охлаждения. Чем выше выбранная температура прямого потока, тем дольше может происходить разгрузка компрессионной холодильной машины. Таким образом, можно добиться существенного снижения эксплуатационных расходов по сравнению с традиционными холодильными машинами (до 70 - 80 % в зависимости от типа установки).

При проектировании энергоэффективного холодильного оборудования компанией L&R Kaltetechnik был использован так называемый принцип "Vari-Kon", основанный на плавающем регулировании давления приточного воздуха, создаваемого компрессором, и, следовательно, температуры его конденсации - важнейшего параметра процесса охлаждения.

Отношение принятого количества тепла к теплоотдаче и расход энергии зависят как от типа применяемого хладагента, так и от имеющихся температур. При снижении критической температуры (Ткр) повышается холодильная мощность и, одновременно, уменьшается мощность, расходуемая на компрессию. Оба механизма вносят вклад в увеличение КПД, который определяется как отношение полезной энергии к затрачиваемой. В нормальном случае критическая температура составляет 47°С при температуре воздуха 35°С. Уровень Ткр является решающим фактором потребления энергии в холодильной установке. Поэтому наибольшее значение следует придавать тому, чтобы критическая температура поддерживалась как можно на более низком уровне.

Коэффициент термического сопротивления теплообменника должен быть высоким (в зависимости от оборудования). Чем больше поверхность теплообменника, тем ниже выбираемое значение Ткр. Понятно, что критическая температура напрямую связана с температурой приточного воздуха (температура окружающей среды), поэтому к теплообменнику требуется подвести как можно больше свежего воздуха. Снижение Ткр зависит от вида и конструкции компрессора и элементов расширения. Комбинация из винтовых компрессоров, оптимально спроектированных конденсаторов, хладагента марки R 134а, электронных расширительных клапанов и предложенной системы управления "Frigocontrol", обеспечивает условия, при которых теоретически необходимая критическая температура соответствует температуре воздуха с постоянной разностью их значений в течение всего времени работы. Существующие методики расчета КПД холодильной установки, где в качестве затрат учитывают только энергию привода компрессора, однако использование вентиляторов с высоким потреблением энергии может привести к существенному уменьшению КПД всей системы.

При конструировании энергосберегающих холодильных установок следует применять энергосберегающие вентиляторы и насосы. Электронное регулирование частоты вращения вентиляторов при подготовке нагретых и холодных потоков воздуха в ходе различных термических процессов в настоящее время требует логически сложного энергетического управления. С помощью современной системы управления "Frigocontrol" регулирование работы компрессоров, насосов и вентиляторов выполняется оптимально, с учетом минимально необходимых потребностей. Насосы и вентиляторы могут эффективно использоваться в качестве объектов экономии энергии. Наряду с компрессорами они относятся к самым большим потребителям электроэнергии в холодильных установках. В идеальном случае потребление энергии в них снижается пропорционально третьей степени частоты вращения их двигателей. Поэтому наиболее простым и эффективным методом экономии энергии является регулирование их частоты вращения.

Требуемый расход охлаждающей воды существенно различается в зависимости от производственной нагрузки, времени года, дневной потребности и разности фактической и заданной температур. Для оптимального и энергоэффективного снабжения охлаждающей водой насосы регулируются с помощью преобразователя частоты в зависимости от давления в установке и, кроме того, включаются и выключаются в зависимости от потребности. Система управления "Frigocontrol" регулирует время эксплуатации отдельных насосов таким образом, чтобы для всех насосов обеспечивалась равномерная нагрузка.