Úspory energie a ekologie pohled JDK

Obchodně technický seminář 2013

Úspory energie a ekologie – pohled JDK V chladicích zařízeních

Ing. Jiří Křivský ml.

Čtvrtek 25.4.2013 Sportovní centrum v Nymburce 1


Důležité směry -

Plovoucí kondenzační teplota Vliv návrhu kondenzátoru Podchlazování kapalného chladiva Rekuperace tepla Odtávání horkými parami Volba kompresoru / zvolené chladivo Řízení a regulace Další důležité směry

2

Úspory energie a ekologie – pohled JDK

Plovoucí kondenzační teplota

Plovoucí kondenzační teplota -

Řízení kondenzačního tlaku v závislosti na nastaveném dt od teploty okolí

Refrigerant Evaporating Temperature Suction Superheat Liquid subcooling

R407C -5,0°C 10,0K 2,0K

Compressor Selected

ZR108KCE-TFD

Účinnost systému v závislosti na teplotě okolí 50 40

Kondenzační teplota, °C

30

Teplota okolí, °C Kondenzační teplota, °C Chladicí výkon, kW Příkon kompresoru, kW COP

10 25 20,9 3,96 5,3

15 30 20 4,38 4,6

20 35 19 4,88 3,9

25 40 17,9 5,46 3,3

30 45 16,8 6,11 2,7

Chladicí výkon, kW

20 Příkon kompresoru, kW

10

COP

0 0

10

20

30

40

Teplota okolí

S rostoucí teplotou okolí stoupá kondenzační teplota, klesá chladicí výkon a stoupá příkon kompresoru

3



Diskuse Proč nestačí pouze nastavit nízkou kondenzační teplotu, proč používat plovoucí set kondenzačního tlaku v závislosti na teplotě okolí?

4



Příklad: Teplota okolí +30°C Požadovaná kondenzační teplota, set = 25°C Výsledek: ventilátory kondenzátoru poběží vždy naplno, a to i v případě, že jednotka je v provozu jen na část celkového chladicího výkonu (běží např. jen jeden kompresor z několika nebo kompresor běží na snížený výkon), případně by mohlo nastat, pokud by nebylo ošetřeno jinak, že ventilátory poběží, i když bude jednotka stát. Požadavky na systém by měli být smysluplné (nemá cenu chtít po systému něco, čeho není schopen dosáhnout)

5


Vliv návrhu kondenzátoru

Vliv návrhu kondenzátoru - Porovnání návrhu při dt=15K a dt=10K Chladivo Vypařovací teplota Přehřátí na sání Podchlazení kapaliny

R407C -5,0°C 10,0K 2,0K

Typ kompresoru

ZR108KCE-TFD

6


Vliv návrhu kondenzátoru

Teplota okolí, °C Kondenzační teplota, °C Chladicí výkon, kW Příkon kompresoru, kW COP

10 25 20,9 3,96 5,3

15 30 20 4,38 4,6

dt=15K 20 35 19 4,88 3,9

25 40 17,9 5,46 3,3

30 45 16,8 6,11 2,7

10 25 20,9 3,96 5,3

15 25 20,9 3,96 5,3

dt=10K 20 30 20 4,38 4,6

25 35 19 4,88 3,9

30 40 17,9 5,46 3,3

Důsledky návrhu kondenzátoru s dt=15K místo dt=10K: Teplota okolí, °C Vyšší kondenzační teplota o, K Nižší chladicí výkon o, kW Vyšší příkon o, kW Menší COP o, %

10 0 0 0 0

15 5 0,9 0,42 13,5

7


20 5 1 0,5 14,7

25 5 1,1 0,58 15,8

30 5 1,1 0,65 16,1

Zvýšení kondenzační teploty o 5K znamená pokles COP o přibližně 15%


Systémy s podchlazováním chladiva Na principu: - Vnitřní výměna tepla - Systém s kompresory EVI - vypařování části kapaliny za účelem podchlazení zbytku kapaliny - Podchlazování od teploty okolí (ze vzduchu), či jiným nezávislým zdrojem - Další systémy

8

Vnitřní výměna tepla

Vnitřní výměna tepla

9

p=i2-i1, p´=i2´-i1´, q=i1-i4, q´=i1-i4´, qc=i2-i3, qc´=i2´-i3, di = i3-i3´=i1´-i1 Úspory energie a ekologie – pohled JDK

Vnitřní výměna tepla te=-10, tc=+40, dtsh=7K, R404A izoentropická účinnost = 0,773

bod 1 1´ 2 2´ 3 3´ 4 4´

entalpie i teplota t (kJ/kg) (°C) di (kJ/kg) 367,18 -3 15,87 383,05 14,17 405,68 59,49 425,58 76,31 259,18 39,66 15,87 243,31 29,66 259,18 -10,32 243,31 -10,34

tlak p (bara) 4,31 18,15

měrný příkon p,p´ (kJ/kg) systém bez vnitřní výměny systém s vnitřní výměnou

38,5 42,5

Přehřátí na sání 24,17K

Podchlazení kapaliny 10K

měrný chladicí výkon q,q´ COP (kJ/kg) 108 2,81 123,9 2,91

Vyšší COP o: 3,9%

měrný kondenzační výkon qc,qc´ (kJ/kg) Vyšší qc´ systém bez vnitřní výměny 146,5 systém s vnitřní výměnou 166,4 14%

p=i2-i1, p´=i2´-i1´, q=i1-i4, q´=i1-i4´, qc=i2-i3, qc´=i2´-i3, di = i3-i3´=i1´-i1

10


Vnitřní výměna tepla te=-35, tc=+40, dtsh=7K, R404A izoentropická účinnost =0,705

bod 1 1´ 2 2´ 3 3´ 4 4´

entalpie i teplota t (kJ/kg) (°C) di (kJ/kg) 352,41 -28 15,87 368,28 -8,82 424,25 75,17 447,6 95,65 259,18 39,66 15,87 243,31 29,66 259,18 -35,31 243,31 -35,37

měrný příkon p,p´ (kJ/kg) systém bez vnitřní výměny systém s vnitřní výměnou

71,84 79,3

tlak p (bara) 1,64 18,15

Přehřátí na sání 26,18K Podchlazení kapaliny 10K

měrný chladicí výkon q,q´ COP (kJ/kg) 93,23 1,30 109,1 1,38

Vyšší COP o: 6,0%

měrný kondenzační výkon qc,qc´ (kJ/kg) Vyšší qc´ systém bez vnitřní výměny 165,07 systém s vnitřní výměnou 188,4 14%

p=i2-i1, p´=i2´-i1´, q=i1-i4, q´=i1-i4´, qc=i2-i3, qc´=i2´-i3, di = i3-i3´=i1´-i1 Závěry: - S nižší vypařovací teplotou roste význam vnitřní výměny - Vnitřní výměna zvýší teplotu na výtlaku, což by se dalo využít při rekuperaci - Upozornění – příliš vysoká teplota na výtlaku by mohla mít negativní vliv na olej, vynutí - Zvýšení COP je za cenu nutnosti odvést více tepla v kondenzátoru 11


Ekonomizér – EVI systém

12


Ekonomizér – EVI systém

Průběh COP při různých kondenzačních teplotách Porovnání kompresorů se systémem EVI a bez COP kompresoru ZF40 při tc=40°C

COP ZF40 při tc=20°C 5

5

4

4

3

20 KVE

2

20 K4E

1 -40

-20

0

3 2

40 KVE

1

40 K4E

0 -60

0 -60

COP

COP

6

20

-40

-20

0

20

Vypařovací teplota

Vypařovací teplota

COP ZF40 při tc=+55°C

COP

3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 -60

55 KVE 55 K4E

-40

-20

0

20

Vypařovací teplota 14


Z grafů je vidět, že COP je vždy vyšší u kompresorů se systémem EVI

Ekonomizér – EVI systém COP s EVI vyšší o 60% COP s EVI vyšší o

50% 40% 30%

tc=20°C

20%

tc=40°C tc=55°C

10% 0% -50

-40

-30

-20

-10

0

10

Vypařovací teplota, °C

Závěry: - S nižší vypařovací teplotou roste význam EVI - U mrazíren roste výhodnost EVI - Vhodné také u TČ – s nižší teplotou okolí roste výhodnost EVI - S vyšší kondenzační teplotou roste význam EVI - Obor chlazení – v létě s vyššími teplotami okolí roste výhodnost EVI - Obor vytápění – požadavek na vyšší tc zvyšuje výhodnost EVI

15


Rekuperace tepla

Možnosti rekuperace u chladicích zařízení -

Teplo z přehřátých par Celé kondenzační teplo Teplo kapaliny

- Nejhodnotnější je teplo z přehřátých par, má nejvyšší tepelný potenciál - Pokud najdeme potřebu tepla, do kterého bychom mohli předat teplo z kapaliny, získáme tím teplo pro danou potřebu a navíc zvýšíme chladicí výkon a tím celkovou chladicí účinnost

16


Rekuperace tepla

Návrh výměníku pro využití tepla z přehřátých par

Pracovní podmínky

17


Rekuperace tepla

18


Rekuperace tepla SINGLE PHASE - Design Heat Exchanger : BX8Tx16 Fluid Side 1 : Fluid Side 2 :

R404A (19,4 bar) Water

Flow Type

Counter-Current

:

DUTY REQUIREMENTS Heat load Inlet temperature Outlet temperature Flow rate Max. pressure drop Thermal length PLATE HEAT EXCHANGER Total heat transfer area Heat flux Mean temperature difference O.H.T.C. (available/required) Pressure drop -total* - in ports Port diameter Number of channels Number of plates Oversurfacing Fouling factor Reynolds number Port velocity

Side 1 kW °C °C kg/s | m³/h kPa

Side 2 4,413

70,00 48,00 0,1630

35,00 55,00 0,1919

50,0 1,57

50,0 1,43

Side 1 m² kW/m² K W/m²,°C kPa kPa mm

42,5 3,41 16,0 8

19


0,778 0,0360 16,0 7 16 33 0,228

% m²,°C/kW m/s

Side 2 0,322 13,7 13,98 1430/1080

39800 8,84

361 0,277

Pozn.: - Výkon výměníku je dán z velké míry na straně chladiva - Na straně vody volíme vhodný teplotní spád (1520K) a hledáme výstupní teplotu pokud možno co nejvyšší - Z chladicího výkonu výkon rekuperace tvoří: 4,413/17,7 = 25%

Odtávání horkými parami

Typy: -

Dvoutrubkový systém Třítrubkový systém S reverzací okruhu S vracením do kapaliny

20



Dvoutrubkový systém

21



Třítrubkový systém s vracením do sání

22



Třítrubkový systém s vracením do kapaliny

23



S reverzací okruhu

24


Volba kompresoru / zvolené chladivo

-

-

Chladivo - Ekologie (skleníkový efekt GWP, vliv na ozón ODP) - Bezpečnost (toxicita, výbušnost) - Cena chladiva - Cena technologie - COP Počet výkonových stupňů / požadovaná regulace výkonu Návratnost při porovnání ceny a provozních nákladů (pořizovací cena, COP, náklady na servis, bezpečnost)

25



Porovnání COP kompresorů Copeland scroll ZR, ZB,ZF, ZF EVI, pístových polohermetických kompresorů Standard a Stream s chladivy R404A, R407C,R134a a CO2 pro aplikaci chladírny a mrazírny

26


Volba kompresoru / zvolené chladivo Pracovní podmínky: te=-10, tc=45, dtsc=4K, dtsh=10K COP - kompresory scrol ZF, R404A

COP - kompresory scrol ZB, R404A 2,3 2,2 2,1 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5

2,35 2,3 2,25 2,2 2,15 2,1 COP

2,05 2 1,95 1,9 1,85 1,8

Chladivo R404A, COP: - ZB cca 2 až přes 2,1 - ZF cca 2 až 2,29

27


COP

28


Chladivo R404A, COP: Standard cca 1,9 až 2,2 D8SJ-450X

D8SJ-600X

D8SH-500X

D6SU-400X

D8SH-370X

D6SK-500X

D6ST-320X

D6SJ-400X

D6SH-350X

D6SL-250X

D4ST-200X

D4SJ-300X

D6SA-300X

D6SF-200X

D4SL-150X

D4SH-250X

D4SA-200X

D4SF-100X

D3SS-150X

D3SS-100X

D3SC-100X

D3SC-75X

D2SK-65X

D3SA-75X

D2SC-55X

D2SC-65X

D2SA-55X

D2SA-45X

DLL-40X

DLJ-30X

DLF-30X

DKSL-20X

DLE-20X

DKL-20X

DKSJ-15X

DKJ-10X

DKM-7X


Pracovní podmínky: te=-10, tc=45, dtsc=4K, dtsh=10K COP - kompresory Copeland Standard, R404A

2,3

2,2

2,1

2 COP

1,9

1,8

1,7

Volba kompresoru / zvolené chladivo Pracovní podmínky: te=-10, tc=45, dtsc=4K, dtsh=10K

COP – kompresory ZF KVE, R404A

COP - kompresory Stream, R404A 2,36 2,34 2,32 2,3 2,28 2,26 2,24 2,22 2,2

COP

2,6 2,55 2,5 2,45 2,4

COP

COP - kompresory Copeland Stream, R407F 2,52 2,5 2,48 2,46 COP

2,44 2,42 2,4

29


-

R404A Stream 2,23 až 2,34 R404A ZF KVE 2,52 až 2,59 R407F Stream 2,41 až 2,5


COP - kompresory scrol ZR, R407C 2,4 2,3 2,2 2,1 2 1,9 1,8

COP

COP - kompresory Standard, R407C 2,5 2,45 2,4 2,35 2,3 2,25 2,2 2,15 2,1

COP

30


R407C ZR 1,9 až 2,28 R407C Standard 2,22 až 2,44

Volba kompresoru / zvolené chladivo COP - kompresory ZF, R134a

COP - kompresory ZB, R134a 2,4 2,3 2,2 2,1 2 1,9 COP 1,8 1,7

2,2 2,15 2,1 2,05 2 1,95 1,9 1,85 1,8 1,75 1,7

COP

COP - kompresory ZF, R134a 2,65 2,6 2,55 2,5 2,45 2,4 2,35 2,3

COP

31


-

R134a ZB 1,95 až 2,17 R134a ZF 1,9 až 2,29 R134a ZF KVE 2,41 až 2,59

-

32


R134a Standard 1,9 až 2,2 D8SJ-450X

D8SJ-600X

D8SH-500X

D6SU-400X

D8SH-370X

D6SK-500X

D6ST-320X

D6SJ-400X

D6SH-350X

D6SL-250X

D4ST-200X

D4SJ-300X

D6SA-300X

D6SF-200X

D4SL-150X

D4SH-250X

D4SA-200X

D4SF-100X

D3SS-150X

D3SS-100X

D3SC-100X

D3SC-75X

D2SK-65X

D3SA-75X

D2SC-55X

D2SC-65X

D2SA-55X

D2SA-45X

DLL-40X

DLJ-30X

DLF-30X

DKSL-20X

DLE-20X

DKL-20X

DKSJ-15X

DKJ-10X

DKM-7X

Volba kompresoru / zvolené chladivo COP - kompresory Standard, R134a

2,25

2,2

2,15

2,1

2,05

2

COP

1,95

1,9

1,85

1,8


COP - kompresory Stream, R134a 2,36 2,34 2,32 2,3 2,28 2,26 2,24 2,22 2,2 2,18 2,16

COP

-

R134a Stream 2,23 až 2,34

33



COP R744 (CO2) kompresory Stream, te=-10 3,5 3 COP

2,5 2

4MTL-12X

1,5

4MTL-15X

1

4MTL-30X

0,5 0 60

70

80

90

100

Kondenzační/chladicí tlak (bar)

Při kondenzační teplotě 31°C, což odpovídá tlaku 72bar (kritický bod) je COP cca 2,8 (R404A má při tc=31, te=-10 cca 3,2) Při vyšších okolních teplotách se COP rychle zmenšuje, tlak 90bar odpovídá cca kondenzační teplotě +45°C u normálních chladiv, za těchto podmínek je COP cca 0,7, což je v porovnání s chladivy HFC velmi malé. Při průměrné teplotě okolí v ČR cca 8°C však chladivo CO2 může fungovat, jeho nasazení bude ale spíše z důvodů ekologických, případně politických a legislativních, ne ekonomických. Konečný závěr ale vyžaduje hlubší zkoumání 34



Závěr porovnání COP pro vypařovací teplotu -10, kondenzační +45: -

R404A ZB cca 2 až přes 2,1 R404A ZF cca 2 až 2,29 R404A Standard cca 1,9 až 2,2 R404A Stream 2,23 až 2,34 R404A ZF KVE 2,52 až 2,59 R407F Stream 2,41 až 2,5 R407C ZR 1,9 až 2,28 R407C Standard 2,22 až 2,44 R134a ZB 1,95 až 2,17 R134a ZF 1,9 až 2,29 R134a ZF KVE 2,41 až 2,59 R134a Standard 1,9 až 2,2 R134a Stream 2,23 až 2,34 R744 Stream 0,7

Závěr: Všechny kompresory jsou si poměrně dost vyrovnané, velmi dobrou účinnost mají nově optimalizované kompresory Copeland typu Stream a kompresory ZF KVE s podchlazováním chladiva Pro chladivo R407C mají dobrou účinnost kompresory Copeland Standard

Adekvátní ke kompresorům Stream od Copelandu jsou všechny nové pístové polohermetické kompresory Bitzer (řada ECOLINE)

Volbu chladiva je nutné udělat také s pohledem na pracovní obálku kompresoru 35



COP - kompresory ZF KVE, R404A

COP - kompresory ZF, R404A 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7

COP

1,35 1,3 1,25 1,2 1,15 1,1 1,05 1

COP

COP - kompresory Stream, R404A 1,12 1,1 1,08 1,06 1,04 1,02 1 0,98 0,96

36

COP

-

R404A scroll ZF 0,82 až 0,93 R404A scroll ZF KVE 1,1 až 1,32 R404A Stream 1 až 1,11



-

R404A Standard 0,62 až 1,1

37



-

R404A scroll ZF 0,82 až 0,93 R404A scroll ZF KVE 1,1 až 1,32 R404A Stream 1 až 1,11 R404A Standard 0,62 až 1,1 Nejvyšší COP je s kompresory ZF KVE a Stream, některé kompresory Standard ale také vykazují vysoké COP, kompresory ZF mírně ztrácejí, nicméně mají výhodu v nižších investičních nákladech

38


Řízení a regulace

Použití regulátorů s funkcemi: - Plovoucí kondenzační teplota - Plovoucí vypařovací teplota - Pulsování ventilátorů výparníku, když je dosažena požadovaná teplota - Noční režim - Elektronický vstřikovací ventil s adaptivním přehřátím (co nejmenším) - Odtávání dle stavu výparníku - Vypínání chlazení při otevřených dveří

39



Další důležité směry: - řízení výkonu zařízení - Kompresory scroll digital - Řízení otáček frekvenčními měniči - Nové motory EC – elektricky komutované, odpadá jalová část - Monitorování zařízení za účelem optimalizace nastavení chladicího zařízení - Hospodárný provoz zařízení - Neplýtvat energiemi – dveře s automatickým zavíráním - Vypínání chlazení při otevřených dveřích - Dveře vybavené tepelnou clonou (mechanická, vzduchová) - Osvětlení s nízkou spotřebou - Silnější izolace - minimalizace tepelných zisků

40



Děkuji za pozornost

41


Úspory energie a ekologie pohled JDK

Recommend Documents