Systemy wody lodowej (1). Agregaty w akcji


Reklama

Wilo pomaganie przez serwisowanie

zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Projektując systemy wody lodowej, zwykle pamięta się tylko o nominalnym obciążeniu cieplnym i do tych parametrów dobiera się agregat. Przy odrobinie nieszczęścia może się okazać, że zaprojektowana instalacja nie będzie działała prawidłowo przy obciążeniach częściowych.


Przy projektowaniu systemów wody lodowej może dojść do destabilizacji temperatury wody lodowej. Dzieje się tak wtedy, gdy pojemność czynnej instalacji wody lodowej jest zbyt mała w stosunku do kroku regulacji wydajności chłodniczej. Przedstawiam, jak uniknąć powyższego problemu.

Na początek przybliżę sposoby regulacji wydajności chłodniczej i ich podstawową cechę – zdolność utrzymania zadanej temperatury na żądanym nastawionym poziomie.

Agregaty można podzielić na te bez regulacji, z regulacją stopniową przez załączenie sprężarek, regulację stopniową przez wyłączenie cylindrów sprężarki (obecnie niespotykane w nowych agregatach, stąd temat pomijam) i regulację bezstopniową (tak naprawdę jest to też regulacja stopniowa, lecz krok zmiany wydajności chłodniczej jest bardzo mały: 1÷2% wydajności nominalnej agregatu). Ich podstawa to stabilizacja temperatury wody lodowej.

Bez regulacji
Agregaty bez regulacji wydajności chłodniczej mają zwykle jedną sprężarkę typu on-off, której załączenie i wyłączenie sterowane jest termostatem. Pamiętać należy jednak, że każda sprężarka posiada zabezpieczenia czasowe zapobiegające zbyt częstemu załączaniu i tym samym przegrzaniu uzwojenia silnika sprężarki. Zwykle pomiędzy wyłączeniem a ponownym załączeniem muszą minąć przynajmniej 4,5 minuty. Standardowe ustawienia automatyki tego typu agregatów to: temperatura wody powracającej 12°C, histereza 1,5°C i czas reakcji: załączenie sprężarki 180 s od osiągnięcia temperatury załączenia i wyłączenia sprężarki 20 s od chwili osiągnięcia żądanej temperatury. Oznacza to, że sprężarka załączy się, gdy przez 180 s temperatura wody powrotnej przekroczy 13,5°C i wyłączy, gdy temperatura przez 20 s będzie równa lub niższa niż 12°C. Ponowne załączenie nastąpi, gdy temperatura wody powrotnej osiągnie 13,5°C, jednak nie wcześniej niż po 4,5 minutach (zabezpieczenie sprężarki). Parametry histerezy, jak i czasy reakcji można zmieniać. Czas opóźnienia załączenia sprężarki można tylko wydłużyć.

Przy nominalnym przepływie cieczy przez agregat, zapewniającym Δt = 5 K, temperatura wody zasilającej urządzenia klimatyzacyjne pomieszczeń (klimakonwektory, centrale klimatyzacyjne itp.) wahać się będzie od 7 ÷ 13,5°C.

Wielosprężarkowe
Agregaty wielosprężarkowe ze sprężarkami typu on-off charakteryzują się podobnym działaniem regulacji do agregatów bez regulacji wydajności chłodniczej. Mają zwykle od dwóch do sześciu sprężarek typu on-off, które są załączane i wyłączane niezależnie termostatem. Podobnie każda sprężarka posiada zabezpieczenia czasowe, które zapobiegają zbyt częstemu załączaniu i tym samym przegrzaniu uzwojenia silnika sprężarki (3 minuty). Standardowe ustawienia automatyki tego typu agregatów to: temperatura wody powracającej 12°C, histereza 1,5°C, długość kroku 0,5°C i czas reakcji odpowiednio 180 i 20 s. Oznacza to, że dla agregatu dwusprężarkowego pierwsza sprężarka załączy się, gdy przez 180 s temperatura wody powrotnej przekroczy 13,5°C. Jeśli temperatura wody powrotnej będzie wyższa niż 14°C w ciągu kolejnych 180 s załączy się drugi stopień wydajności agregatu. Wyłączenie drugiego stopnia nastąpi 20 s po osiągnięciu temperatury 12,5°C, zaś pierwszej sprężarki 20 s po osiągnięciu temperatury wody powrotnej 12°C. Ponowne załączenie każdej ze sprężarek nastąpi nie wcześniej niż 3 minuty po wyłączeniu sprężarki.

Z płynną regulacją
Agregaty z płynną regulacją wydajności są zróżnicowane konstrukcyjnie. Zalicza się do nich między innymi: agregaty ze sprężarkami śrubowymi stałoobrotowymi wyposażonymi w suwak regulacji wydajności, agregaty ze sprężarkami spiralnymi z podnoszonym cyklicznie tłokiem (tzw. sprężarki sterowane cyfrowo) i sprężarki z inwerterową regulacją wydajności chłodniczej (zmiennoobrotowe).

Rozwiązania takie charakteryzują się minimalną wydajnością chłodniczą na poziomie 10÷25% (głównie dla zapewnienia transportu oleju) oraz regulowaną co 1÷2% wydajnością chłodniczą w pozostałym jej zakresie. Zwykle parametrem utrzymywanym jest temperatura wody wychodzącej.

Parametry
Standardowe parametry tego typu sterowania to:

* temperatura nominalna (zwykle 7°C wody wychodzącej),
* czas reakcji (zależnie od typu np. 100 s na zwiększenie wydajności i 40 s na zmniejszenie),
* czas restartu sprężarki (zależnie od typu od 3 do 4,5 min),
* zakres neutralny (zwykle odchylenie ±0,1°C od temperatury nominalnej) – w zakresie tym aktualna wydajność chłodnicza urządzenia nie jest zmieniana,
* zakres regulacji (zwykle odchylenie większe niż ±0,1°C od temperatury nominalnej) – w zakresie tym aktualna wydajność chłodnicza jest zmieniana; jeśli przez 40 s temperatura będzie np. 0,3°C wyższa od zadanej, wydajność chłodnicza zostanie podniesiona o 1 krok – proces będzie cykliczny aż do momentu stabilizacji (osiągnięcia strefy neutralnej) lub momentu osiągnięcia maksymalnej wydajności chłodniczej agregatu);  jeśli przez 20 s temperatura będzie np. 0,3°C niższa od zadanej, wydajność chłodnicza zostanie zmniejszona o 1 krok – proces będzie cykliczny do chwili stabilizacji (osiągnięcia strefy neutralnej) lub osiągnięcia minimalnej wydajności chłodniczej agregatu,
* zakres załączania – temperatura o 2,5°C wyższa od zadanej, po przekroczeniu tej temperatury sprężarka się załączy,
*zakres wyłączania – temperatura o 2,0°C niższa od zadanej, po osiągnięciu tej temperatury sprężarka wyłączy się.

Powiązanie parametrów
Projektując instalację wody lodowej, projektant musi określić następujące parametry:

* nominalną wydajność chłodniczą agregatu,
* parametry regulacji wydajności chłodniczej,
* pojemność zładu wody lodowej,
* temperaturę wody lodowej.

Niewłaściwe określenie tych parametrów względem siebie może spowodować niewłaściwą pracę systemu.

Nominalna wydajność chłodnicza agregatu – ten parametr jest stosunkowo łatwy do określenia.

Dysponując bilansem cieplnym klimatyzowanych pomieszczeń, zakłada się zwykle:

* 110÷120% wartości bilansu dla klimatyzacji pomieszczeń technicznych i produkcji wody technologicznej,
* 90÷105% dla małych instalacji wody lodowej klimatyzacji komfortu (Qo<50 kW),
* 80÷100% dla średnich instalacji wody lodowej klimatyzacji komfortu (Qo~50÷250 kW),
* 75÷90% dla dużych instalacji wody lodowej komfortu (Qo.250 kW).

Wielkość przyjętego współczynnika zależy od jednoczesności występowania maksymalnych zysków ciepła dla poszczególnych pomieszczeń, współczynnika akumulacji ciepła przez budynek, wielkości pomieszczeń w budynku, sposobu regulacji wydajności chłodniczej itp.

Im mniejszą przyjmiemy wydajność chłodniczą agregatu w stosunku do zapotrzebowania, tym układ będzie pracował stabilniej. Z kolei zbyt mała wydajność chłodnicza agregatu zwiększy dyskomfort odczuwany przez ludzi w budynku w najbardziej upalne dni.

Należy także pamiętać, że wydajność chłodnicza jest różna przy różnych temperaturach wody lodowej, zależy także od rodzaju zastosowanego czynnika (dla roztworów glikoli wydajność chłodnicza osiągana przez agregat wody lodowej jest niższa niż dla wody wodociągowej).

Parametry regulacji wydajności chłodniczej – standardowo producenci zadają powyższe parametry jako standardowe. Można je jednak w pewnym zakresie zmieniać:

* wydłużenie histerezy zmniejszy minimalną pojemność instalacji wody lodowej, ale podniesie przy okazji temperaturę wody lodowej,
* zwiększenie długości kroku wydajności chłodniczej zmniejszy minimalną pojemność instalacji wody lodowej, ale podniesie przy okazji temperaturę wody lodowej,
* skrócenie czasu reakcji na zwiększenie wydajności chłodniczej zmniejszy temperaturę wody lodowej, ale przy dużych wahaniach temperatury wody lodowej może prowadzić do rozbiegania układu sterowania,
* wydłużenie czasu reakcji na zmniejszenie wydajności chłodniczej zmniejsza temperaturę wody lodowej, ale zwiększa też ryzyko zadziałania zabezpieczenia przeciwzamrożeniowego, zwiększa też ryzyko rozbiegania układu sterowania.

Minimalna pojemność zładu wody lodowej to kluczowa wartość każdej instalacji. Pojemność cieplna zładu musi być większa niż bezwładność energetyczna agregatu związana z ponownym uruchomieniem sprężarek. Jest to tzw. pojemność czynna instalacji wody lodowej (czyli z wyłączeniem chłodnic klimakonwektorów, central klimatyzacyjnych itp. odciętych zaworami). Poniżej podaję sposób jego określenia (są to przykłady czysto teoretyczne).

* Przykład 1:

Z instalacją współpracuje agregat wody lodowej o wydajności chłodniczej nominalnej 50 kW z jedną sprężarką typu on-off. Minimalny czas ponownego załączenia sprężarki po wyłączeniu Δt to 4,5 minuty (270 s). Czas reakcji na wzrost temperatury wynosi 180 s. Histereza wynosi ΔT = 1,5 K (temperatura na wlocie dla załączenia sprężarki >13,5°C, temperatura dla wyłączenia sprężarki 12°C). Czynnikiem transportującym energię w zładzie jest woda wodociągowa (c = 4,192 kJ/kg, ρ = 1000 kg/m3). Wielkość zładu [V] wynosi:

V= Q2 * Δt/(ΔT * c * ρ) = 50 * 270/(1,5 * 4,192 * 1000) = 2,15 [m3].

* Przykład 2:

Z instalacją współpracuje agregat wody lodowej o wydajności chłodniczej nominalnej 50 kW w sekcjach 20 i 30 kW. Bardziej niekorzystny stopień wydajności chłodniczej to Q2 = 30 kW. Minimalny czas ponownego załączenia sprężarki po wyłączeniu Δt to 4,5 minuty. Czas reakcji na wzrost temperatury wynosi 180 s, czyli jest mniejszy. Histereza wynosi ΔT = 1,5 K. Czynnikiem transportującym energię w zładzie jest woda wodociągowa. Wielkość zładu [V] wynosi:

V= Q2 * Δt/(ΔT * c * ρ) = 30 * 270/(1,5 * 4,192 * 1000) = 1,28 [m3].

* Przykład 3:

Z instalacją współpracuje agregat wody lodowej o wydajności chłodniczej nominalnej 50 kW ze sprężarką z płynną regulacją wydajności chłodniczej w zakresie 25÷100% (minimalna wydajność chłodnicza 12,5 kW). Minimalny czas ponownego załączenia sprężarki po wyłączeniu Δt to 4,5 minuty. Czas reakcji na wzrost temperatury wynosi 100 s. Histereza wynosi ΔT = 1,5 K (dla pracy w zakresie poniżej płynnej regulacji wydajności chłodniczej). Czynnikiem transportującym energię w zładzie jest woda wodociągowa. Wielkość zładu [V] wynosi:

V= Q2 * Δt/(ΔT * c * ρ) = 12,5 * 270/(1,5 * 4,192 * 1000) = 0,53 [m3].

Wielkość zładu powinna być ok. 10÷15% większa od obliczeń. Nie powinna ona być zbyt duża z kilku powodów. Jakich?
O tym w następnej części.

Piotr Celmer

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij