Excellence in
Performance
Una nuova generazione di
compressori a vite a velocità di
rotazione variabile per refrigeratori
di liquido e pompe di calore
A New Generation of Frequency
Controlled Screw Compressors for
Liquid Chillers and Heat Pumps
SV-0801-I-GB
Una nuova generazione di compressori a vite a velocità
di rotazione variabile per refrigeratori di liquido e pompe
di calore
A new generation of frequency-controlled (VSD) screw
compressors for liquid chillers and heat pumps
1.
Introduzione
3
1.
Introduction
3
2.
Indici per la comparazione dell'efficienza
del sistema
2.
3
Characteristic numbers for comparing
system efficiencies
3
Modalità di regolazione della potenza del
compressore
3.
Methods of compressor capacity control
4
4
4.
Refrigeratori di liquido e pompe di calore con
compressori a vite compatti
Liquid chillers packages and heat pumps
with compact screw compressors
5
5
5.
Una nuova generazione di compressori
a vite HSK a regolazione di frequenza
A new generation of frequency-controlled
HSK screw compressors
6
6.
Summary
3.
4.
5.
6.
Conclusioni
Compressori a vite a velocità variabile
– universale e flessibile grazie ad un kit modulare
– tecnologia innovativa ed affidabile
6
12
12
Frequency-controlled Screw compressors
– universal and flexible by modular assembly
– innovative and proven technology
Compressore HSK modificato per un
campo di frequenza 20 – 90 Hz
Adapted HSK screw compressor for
a frequency range of 20 – 90 Hz
Speciale inverter di frequenza
adattato al motore del compressore
Frequency inverter especially tuned
to the compressor motor
Separatore d'olio compatto ad alta efficienza
per ampi intervalli di portata volumetrica
Compact high performance oil separator for
wide volume flow range
Gamma di potenza / Dati tecnici vedi pag. 7
Capacity ranges / Technical data see page 7
2
SV-0801-I-GB
1.
1.
Introduzione
Introduction
Il fabbisogno di climatizzazione di edifici privati e commerciali
come pure il raffreddamento di processi e di impianti industriali
è in continuo aumento in tutto il mondo. Lo spettro di potenza
va dai pochi watt del raffreddamento del microprocessore
fino ai diversi megawatt della climatizzazione centralizzata
dei complessi edilizi. Negli ultimi anni accanto ai processi di
raffreddamento, il centro dell'attenzione si è spostato anche
sulla produzione di calore (per applicazioni di processo e per
riscaldamento) tramite le pompe di calore.
The demand for air-conditioning in private and commercial
buildings as well as refrigeration for industrial processes
and plants is increasing continuously worldwide. The capacity ranges from a few watts for microprocessor cooling
up to several megawatts for centralized aircon systems in
building complexes. During the past years, and apart from
refrigeration, the efficient generation of heat (process heat,
heating) by means of heat pumps has become a central
issue.
Data la molteplicità di applicazioni con le loro specifiche esigenze e l'ampio spettro di potenza, vengono utilizzati diversi
metodi di raffreddamento e di riscaldamento. In considerazione dei crescenti costi energetici e degli adempimenti di
legge, acquista sempre più importanza l'efficienza dei sistemi
utilizzati. In particolare l'effettivo adeguamento della potenza
frigorifera e termica al fabbisogno dello specifico del processo sia quotidiano che stagionale consente di minimizzare
il fabbisogno energetico.
Due to the many different applications with their specific
requirements and a wide capacity range, several cooling
and heating methods are used. Due to increasing energy
costs as well as legal regulations, the efficiency of the
employed systems is becoming ever more important. In
particular, the efficient adaptation of cooling/heating capacity to the process-specific demands, and to daily and
seasonal cycles, results in minimized energy requirements.
In seguito sono comparate le attuali possibilità di adeguamento della potenza dei compressori in refrigeratori di liquido
e di pompe di calore e la concezione così come l'applicazione di una nuova generazione di compressori a vite a
velocità di rotazione variabile.
2.
Indici per la comparazione dell'efficienza del
sistema
In passato, per valutare l'efficienza di un impianto, si considerava in primo luogo il coefficiente di prestazione (COP /
EER) a pieno carico in condizioni di progetto. Solitamente
non veniva considerato né il profilo della temperatura nel
luogo di installazione dell'impianto né il profilo del carico
dell'applicazione specifica. Sono tuttavia questi due parametri i fattori determinanti per la potenza erogata da refrigeratori di liquido e da pompe di calore nel ciclo annuo.
This article compares the currently available possibilities
for adapting compressor capacities for liquid chillers and
heat pumps, and describes the concept and application of
a new generation of frequency-controlled screw compressors.
2.
Characteristic numbers for comparing system
efficiencies
Previously, a plant's efficiency was assessed mainly considering the coefficient of performance (COP / EER) under
full load at the design point. But frequently, neither the temperature profile at the operating site, nor the load profile of
the specific application were taken into account. However,
both of these parameters are major influencing factors for
the installed cooling capacity of liquid chillers and heat
pumps during the yearly cycle.
Parametri per ESEER / parameters (Eurovent)
Temperatura ambiente
Ambient temperature
Gradini di potenza
Capacity steps
[%]
Pesi
Weighting coefficients
[%]
100
75
50
25
3
33
41
23
(1)
(42)
(45)
(12)
Valori tra parentesi / values in brackets ¡ ARI550/590
Calcolo ESEER / calculation
ESEER = 0.03 x EER100% + 0.33 x EER75%
+ 0,41 x EER50% + 0.23 x EER25%
Gradini di potenza
Capacity steps
Fig. 1
Condizioni di riferimento per gli indici ESEER e IPLV
SV-0801-I-GB
Fig.1
Reference conditions for ESEER and IPLV data
3
Poiché la determinazione di questi fattori individuali è complessa, sono stati definiti dei parametri specifici per la valutazione di sistemi per la climatizzazione civile.
Since the determination of these individual factors is difficult,
corresponding characteristic numbers have been defined
for the assessment of comfort air conditioning systems:
In Europa è stato per esempio definito per i refrigeratori di
liquido l'ESEER (European Seasonal Energy Efficiency Ratio
– secondo EUROVENT) e negli USA l'IPLV (Integrated Part
Load Value – secondo ARI 550/590). I parametri descrivono
l'efficienza media complessiva o il fabbisogno medio di
energia di un sistema in rapporto alla potenza frigorifera.
Entrambi si riferiscono ad una definita frequenza oraria
(media pesata) delle diverse condizioni di carico in dipendenza della temperatura ambiente.
For example, for liquid chillers the ESEER (European
Seasonal Energy Efficiency Ratio – acc. to EUROVENT)
was agreed in Europe, and the IPLV (Integrated Part Load
Value – acc. to ARI 550/590) in the USA. These numbers
describe a relative overall energy efficiency ratio or the
average energy requirements of a system in relation to the
cooling capacity. Both values are referred to a defined
occurrence frequency (weighting) of the load status as
a function of the ambient temperature.
Questi parametri sono pertanto "idealizzati" e non descrivono
in modo sufficiente il comportamento dinamico dell'impianto,
inoltre non vengono prese in considerazione le effettive
condizioni di carico ed i profili di temperatura delle diverse
zone climatiche. Tuttavia questo metodo di comparazione
semplificato è più adatto per la valutazione di un sistema
rispetto alla valutazione nelle sole condizioni di progetto.
These characteristic numbers are "idealized", and do not
adequately describe the plant's dynamic behaviour. Moreover, real load conditions as well as temperature profiles of
different climatic zones are not considered. Nonetheless,
this simplified comparison method for assessing a system
is better suited than an evaluation only based on maximum
design conditions.
Si deve inoltre tener conto del fatto che fra dati di ESEER
e di IPLV (ARI) vi sono differenze abbastanza grandi in
ragione delle diverse condizioni di riferimento e che pertanto non è possibile una comparazione diretta (vedi
Fig. 1). Analogamente le comparazioni di efficienza fra
tecnologie di compressori con caratteristiche di funzionamento molto differenti (per esempio quelli a vite rispetto
ai turbo) sono possibili solo con grandi riserve. Piccole
differenze nel profilo effettivo di carico possono portare
a grosse variazioni dei parametri ESEER-/IPLV e in questo
modo condurre ad un'interpretazione errata.
Hereby, it must be remembered that due to different reference conditions, there are considerable differences between ESEER and IPLV data (ARI), so that a direct comparison is not possible (see Fig. 1). Similarly, efficiency
comparisons between compressor technologies with
completely different operating characteristics (e.g. screw
vs. turbo) are possible only with great reservations. Here,
only slight differences in the actual load profile can lead to
large changes in the ESEER/IPLV certifications, and can
therefore result in misinterpretations.
3.
3.
Modalità di regolazione della potenza del compressore
I diversi procedimenti per la regolazione della potenza
sono descritti dettagliatamente nella brochure BITZER
"Competence in capacity control" [1] (Competenza nella
regolazione della potenza). Qui di seguito viene indicato
un elenco dei metodi usati più frequentemente nei refrigeratori di liquido e nelle pompe di calore:
a. Collegamento in parallelo di compressori con funzionamento ON/OFF
b. Compressori a vite con regolazione della valvola a
cassetto (a gradini o continua)
c. Compressori con numero di giri variabile (inverter di
frequenza)
d. Compressori scroll con sollevamento intermittente
delle spirali
e. Compressori a pistoni con testata parzializzata –
agradini o intermittente.
Nella descrizione che segue sono considerati in primo luogo
i metodi utilizzati nei compressori a vite ed anche il loro comportamento prestazionale e di efficienza nei refrigeratori di
liquido. Con questa tecnologia viene utilizzata soprattutto
la regolazione della valvola a cassetto, che consente un
utilizzo semplice, universale ed efficiente [2]. In aggiunta
a questo vengono offerti compressori di recente creazione
con inverter di frequenza per la regolazione continua della
potenza (vedi Paragrafo 5).
4
Methods of compressor capacity control
The different methods for capacity control are described in
detail in the BITZER brochure "Competence in Capacity
Control" [1]. Listed below are the most widely used control
methods for liquid chillers and heat pumps:
a. Parallel operation of compressors with On/Off control
b. Screw compressors with slider control (stepped or
infinite)
c. Variable-speed compressors (frequency inverter)
d. Scroll compressors with intermittent lifting of the
spirals
e. Reciprocating compressors with blocked suction
(stepped or intermittent).
The following description deals primarily with the methods
used for screw compressors, as well as their capacity and
efficiency behaviour in liquid chiller applications. This technology is mostly equipped with slider control since this
method can be applied as a simple, universal and efficient
solution [2]. In addition, newly developed compressors with
frequency inverters for infinite capacity control are available
(see section 5).
SV-0801-I-GB
4.
Refrigeratori di liquido e pompe di calore con
compressori a vite compatti
4.
Liquid chillers packages and heat pumps with
compact screw compressors
Nel campo delle medie potenze (fino a 1500 kW) oggi vengono utilizzati in prevalenza compressori a vite con refrigerante R134a. Inoltre i compressori a vite compatti si sono
affermati grazie al loro semplice utilizzo, alta affidabilità,
economicità in un ampio campo di applicazione e la regolazione della potenza a piccoli gradini o continua in gruppi
refrigeranti di liquido e in pompe di calore.
Nowadays, screw compressors are predominantly used in
the mid-capacity range (up to 1500 kW), with R134a as
refrigerant. Hereby, compact screw compressors have
become the preferred choice for liquid chiller and heat
pump applications due to their simple use, high reliability,
efficiency over a wide working range, and finely stepped
or infinite capacity control.
La regolazione di potenza a gradini o continua avviene tramite la variazione del volume di aspirazione modificando la
geometria di aspirazione utilizzando la valvola a cassetto.
Nel compressore sono integrati il separatore e la gestione
dell'olio, che non richiedono nessuna spesa aggiuntiva di
installazione. Con il collegamento di un'iniezione di liquido
o di un raffreddatore esterno dell'olio, i compressori possono
essere usati anche in zone climatiche molto calde e in applicazioni in pompa di calore con alte temperature di condensazione. Questo rende i compressori a vite compatti più
flessibili e universali per esempio rispetto a quelli turbo, che
nel funzionamento con carico parziale possono essere utilizzati efficientemente solo con bassi rapporti di pressione
(per esempio lungo la linea caratteristica teorica di ESEER /
IPLV). Poiché i profili effettivi di temperatura e di carico
molto spesso si discostano dai valori standard idealizzati,
nel funzionamento pratico risultano per lo più vantaggi di
efficienza per i compressori a vite compatti. La connessione
di economizzatore integrata nella valvola a cassetto consente inoltre in tutte le condizioni di carico un ulteriore miglioramento dell'efficienza energetica.
Stepped or infinite capacity control is achieved by shifting
the suction port edge with a slider which varies the suction
volume. Oil separator and oil management are integrated
in the compressor, and do not require any additional installation work. By means of liquid injection or an external
oil cooler, it is also possible to use the compressors in
hot climatic zones, and heat pump applications with high
condensing temperatures. This makes compact screw
compressors more flexible and universal than e. g. turbo
compressors, which can only be used efficiently with low
pressure ratios under part-load conditions (e.g. along the
rather theoretical ESEER / IPLV curve). As the actual temperature and load profiles often deviate from the idealized
standard values, compact screw compressors are usually
more efficient in practical operation. Hereby, the economiser connection integrated in the slider provides even
further energy efficiency improvement under all load conditions.
Fig. 2
Fig. 2
Schematizzazione di un refrigeratore di liquido con
compressore a vite compatto CSH e condensatore
raffreddato ad aria
SV-0801-I-GB
Schematic diagram of a liquid chiller with CSH compact
screw and air-cooled condenser
5
Il costo di installazione dei vite compatti è modesto grazie
al separatore dell'olio integrato, anche il controllo elettrico
può essere eseguito in modo relativamente semplice. La
controllo a cassetto consente una regolazione della potenza
con semplici sequenze di comando. Non sono necessari
tempi di interruzione fra i singoli stadi di potenza e anche
l'avvio dopo il normale spegnimento del compressore è
possibile senza logiche particolari e senza ritardi. Questo
consente un rapido adattamento della potenza del compressore alle esigenze dell'impianto e con ciò una gestione
ottimale della temperatura.
Thanks to the integrated oil separator, the installation work
for compact screws is limited, and also the electrical control
circuits are comparatively simple. The slider control permits
capacity to be varied with simple control sequences. There
is no need for pauses between individual capacity steps,
and starting the compressor after a normal shut-off is also
possible without any special start-up logic or delays. This
ensures fast adjustment of the compressor's capacity to the
demands from the plant, and therefore optimum temperature control.
5.
5.
Una nuova generazione di compressori a vite HSK
a regolazione di frequenza
A new generation of frequency-controlled
HSK screw compressors
I primi impianti con i compressori a vite BITZER e regolazione a frequenza variabile furono realizzati già a metà
degli anni '80. Da allora sono in uso molte migliaia di compressori, per cui si sono potute raccogliere vaste esperienze
sia riguardo alla tecnologia del compressore che dell'inverter [1].
The first plants with BITZER screw compressors and
variable-frequency drive were introduced back in the
mid-1980's. Since then, thousands of compressors have
gone into operation, whereby extensive experience has
been gathered both in compressor and inverter technology [1].
Con la nuova serie di compressori qui presentata per refrigeratori di liquido e pompe di calore, è stato compiuto un
ulteriore passo avanti, ponendo in risalto, oltre all'elevata
efficienza ed alla nota affidabilità dei compressori BITZER,
anche l'universale applicabilità e flessibilità.
A further innovative step in development was completed
with the introduction of the new compressor series for liquid
chillers and heat pumps as described here, whereby special emphasis was placed on high efficiency, the pro-verbial
reliability of BITZER compressors, plus universal application
and flexibility.
I compressori a vite HSK a regolazione di frequenza completano l'offerta dei compressori a vite compatti CSH. Con
questa tecnologia si possono raggiungere ulteriori miglioramenti di efficienza in sistemi caratterizzati da lunghi periodi
di funzionamento con basso carico e basse temperature
di condensazione.
The frequency-controlled HSK screw compressors supplement the range of CSH compact screws. By means of this
technology, it is possible to achieve even further efficiency
improvements in systems with particularly long operating
periods at low part loads and low condensating temperatures.
Inverter di frequenza
Frequency Inverter
Compressore
Compressor
N 1
Separatore d'olio
Oil Separator
Fig. 3
6
Schematizzazione del kit modulare compressore / inverter /
separatore
Fig. 3
Schematic diagram of the modular assembly –
Compressor / frequency inverter / oil separator
SV-0801-I-GB
The concept is based on a modular assembly (Fig. 3),
which can be combined according to the requirements:
– Semi-hermetic compressor based on proven models in
specifically adapted versions for extended speed range
(20 – 90 Hz),
– frequency inverters specially matched to motor and
compressor characteristics,
– horizontal, compact multi-stage oil separator.
Intervalli di potenza
Capacity ranges
Potenza frigorifera *
Cooling capacity *
Il progetto si basa su un gruppo modulare (Fig. 3), che si
può combinare secondo le esigenze:
– Compressore semiermetico derivato da serie collaudate,
in esecuzione specificatamente adattata per un ampio
campo di frequenze (20 – 90 Hz),
– inverter di frequenza adattato alla caratteristica del
motore e del compressore,
– separatore dell'olio compatto orizzontale a più stadi.
* to 5°C / tc 50°C / R134a
Technical data
Compressore tipo
Compressor
type
Spostamento Spostamento
Connessioni
volumetrico volumetrico
Linea
Linea scarico
min 20 Hz
max 90 Hz
aspirazione
Pipe connections
DisplaceDisplaceDischarge line
Suction line
ment min.
ment max.
20 Hz
90 Hz
m3/h
m3/h Œ
mm
inch
mm
inch
Separatore
olio per
Sistema DX
Carica
olio
Inverter
tipo
Massima
corrente di
servizio
Tensione
inverter
Oil separator
DX systems
Oil
charge
Inverter
type
max.
working
current
A
Inverter
voltage
l
HSK7471-70VS
99
446
54
2 1/8
76
3 5/8
OAH 2888
28
BTZ1
HSK8551-80VS
126
567
76
3 1/8
DN
100
OAH 2888
28
BTZ2
230
144
574 Œ
76
3 1/8
DN
100
OAH 2888
28
BTZ4 Œ
275 Œ
HSK8561-90VS
144
646
76
3 1/8
DN
100
OAH 2888
28
BTZ4
275
HSK8571-110VS
164
738
76
3 1/8
DN
100
OAH 2888
28
BTZ4
305
HSK8561-90VS
Œ
190
400..480 V/3/50 Hz
Dati tecnici
ΠHSK8561-90VS per campo di frequenze da 20 a 80 Hz Рin alternativa a HSK8551-80VS (da 20 a 90 Hz)
ΠHSK8561-90VS for frequency range 20 to 80 Hz Рalternative to HSK8551-80VS (20 to 90 Hz)
Fig. 4
Intervalli di potenza e dati tecnici del kit modulare – Abbinamento standard per refrigeratori di liquido e pompe di
calore con condensatore ad aria e espansione secca
SV-0801-I-GB
Fig. 4
Capacity ranges and technical data of the modular
assembly – standard layout for chillers with air-cooled
condensers and DX coolers
7
5.1 Esecuzione del compressore e caratteristica
di potenza
5.1 Compressor version and performance
characteristics
Diversamente dalla regolazione a cassetto dei vite compatti
CSH, la regolazione della potenza in questa versione di
compressori con variazione del numero dei giri avviene
tramite un convertitore di frequenza esterno. In virtù di una
regolare erogazione di portata, dell'alta stabilità del numero
dei giri e di un uniforme andamento della coppia motrice,
i compressori a vite sono particolarmente adatti per questo
tipo di azionamento. Caratteristica tipica di questa nuova
serie di costruzione è il campo di velocità straordinariamente ampio con uno spettro di frequenza da 20 fino a
90 Hz. Rispetto al funzionamento sincrono a 50 Hz la potenza frigorifera del compressore può essere aumentata in
questo modo di circa 80% e realizzare un campo di regolazione di 1:4,5. Grazie alle elevate prestazioni specifiche
risultano inoltre dimensioni ridotte e pesi più bassi rispetto
ai compressori con numero di giri fisso.
Contrary to the slider control of CSH compact screws, capacity control of this compressor version is achieved by
means of an external frequency inverter. Due to the uniform
discharge characteristics, excellent speed stability, and a
smooth torque curve, screw compressors are particularly
suited for this type of drive. A distinctive feature of the new
series is the exceptionally wide speed range with a frequency spectrum of 20 – 90 Hz. Compared with synchronous
operation at 50 Hz, this enables the compressor's cooling
capacity to be increased by about 80%, with a control
range of 1:4,5. Moreover, because of the high power density, this leads to smaller overall dimensions and a lower
weight compared to fixed-speed compressors.
In order to obtain maximum flexibility, the frequency inverter
and oil separator were not integrated in the compressor
(see Fig. 3 and the following sections).
Per ottenere massima flessibilità il convertitore di frequenza
e il separatore d'olio non sono stati integrati nel compressore (vedi anche fig. 3 ed i paragrafi successivi).
Rendimento volumetrico /
rendimento isoentropico
Volumetric efficiency / Toal effiency
I compressori presentano un livello di rendimento volumetrico e di compressione costantemente alto in tutto il campo
di frequenze. (Fig. 5). La caduta di rendimento tipica dei
compressori standard a basso ed alto numero di giri ha
potuto essere evitata con una speciale adattamento del
motore e dell'inverter di frequenza come pure con l'ottimizzazione del rapporto volumetrico "intrinseco" (Vi) e delle
sezioni fluidodinamiche.
The compressors exhibit uniformly high volumetric and
isentropic efficiencies across the entire frequency range
(Fig. 5). By means of special matching of motor and
frequency inverter, as well as the "built-in" volume ratio (Vi)
and the flow cross sections, it was possible to prevent the
typical efficiency losses of standard compressors at low
and high speeds.
Rendimento volumetrico
Volumetric efficiency
Rendimento isoentropico
(incluso inverter)
Total efficiency (incl. inverter)
Gradini di potenza
Capacity steps
Fig. 5
8
Rendimento volumetrico e rendimento isoentropico al variare
della frequenza nelle condizioni di riferimento ESEER
Fig. 5
Development of volumetric and isentropic efficiencies
across the frequency range for ESEER reference conditions
SV-0801-I-GB
Con queste soluzioni si possono raggiungere alle condizioni
di sistema precedentemente descritte (prevalente funzionamento a carico parziale e bassa temperatura di condensazione) aumenti nell'ESEER del 10% e più. La fig. 6 mostra una
comparazione relativa con i vite compatti, in cui risulta evidente, che nel funzionamento a pieno carico risultano degli
svantaggi – principalmente dovuti alle perdite del convertitore – e dei vantaggi in condizioni di parzializzazione.
Thanks to these measures, and under the system conditions described above (mainly part-load operation and
low condensing temperatures), increases of 10% and
more in ESEER can be achieved. Fig. 6 shows a relative
comparison with compact screws, which illustrates that
disadvantages occur under full load – mainly due to inverter losses – and conversely, advantages arise with low
part-loads.
Le spese aggiuntive risultanti per il convertitore di frequenza
possono essere in parte compensate con la ridotta taglia del
compressore. Vanno inoltre considerati anche i potenziali risparmi nella componentistica elettrica, nei controlli e nel sistema
di rifasamento, per cui le spese di investimento aumentano
solo moderatamente.
The additional costs incurred for the frequency inverter are
partly offset by the reduced compressor size. Furthermore,
savings are possible in electrical equipment, controls, and
power factor correction, so that investment costs for the
entire system only increase moderately.
5.2 Inverter di frequenza
5.2 Frequency inverter
L'inverter di frequenza è un'unità specificatamente adattata
alla caratteristica del compressore e del motore, la parametrizzazione viene impostata in fabbrica. L'inverter va
integrato nel quadro elettrico, in questo modo vibrazioni
o agenti atmosferici non possono influire sull'elettronica.
L'impostazione modulare consente anche una combinazione individuale adattata alle condizioni di funzionamento
del compressore e del convertitore di frequenza, per esempio con l'utilizzo di un modello di inverter più piccolo nei
gruppi refrigeranti con condensatore raffreddato ad acqua.
The frequency inverter has been specially matched to
the compressor and motor characteristics, whereby the
parameters have already been set in the factory. It is
mounted in the control cabinet, so that vibrations and
weather influences have no effect on the electronics.
Similarly, the modular concept also permits an individual
combination of compressor and frequency inverter for
precise matching to the operating conditions – e.g. by
using smaller units for chillers with water-cooled condenser.
Apart from the infinite capacity control, this drive concept
also offers a soft-start function for the motor, with significantly reduced starting current (Fig. 7) as well as power
factor correction.
COP del compressore *
Compressor COP *
Peso dei gradini di potenza
Weighting coefficient for capacity steps
Oltre alla regolazione continua della potenza, questo tipo
di azionamento consente anche un avviamento dolce del
motore, con valori di corrente di avviamento (Fig. 7) sensibilmente ridotti unitamente alla compensazione della
potenza reattiva.
Gradini di potenza
Capacity steps
Fig. 6
Caratteristica di efficienza in dipendenza del profilo di
carico e della temperatura ambiente
SV-0801-I-GB
Fig. 6
* riferito alla potenza frigorifera
* riferito alla potenza frigorifera
* related to cooling capacity
* related to cooling capacity
Efficiency characteristic in reference to load profile and
ambient temperature
9
250
200
Corrente / Current [A]
150
100
50
0
-50
-100
-150
-200
-250
0
2
4
6
8
10
Tempo / Time [s]
Fig. 7
Andamento della corrente durante l'avviamento
Fig. 7
Current characteristics at compressor start
5.3 Separatore dell'olio
5.3 Oil separator
In ragione dall'ampia gamma di frequenze di regolazione e di
possibili applicazioni, per questa serie di compressori sono
stati sviluppati separatori d'olio compatti di alte prestazioni ti
tipo orizzontale. Anche in questo caso si sono dimostrati
determinanti i vantaggi derivanti da un sistema modulare.
Due to the large bandwidth of control range and applications, extremely compact, high-performance horizontal oil
separators were developed for this compressor series. Also
here, the advantages of a modular design proved to be
trend setting.
L'abbinamento standard (Fig. 4) dei separatori dell'olio con
i compressori è ottimizzata per i refrigeratori di liquido e
per le pompe di calore ad espansione secca (Fig. 8). Per i
sistemi allagati (Fig. 9) il separatore d'olio può essere scelto,
se necessario, con un maggiore efficienza di separazione,
rendendo superfluo l'utilizzo di un separatore secondario
addizionale. A seconda del dimensionamento si può semplificare il dispositivo di recupero dell'olio dall'evaporatore
allagato. Un altro vantaggio del separatore esterno è la
possibilità di una disposizione ottimale dei componenti con
conseguente risparmio di spazio all'interno del refrigeratore.
E' anche possibile un funzionamento parallelo di più compressori su un separatore dell'olio comune.
The standard arrangement (Fig. 4) of oil separator and
compressors has been optimized for liquid chillers and
heat pumps with DX design (Fig. 8). For flooded systems
(Fig. 9), an oil separator with improved separation efficiency
can be selected, whereby an additional secondary separator is unnecessary. Depending on design, it might also
be possible to simplify the required oil rectifier from the
evaporator. A further advantage of an external oil separator
is the possibility for an individual and space-saving location
in the chiller. Moreover, parallel operation of several compressors with a common oil separator is also possible.
5.4 Struttura del sistema
5.4 System layout
L'alta flessibilità di questa impostazione modulare consente
una costruzione del sistema simile a quella dei compatti a
vite. Diverso è solo il montaggio del separatore dell'olio. Le
figure qui sotto mostrano rispettivamente un esempio di
esecuzione per refrigeratori con espansione diretta e con
evaporatore allagato.
The high flexibility of this modular assembly permits a
similar system layout as for compact screws. The only
difference is the inclusion of an oil separator. The figures
below show one example each for chillers with direct
expansion and flooded operation.
10
SV-0801-I-GB
Fig. 8
Schematizzazione di un refrigeratore di liquido con compressore con regolazione di frequenza, condensatore
raffreddato ad aria e evaporatore ad espansione secca
Fig. 8
Schematic diagram of a liquid chiller with frequencycontrolled compressor, air-cooled condenser, and direct
expansion evaporator
Fig. 9
Schematizzazione di un refrigeratore di liquido con compressore con regolazione di frequenza, condensatore
raffreddato ad acqua ed evaporatore allagato
SV-0801-I-GB
Fig. 9
Schematic diagram of a liquid chiller with frequencycontrolled compressor, water-cooled condenser, and
flooded evaporator
11
Un potenziale ulteriore miglioramento può in generale essere
ottenuto, con i sistemi bi-circuito, con una modificata circuitazione delle due batterie condensanti [3]. Con questa particolare esecuzione, nel funzionamento a carico parziale, si ha
a disposizione una superficie di scambio termico maggiore,
per cui la differenza di temperatura nel condensatore si
riduce, migliorando l'efficienza.
6.
Conclusioni
For redundancy reasons, medium-capacity liquid chillers
are mainly built with two separate refrigerant circuits and
a common secondary circuit. In conjunction with the technology described above new technical solutions can be
realised such as combining a speed-controlled compressor
with a CSH compact screw instead of identical two compressors. Depending on the load profile and with optimum
control, this solution may be advantageous in energy
demand.
Additional scope for improvement with dual-circuit chillers
can be achieved by means of a modified piping arrangement between the two condenser coils [3]. Under part-load
operation, this option provides a considerably larger heat
transfer surface, which reduces the temperature difference
in the condenser and thereby improves efficiency.
6.
Nei refrigeratori di liquido e nelle pompe di calore nel campo
di potenza medio vengono oggi preferibilmente utilizzati i
compressori a vite compatti con il refrigerante R134a. Questi
compressori si contraddistinguono per l'alta affidabilità, economicità in un ampio campo di utilizzo e una regolazione
efficiente di potenza.
Una nuova generazione di compressori a vite con regolazione di frequenza completa la gamma dei vite compatti
CSH. Con questa tecnologia innovativa si possono raggiungere ulteriori miglioramenti di efficienza in sistemi con
lunghi periodi di funzionamento a ridotto carico e basse
temperature di condensazione. Il progetto comprende un
kit modulare composto da compressore, convertitore di
frequenza e separatore d'olio, con il quale è consentita
massima flessibilità ed universalità d'impiego.
Summary
Today, compact screw compressors with refrigerant R134a
are the preferred choice for medium-capacity liquid chillers
and heat pumps. They are distinguished by outstanding
reliability, economic operation over a wide working range,
and highly efficient capacity control.
A new generation of frequency-controlled screw compressors supplements the range of CSH compact screws. With
this innovative technology, further efficiency improvements
are achievable in systems with particularly long operating
periods at low part loads and low condensing temperatures. The concept consists of a modular assembly with
compressor, frequency inverter, and oil separator, which
ensures utmost flexibility for universal application possibilities.
Note bibliografiche e riferimenti
References
[1] BITZER Sonderausgabe (Edizione speciale) 09.2004:
Eine neue Generation optimierter KompaktSchraubenverdichter für R134a
(Una nuova generazione di compressori a vite
compatti ottimizzati per R134a)
[2] BITZER Broschüre A-600:
Kompetenz in Leistungsregelung
(Brochure A-600: Competenza nella regolazione di
potenza)
[3] E. Fornaseri, M. Corradi, L. Cecchinato (University of
Padova), P. Trevisan (Bitzer Italia) –
Presentazione al Politecnico di Milano, Giugno 2007:
"Seasonal energy efficiency (ESEER) of different
installation solutions of chillers using screw
compressors for R134a"
[1] BITZER Special Edition 09.2004:
A new generation of optimized compact screw
compressors for R134a
[2] BITZER brochure A-600:
Competence in Capacity Control
[3] E. Fornaseri, M. Corradi, L. Cecchinato (University of
Padua), P. Trevisan (Bitzer Italia) –
Presentation at the Polytechnic Milan, in June 2007:
"Seasonal energy efficiency (ESEER) of different
installation solutions of chillers using screw
compressors for R134a"
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Con
Subject
riserva
to change
di appertare
/ Con riserva
modifiche
di appertare
/ Subject to
modifiche
change 03.08
I refrigeratori di liquido di media potenza vengono eseguiti,
per necessità di ridondanza, con due circuiti frigoriferi separati e un circuito secondario comune. Considerando la tecnologia qui presentata, è possibile realizzare nuove soluzioni
tecniche come per esempio la combinazione di un compressore a velocità variabile con uno di tipo compatto CSH, al
posto di compressori identici. A seconda del reale profilo di
carico, questa esecuzione, dotata di opportuna logica di
regolazione, potrebbe rappresentare la soluzione ottimale
da un punto di vista energetico.