S I LV E R B U L L E T
C o n c e p t
C h i l l e r
270 kW
...since 1963
I TA L I A N O • E N G L I S H
Concept Chiller
SILVERBULLET
Concept Chiller
RC GROUP, leader mondiale nel condizionamento per il
settore tecnologico, investe in ricerca oltre il 5% del proprio fatturato.
Sempre attenta all’evolversi delle nuove tecnologie, in occasione di Mostra Convegno 2004, anticipa le tendenze future presentando ufficialmente SILVER BULLET, il Concept
Chiller basato su due elementi innovativi: la tecnologia “Oil
Free” ed il controllo della potenza frigorifera tramite inverter.
RC GROUP, world leader in air conditioning for hi-tech.
applications, invests more than 5% of its turnover in
research.
Following the new technologies evolution, in Mostra
Convegno 2004 RC GROUP anticipates the future trends
and formally presents SILVER BULLET, the Concept Chiller
based on two innovative elements: “Oil-Free” technology
and the cooling power control through inverter.
TECNOLOGIA OIL-FREE
• LA
Nei circuiti frigoriferi tradizionali l’olio serve a lubrificare
TECHNOLOGY
• OIL-FREE
In traditional cooling circuits oil is needed to lubricate the
i cuscinetti o le bronzine dei compressori.
L’olio si trova all’interno del circuito frigorifero dove si
miscela in varia misura con il refrigerante. La sua presenza è una complicazione perché da un lato diminuisce
le prestazioni energetiche, in quanto peggiora i
coefficienti di scambio, dall’altro richiede un accurato
disegno delle tubazioni e dei componenti del circuito frigorifero per consentirne il ritorno verso il compressore.
Nei sistemi oil-free, invece, la manutenzione diventa
molto più semplice, perché si eliminano tutti i problemi
connessi alle reazioni chimiche provocate dal contatto
tra l’olio estere, usato con i refrigeranti ecologici, ed eventuali residui di umidità nel circuito, che possono portare
alla creazione di acidi estremamente dannosi.
Eliminando completamente l’olio si migliora l’efficienza
energetica di oltre il 5%.
compressors bearings.
The oil is inside the cooling circuit where it is mixed with
the refrigerant. Its presence is a complication because it
decreases the energy performances worsening the
exchange coefficients, and on the other hand it requires a
precise design of cooling circuit ducts and components to
assure its return to the compressor.
In Oil-Free systems, the maintenance is easier without oil
presence, because we avoid all the problems linked to
chemical reactions between ester oil, used with green
refrigerants, and humidity traces in the circuit, which can
lead to the creation of dangerous acids.
By totally eliminating the oil, the energy efficiency
increases of more than 5%.
Concept Chiller
Concept Chiller
SILVERBULLET
INVESTIRE NELLA TECNOLOGIA OIL-FREE
• PERCHÉ
La tendenza del futuro sarà quella di costruire compres-
MAKING INVESTMENTS IN OIL-FREE TECHNOLOGY
• WHY
The future trend will be the manufacturing of compressors
sori che non richiedano la presenza di olio lubrificante.
Tentativi di eliminare l’olio sono stati compiuti in passato su compressori a vite, con risultati contrastanti.
Il problema è legato alla lubrificazione dei cuscinetti tradizionali, che nei vite e nei centrifughi risultano particolarmente sollecitati. I costruttori di compressori stanno
lavorando sui cuscinetti, cercando soluzioni alternative,
derivate dall’industria aeronautica.
A fianco dei cuscinetti ceramici, attualmente utilizzati da
alcuni prototipi, si stanno vedendo le prime applicazioni
di sospensione magnetica.
Gli alberi e le giranti dei compressori levitano durante la
rotazione e galleggiano su un cuscino magnetico prodotto
dai cuscinetti.
which won’t require the lubricating oil presence.
In the past some attempts to remove the oil have been
made on screw compressors, with contrasting results.
The problem is connected with the lubrication of
traditional bearings, which are particularly stressed in
screw and centrifugal compressors.
The compressor manufacturers are working on bearings,
trying to find alternative solutions, taken from the
aeronautic industry. Besides ceramic bearings, currently
used for a few prototypes, the magnetic levitation is also
being used.
The compressors shafts and impellers levitate during
rotation and float on a magnetic field, produced by
bearings.
cuscinetto assiale
cuscinetti radiali
axial bearing
albero
radial bearings
z
shaft
y
x
L’assenza dell’olio permette e richiede la sostanziale
riprogettazione del circuito frigorifero, in particolare delle batterie condensanti e dell’evaporatore.
Lo studio richiede tempo e, soprattutto, molte ore di sperimentazione nel campo. E’ una ricerca che dura degli anni.
Per questo RC GROUP ha deciso di investire da subito in
questa particolare tecnologia, per formarsi il necessario
know-how ed essere pronta non appena i compressori
Oil-Free saranno disponibili sul mercato.
Oil absence allows and requires a global redesign of the
cooling circuit, in particular of the condensing coils and of
the evaporator.
This study requires time and, moreover, many training
hours on site. It is a year lasting research.
This is the reason why RC GROUP decided to invest
immediately in this particular technology, in order to gain
the necessary know-how and to be ready as soon as the
Oil-Free compressors are available.
CONTROLLO DELLA POTENZA FRIGORIFERA ME• ILDIANTE
INVERTER
CAPACITY CONTROL THROUGH INVERTER
• COOLING
The cooling power control system is very important
Il sistema di controllo della potenza è molto importante
in quanto influisce molto sull’efficienza energetica in parzializzazione. Generalmente, parlando di efficienza energetica di un gruppo frigorifero, si intende il valore di EER
alle condizioni nominali.
E’ una posizione sbagliata: nessuno comprerebbe mai
un’automobile interessandosi del suo consumo alla massima velocità. Non avrebbe senso: la massima velocità,
viene mantenuta per pochi chilometri, assolutamente
irrilevanti per il consumo di carburante annuale. Quello
che realmente ci interessa è il consumo medio quindi l’efficienza in parzializzazione.
Con i compressori a vite e centrifughi il sistema di regolazione della potenza frigorifera più efficiente è quello a variazione continua del numero di giri tramite inverter. Rispetto ai sistemi tradizionali, l’aumento di rendimento
medio è del 20% per i vite e del 35% ed oltre per i compressori centrifughi. La differenza sta nel loro principio di funzionamento. Senza entrare in dettagli tecnici, si può dire
che i vite sono dei compressori volumetrici, mentre i centrifughi sono dei turbocompressori, maggiormente influenzati, in senso positivo, dalla variazione del numero di giri.
because it affects the energy efficiency in partial load
conditions very much.
As a general rule, when we talk about the energy efficiency
of a chiller, we often mean the EER at nominal conditions.
This is wrong. For example: nobody would buy a car on
the basis of its consumption at maximum speed.
As a matter of fact, the maximum speed is maintained for
a few kilometres, which is absolutely irrelevant for the
annual fuel consumption.
On the contrary, we are interested in average consumption,
which means the efficiency at partial load conditions.
In screw and centrifugal compressors the most efficient
cooling capacity control system is the one with RPM stepless inverter control.
Compared to the traditional systems, the increase in the
average efficiency is of 20% for screw compressors and of
35% and more for centrifugal ones.
The difference lies in their working logic.
Avoiding any technical detail, we can state that screw
compressors are displacement compressors, while
centrifugal ones are dynamic compressors, positively
affected by the RPM step-less control.
Concept Chiller
SILVERBULLET
Concept Chiller
SilverBullet: Il Concept Chiller di RC GROUP
SilverBullet: The RC GROUP Concept Chiller
Per produrre il proprio Concept Chiller SILVER BULLET, RC
GROUP ha svolto una ricerca tra i costruttori di compressori per trovare quello più evoluto, tra quelli costruiti con
tecnologia Oil-Free.
La scelta è caduta su un compressore centrifugo di piccola
taglia, 270 kW, di costruzione canadese, prossimo ad essere introdotto sul mercato anche in modelli più potenti.
RC GROUP è stata la prima azienda a testarlo in Europa,
visto che le prove sono cominciate già nel novembre del
2002.
Questo compressore è caratterizzato da un sistema di cuscinetti a sospensione magnetica. Gli alberi e le giranti dei
compressori levitano durante la rotazione e galleggiano su
un cuscino magnetico, prodotto dai cuscinetti. Sono utilizzati due cuscinetti magnetici
radiali ed uno assiale.
Il sistema è controllato da sensori a retroazione in grado di
misurare in tempo reale gli
scostamenti dell’albero dai
punti corretti di funzionamento. A riposo, l’albero è supportato su degli appoggi in materiale composito al carbonio.
Ciò permette di lavorare ad elevato numero di giri (superiore
ai 40.000 giri/minuto), in modo
da ridurre consistentemente le
dimensioni della girante e dell’intero compressore. Il peso è
limitato a meno di 120 kg, contro gli oltre 700 kg di un vite di
pari potenza.
La regolazione della potenza
avviene mediante un sistema
ad inverter + palette di
prerotazione. All’avviamento i
cuscinetti attivano il campo magnetico e l’albero inizia a
girare lentamente, annullando completamente gli spunti
elettrici.
Una batteria tampone mantiene in funzione il campo magnetico in caso d’interruzione della rete, in modo che l’albero non ricada sui suoi supporti quando ancora sta girando velocemente.
Il primo prototipo costruito è stato un gruppo frigorifero
condensato ad acqua, dove sono stati utilizzati diversi tipi
di evaporatore, sia a secco che allagati. Alla fine è stato
scelto l’evaporatore ideale, costruito appositamente per RC
GROUP da un suo Partner. Contemporaneamente sono stati
provati vari tipi di economizzatore e sono stati testati i
software di controllo del compressore e della valvola termostatica elettronica.
Poi il costruttore di compressori ha fornito alcuni modelli
adatti per la condensazione ad aria: da qui è nato SILVER
BULLET. Un gran lavoro è stato fatto per ottimizzare la geometria e la circuitazione delle batterie condensanti.
I risultati ottenuti sono ottimi. Dopo le prove in laboratorio,
sono cominciate le prove in campo
To produce its Concept Chiller SILVER BULLET, RC GROUP
carried out a research among the compressors
manufacturers to find out the most developed compressor
produced with Oil-Free technology.
RC GROUP choice has been a small size, 270 kW, Canadian
compressor, about to be put on the market also with more
powerful models. RC GROUP has been the first company to
test it in Europe, having the tests already been started in
November 2002.
This compressor is characterized by the magnetic levitation
bearing system.
The compressors shafts and impellers levitate during
rotation and float on a magnetic field, produced by bearings.
Two radial and an axial magnetic bearings are used.
The system is controlled by
feedback sensors that can
measure in real time the
deviations of the shaft from
correct working points.
When stopped, the shaft is
supported by rests made of
carbon composite material.
This makes it possible to work
at a high number of revolutions
(more than 40,000 rpm), so as
to consistently reduce the
dimensions of the impeller and
the whole compressor.
The weight is limited to 120 kg,
against 700 kg and more
typical of a screw compressor
with the same capacity.
The capacity control is
assured by an inverter + prerotation blade system.
At the start-up, the bearings
activate the magnetic field and
the shaft starts revolving slowly, thus zeroing the starting
current.
A buffer battery maintains the magnetic field in case of
mains failure, so that the shaft does not fall on its supports
while it is still revolving at high speed.
The first prototype to be produced was a water-cooled liquid
chiller where different kinds of evaporators were used, both
dry and flooded.
Finally the ideal evaporator was found. It was produced for
RC GROUP by one of its Partner’s.
In the meantime both different economizer kinds and control
software for compressor and electronic thermostatic valve
were tested.
Afterward the compressors manufacturer supplied some
suitable models for air-cooling, thus giving birth to SILVER
BULLET.
A demanding job was made to optimize the condensing
coils design and circuits. The achieved results are excellent.
After the tests in laboratory, also the test on site started.
RISULTATI DELLE PROVE
• I7.000
ore di funzionamento forse non sono sufficienti per
and exhaustive opinion, but they are surely enough to
present the possibilities of this new compressor.
It required less time to understand that the product is
valid, but not as “easy” as a scroll compressor.
Besides the problems connected to the use of an inverter
(filtering is required to prevent electromagnetic
dare un giudizio completo, ma sicuramente sono abbastanza per dare un’idea delle possibilità di questo nuovo
compressore.
Ne sono bastate molto meno per capire che il prodotto è
RESULTS
• TEST
Maybe 7,000 working hours are not enough to express
Concept Chiller
Concept Chiller
SILVERBULLET
valido, ma non “facile” quanto uno scroll.
Al di là dei problemi connessi all’utilizzo dell’inverter (necessità di filtraggio per evitare fenomeni di disturbo elettromagnetico), è stato subito evidente come le prestazioni energetiche, soprattutto in parzializzazione, fossero fortemente influenzate dagli altri componenti del circuito, in
particolare dagli scambiatori.
La mancanza d’olio nel circuito permette una sostanziale
riprogettazione sia delle tubazioni che degli scambiatori,
in particolare delle batterie condensanti. Durante le prove sono state utilizzate varie soluzioni, con scambiatori
dal disegno diverso, evaporatori a secco ed allagati, valvole termostatiche sia elettroniche che meccaniche. Inoltre, essendo il compressore a due stadi, è possibile utilizzare anche degli economizzatori.
A seconda della tipologia dei componenti le prestazioni
possono migliorare anche del 30%, rispetto a sistemi
ottimizzati per compressori diversi.
L’efficienza raggiunta in parzializzazione è stata molto incoraggiante (in alcune situazioni si sono registrati dei valori in doppia cifra!), a fronte di un’affidabilità sicuramente incoraggiante per un prodotto non ancora di larga serie.
disturbances), we have realized that the energy
performance, especially in partial load operation, has
been deeply affected by the other components of the
circuit, in particular by exchangers.
The lack of oil in the circuit allows a substantial
redesigning of both piping and exchangers, in particular
of condensing coils.
A variety of solutions has been used during the tests, with
exchangers featuring a different design, dry and flooded
evaporators, electronic and mechanical thermostatic
valves.
Furthermore, in the presence of a two-stage compressor,
economizers can also be used.
According to the type of components, the performance
may improve also by 30%, compared to systems
optimized for different compressors.
The efficiency reached in partial load operation is very
promising (two-digit values have been recorded in a few
situations!), with a reliability that seems to be heartening
for a product still far from mass production.
Grafico comparativo dell’efficienza energetica (EER)
tra un chiller con compressore a vite e SilverBullet
Comparison diagram of the energy index (EER) between a screw chiller and SilverBullet
EER 10
9
8
7
Chiller a vite
Screw chiller
IPLV = 4,9
6
5
4
SilverBullet
IPLV = 7,7
3
2
1
0
0
25
50
75
100%
CARICO / LOAD
IPLV:
Indice energetico (Integrated Partial Load Value)
secondo ARI STANDARD 550/590.
IPLV:
Energy index (Integrated Partial Load Value) according
to ARI STANDARD 550/590.
SILVER BULLET non è un Concept Chiller statico, ma un
prototipo perfettamente funzionante, già operativo in 3
installazioni critiche.
SILVER BULLET is not a static Concept Chiller, but a
perfectly running prototype, already working in three
critical applications.
PRESTAZIONI ACUSTICHE
• ECCEZIONALI
Di sicuro l’aspetto più interessante riguarda il rumore e
NOISE PERFORMANCES
• EXCELLENT
Of course the most interesting aspect concerns noise and
le vibrazioni.
Il livello di potenza sonora è almeno 10 dB(A) inferiore
rispetto ad un vite di taglia uguale.
Per quanto riguarda la trasmissione delle vibrazioni basta un solo dato: i compressori sono dotati di giunti antivibranti con lo scopo di difendere il compressore, isolandolo dalle vibrazioni trasmesse al chiller dall’impianto!
vibration.
The sound power level is at least 10 dB(A) lower than a
screw compressor of the same size.
As for the vibration transmission, a single datum is
sufficient: the compressors are equipped with
antivibrating joints, so as to protect the compressor and
isolate it from the vibration transmitted to the chiller by the
plant!
http://www.rcgroup.it
RC GROUP S.p.A. • Via Roma, 5 • 27010 Valle Salimbene (PV), Italy • e-mail: [email protected] • Tel. +39 0382 433 811 • Fax +39 0382 587 148
SILVERBULLET.ItEn
01.04