Als Lieferant von wassergekühlten Schraubenkühlern freue ich mich darauf, darüber zu sprechen, wie die Steuerungslogik dieser Kühler den Energieverbrauch optimieren kann. Wissen Sie, Energieeffizienz ist heutzutage eine große Sache, nicht nur, um Geld zu sparen, sondern auch, um unseren Beitrag für die Umwelt zu leisten.
1. Kernziele der Kontrolllogik
Die Steuerlogik eines wassergekühlten Schraubenkühlers konzentriert sich typischerweise auf die folgenden Ziele:
Kühllastanforderungen erfüllen: Halten Sie die Kaltwasservorlauftemperatur oder Rücklauftemperatur innerhalb des eingestellten Bereichs.
Sorgen Sie für Betriebssicherheit: Vermeiden Sie häufige Start-Stopp-Zyklen des Kompressors, Flüssigkeitsschläge, abnormalen Öldruck, übermäßige Austrittstemperatur, Motorüberlastung und andere Probleme.
Optimieren Sie die Verdampfungs- und Kondensationstemperaturen: Erhöhen Sie unter Einhaltung der Prozess- und Komfortanforderungen die Verdampfungstemperatur und senken Sie die Kondensationstemperatur so weit wie möglich, um den COP zu verbessern.
Erzielen Sie eine Lastanpassung: Passen Sie die Kompressorkapazität entsprechend der tatsächlichen Kühllast an, um eine „Überdimensionierung für eine kleine Last“ zu vermeiden.
Wasserseitige und luftseitige Ausrüstung koordinieren: Kühlwasserpumpen, Kondensatorwasserpumpen, Kühlturmventilatoren, Ventile und andere Komponenten sollten koordiniert gesteuert werden.
Support-Gruppensteuerung und Fernverwaltung: Mehrere Kältemaschinen sollten in der Lage sein, sich zu drehen, zu stufen, Fehler zu schalten, Daten hochzuladen und Ferndiagnosen durchzuführen.
2. Lastanpassung und Kompressorkapazitätssteuerung
Die Kühllast einer Kältemaschine ist nicht konstant. Außentemperatur, Innenbelegung, Wärmegewinn der Ausrüstung, Produktionsrhythmus, Gebäudeausrichtung und Verschattungsbedingungen wirken sich alle auf die Last aus. Die Steuerlogik muss Laständerungen in Echtzeit erkennen und die Kompressorleistung anpassen.
Zu den gängigen Methoden zur Leistungsregelung wassergekühlter Schraubenkompressoren gehören:
Stufenlose Schiebersteuerung: Das Schiebeventil verändert die effektive Kompressionslänge des Rotors und ermöglicht so eine stufenlose Leistungsregelung innerhalb von etwa 25 %–100 %. Dies ist die am häufigsten verwendete Methode bei herkömmlichen Schraubenkühlern.
Antrieb mit variabler Geschwindigkeit (VSD): Die Kompressorkapazität wird durch Ändern der Kompressorgeschwindigkeit angepasst. Der Wirkungsgrad im Teillastbereich ist höher und eignet sich besonders für Anwendungen mit großen Lastschwankungen.
Hybridsteuerung: Kombination von variabler Frequenz und Schiebersteuerung zur Erzielung eines breiten Lastbereichs und eines guten Teillastwirkungsgrads.
Das ist zu beachtenNicht alle wassergekühlten Schraubenkühler sind mit VSD ausgestattet. Ob VSD verwendet wird, hängt von der Modellpositionierung, den Lasteigenschaften, dem Investitionsbudget und den Energieeffizienzanforderungen ab. Eine genauere Aussage lautet daher: Die Steuerlogik passt die Kompressorkapazität über Schieber, variable Frequenz oder Hybridmethoden basierend auf der Abweichung der Kaltwassertemperatur und der Änderungsrate an.
Die Steuerlogik sollte außerdem angemessene Lade-/Entlade-Totzonen, Zeitverzögerungen und Geschwindigkeitsgrenzen festlegen, um häufiges Laden/Entladen des Kompressors oder häufige Start-Stopp-Zyklen zu vermeiden. Bei Schraubenkühlern mit mehreren Verdichterköpfen müssen auch die Start-Stopp-Sequenz und die Lastverteilung zwischen den Köpfen optimiert werden.
3. Kaltwasserkreislaufregelung
Der Kaltwasserkreislauf transportiert die im Verdampfer erzeugte Kälteleistung zu Klimatisierungsterminals oder Prozessgeräten. Die Steuerlogik überwacht typischerweise die Kaltwasservorlauftemperatur, die Rücklauftemperatur, die Durchflussrate und den Differenzdruck.
Zu den gängigen Kontrollstrategien gehören:
Regelung der Versorgungswassertemperatur: Die Kaltwasservorlauftemperatur als primäre Regelvariable verwenden und nahe am Sollwert halten. Wenn die Vorlauftemperatur unter dem Sollwert liegt, reduzieren Sie die Kompressorleistung; Liegt der Wert über dem Sollwert, erhöhen Sie die Kapazität.
Regelung der Rücklaufwassertemperatur: Verwenden Sie die Rücklaufwassertemperatur oder die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf als Referenz, um Endlaständerungen zu bestimmen.
Temperaturdifferenzregelung und Durchflussregelung: Passen Sie in Systemen mit variablem Durchfluss die Frequenz der Kaltwasserpumpe basierend auf der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf und dem Differenzdruck des ungünstigsten Kreislaufs an.
Differenzdruckregelung: Halten Sie den vom ungünstigsten Anschluss geforderten Differenzdruck aufrecht, um eine übermäßige Drosselung des Ventils zu vermeiden.
Bypass-Steuerung: Wenn der Enddurchfluss niedriger ist als der vom Kühler benötigte Mindestdurchfluss, öffnen Sie das Bypassventil, um einen minimalen wasserseitigen Durchfluss durch den Verdampfer sicherzustellen.
Zurücksetzen der Kaltwassertemperatur: Wenn die Luftfeuchtigkeitsanforderungen dies zulassen, erhöhen Sie die Temperatur der Kaltwasserversorgung entsprechend. Dies kann die Verdampfungstemperatur erhöhen und den COP des Kühlers verbessern. Die spezifische Erhöhung hängt vom Modell, dem Kältemittel und den Betriebsbedingungen ab.
Der Schlüssel zur Kaltwasserkontrolle ist:Erhöhen Sie gleichzeitig die Anforderungen an die Entfeuchtung und den Komfort des Terminals, erhöhen Sie die Temperatur der Kaltwasserversorgung so weit wie möglich und stellen Sie einen minimalen wasserseitigen Durchfluss und einen stabilen Differenzdruck sicher.
4. Steuerung des Wasserkreislaufs des Kondensators
Der Kondensatorwasserkreislauf entzieht dem Kondensator die Kondensatorwärme. Seine Regelqualität wirkt sich direkt auf die Verflüssigungstemperatur und die Effizienz des Kühlers aus. Je niedriger die Wassertemperatur des Kondensators ist, desto niedriger ist im Allgemeinen die Kondensationstemperatur, desto geringer ist der Stromverbrauch des Kompressors und desto höher ist der COP des Kühlers. Allerdings kann eine zu niedrige Kondensatorwassertemperatur auch zu Veränderungen der Schmierölviskosität, Kältemittelmigration und anderen Problemen führen, weshalb eine umfassende Kontrolle erforderlich ist.
Zu den gängigen Kontrollstrategien gehören:
Regelung der Wasserversorgungstemperatur des Kondensators: Halten Sie die Wasservorlauftemperatur des Kondensators innerhalb des eingestellten Bereichs, indem Sie die variable Frequenzsteuerung des Kühlturmgebläses verwenden.
Ansatztemperaturregelung: Steuern Sie die Annäherung zwischen der Wassertemperatur am Kühlturmauslass und der Feuchtkugeltemperatur im Freien. Je kleiner der Ansatz, desto höher ist die Effizienz des Kühlturms, desto höher ist jedoch der Energieverbrauch des Ventilators.
Variable Frequenzsteuerung des Kühlturmventilators: Passen Sie die Lüftergeschwindigkeit basierend auf der Kondensatorwassertemperatur oder dem Kondensationsdruck an. Dies ist die gebräuchlichste und sicherste Energiesparmethode auf der Kondensatorwasserseite.
Variable Durchflussregelung des Kondensatorwassers: Unter der Voraussetzung, dass der Mindestdurchfluss und die Mindestgeschwindigkeit des Kondensators eingehalten werden, kann die Frequenz der Kondensatorwasserpumpe entsprechend der Wärmelast und der Temperaturdifferenz angepasst werden. Es muss jedoch darauf hingewiesen werdenEnergie kann nicht einfach dadurch eingespart werden, dass der Wasserdurchfluss im Kondensator reduziert wird. Wenn der Durchfluss zu niedrig ist, reicht die Strömungsgeschwindigkeit in den Wärmetauscherrohren nicht aus, die Turbulenzen werden schwächer, das Verschmutzungsrisiko nimmt zu und die Kondensationstemperatur kann sogar ansteigen, wodurch stattdessen der Stromverbrauch des Kompressors steigt.
Verflüssigungstemperatur-Reset: Passen Sie den Verflüssigungstemperatur-Zielwert dynamisch an die Feuchtkugeltemperatur im Freien und die Kühlerlast an.
Freie Kühlung und natürliche Kühlung: In Jahreszeiten mit niedrigen Temperaturen oder in Regionen mit hohen Breitengraden können Kühltürme oder Trockenkühler zur direkten Kühlung eingesetzt werden, wodurch die Betriebszeit des Kompressors verkürzt wird.
Daher sollte der Energieeinsparung auf der Kondensatorwasserseite folgende Priorität eingeräumt werden:Variable Frequenzsteuerung des Kühlturmventilators, Zurücksetzen der Kondensatorwassertemperatur, Optimierung des Kondensationsdrucks und die Kombination aus variabler Frequenzsteuerung der Pumpe und Minimaldurchflussschutz.
5. Umgebungsbedingungen und prädiktive Kontrolle
Die Umgebungsbedingungen haben einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz wassergekühlter Schraubenkühler. Je niedriger die Feuchtkugeltemperatur im Freien ist, desto niedriger ist die Wassertemperatur am Auslass des Kühlturms, desto niedriger ist die Kondensationstemperatur und desto höher ist die Effizienz des Kühlers. Die Steuerlogik sollte die Kondensatorwassertemperatur basierend auf Außentemperatur und -feuchtigkeit, Kühlturmleistung und Kühlerlast dynamisch optimieren.
Einige fortschrittliche Steuerungssysteme verwenden auch eine prädiktive Steuerung oder eine modellprädiktive Steuerung (MPC). Die Grundidee ist:
Sammeln Sie historische Betriebsdaten, Wettervorhersagen, Gebäudebelegung, Produktionspläne und andere Informationen;
Erstellen Sie ein Lastvorhersagemodell.
Passen Sie das Laden/Entladen des Kühlers, die Kühlwassertemperatur, die Kondensatorwassertemperatur und die Lüftergeschwindigkeit des Kühlturms im Voraus an.
Vermeiden Sie Energieverbrauchsspitzen und häufige Start-Stopps von Geräten, die durch plötzliche Lastwechsel verursacht werden.
Allerdings ist die vorausschauende Regelung nicht bei allen Kältemaschinen verfügbar. Es erfordert hochwertige Sensoren, stabile Kommunikation, ausreichende Daten, vernünftige Modelle und Systemintegration. Bei gewöhnlichen Projekten besteht ein praktischerer Ansatz darin, gute Arbeit bei der PID-Steuerung, der Temperaturrücksetzung, der Stufensteuerung der Kältemaschine und der Geräteverriegelung zu leisten.
6. Strategien zur Energieeinsparung und Gruppensteuerung auf Systemebene
Die Optimierung der Steuerung einer einzelnen Kältemaschine ist nur der erste Schritt. Bei einem Technikraum mit mehreren wassergekühlten Schraubenkühlern bietet die Gruppensteuerung auf Systemebene häufig ein größeres Energiesparpotenzial.
Zu den gängigen Gruppenkontrollstrategien gehören:
Steuerung der Kühlerstufung: Bestimmen Sie anhand der Gesamtkühllast und des effizienten Betriebsbereichs jeder Kältemaschine, wie viele Kältemaschinen gestartet werden sollen.
Rotationsbetrieb: Betriebsstunden der Kältemaschinen ausgleichen, um die Gesamtlebensdauer zu verlängern.
Lastverteilung: Priorisieren Sie Kältemaschinen mit hohem Wirkungsgrad für die Grundlast und Kältemaschinen mit geringerem Wirkungsgrad für die Spitzenlastreduzierung.
Zurücksetzen der Kaltwasser- und Kondensatorwassertemperatur: Passen Sie die Temperatursollwerte dynamisch an die Feuchtkugeltemperatur im Freien und den Terminalbedarf an.
Ineinandergreifen von Pumpe und Kühlturm: Optimieren Sie Kühlwasserpumpen, Kondensatorwasserpumpen und Kühlturmventilatoren als Ganzes, anstatt sie einzeln zu steuern.
Fehlerschaltung und Standby: Gewährleisten Sie die Zuverlässigkeit und Kontinuität des Systems.
Datenüberwachung und Energieeffizienzanalyse: Verfolgen Sie kontinuierlich COP, IPLV, NPLV, Kondensationstemperatur, Verdampfungstemperatur, Überhitzung, Annäherungstemperatur und andere Indikatoren.
Berücksichtigen Sie bei der Bewertung der Energieeffizienz eines wassergekühlten Schraubenkühlers nicht nur den COP bei Volllast. Im realen Betrieb läuft die Kältemaschine die meiste Zeit im Teillastbetrieb. Daher sollte der Fokus auf Folgendes gelegt werden:
POLIZIST: Leistungskoeffizient bei Nennbedingungen;
IPLV: Integrierter Teillastwert;
NPLV: Nicht standardmäßiger Teillastwert;
Kondensationstemperatur und Verdampfungstemperatur: wirkt sich direkt auf die tatsächliche Betriebseffizienz aus;
Annäherungstemperatur: Spiegelt die Sauberkeit und Leistung des Wärmetauschers wider.
7. Wartung und Zuverlässigkeit
Unabhängig davon, wie ausgereift die Steuerlogik ist, kann sie ohne gute Wartung nicht funktionieren. Der langfristig effiziente Betrieb wassergekühlter Schraubenkühler erfordert:
Überprüfen Sie regelmäßig den Ölstand, die Ölqualität, den Öldruck und die Öltemperatur des Kompressors.
Reinigen Sie Kondensatoren und Verdampfer, um Ablagerungen und Verschmutzungen zu vermeiden.
Führen Sie eine ordnungsgemäße Wasseraufbereitung für Kondensatorwasser und Kaltwasser durch.
Temperatur-, Druck- und Durchflusssensoren kalibrieren;
Überprüfen Sie die Wasserverteilung, Füllung und Ventilatoren des Kühlturms.
Überprüfen Sie den Betrieb von Ventil, Bypass und Frequenzumrichter.
Analysieren Sie Betriebsdaten und erkennen Sie rechtzeitig ungewöhnliche Trends.
8. Fazit
Die Steuerlogik eines wassergekühlten Schraubenkühlers bestimmt direkt dessen tatsächliche Energieeffizienz, Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Eine professionelle Kontrollstrategie sollte:
Passen Sie die Kompressorkapazität über Schiebeventile, variable Frequenz oder Hybridmethoden basierend auf der Abweichung der Kaltwassertemperatur und der Änderungsrate an.
Optimieren Sie Kühlwasser- und Kondensatorwasserkreisläufe und sorgen Sie gleichzeitig für minimalen Durchfluss und Differenzdruck.
Priorisieren Sie die Reduzierung der Kondensationstemperatur durch die variable Frequenzsteuerung des Kühlturmventilators und das Zurücksetzen der Kondensationstemperatur.
Vermeiden Sie es, den Wasserdurchfluss im Kondensator einfach zu reduzieren, da dies zu einer Verschlechterung des Wärmeaustauschs und einem Anstieg des Energieverbrauchs führen kann.
Kombinieren Sie Umgebungsbedingungen, Lastvorhersage und Gruppensteuerungsstrategien, um Energieeinsparungen auf Systemebene zu erzielen.
Überwachen Sie kontinuierlich Schlüsselindikatoren wie COP, IPLV, NPLV und Annäherungstemperatur.
Wenn Sie einen wassergekühlten Schraubenkühler auswählen oder optimieren, empfiehlt es sich, sich nicht nur auf die Kompressormarke und die Volllastparameter zu konzentrieren, sondern auch auf die Steuerlogik, die Teillasteffizienz, wasserseitige Verriegelungsstrategien und den Kundendienst. Als Lieferant von wassergekühlten Schraubenkühlern können wir eine maßgeschneiderte Auswahl, Steuerungsoptimierung sowie Betriebs- und Wartungsempfehlungen anbieten, damit Ihr Kühlsystem das ganze Jahr über effizient, stabil und zuverlässig bleibt.
Nehmen Sie gerne Kontakt mit uns auf, um wassergekühlte Schraubenkühler und energiesparende Steuerungslösungen zu besprechen, die für Ihr Projekt geeignet sind.
Referenzen
ASHRAE-Handbuch. Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen und -geräte. American Society of Heating, Refrigerating and Air - Conditioning Engineers.
Dossat, RJ Prinzipien der Kältetechnik. Prentice - Hall, Inc.