compact screw comprESSorS

Essay // semi-hermetic
compact screw compressors
Fachaufsatz // Halbhermetische Kompakt-Schraubenverdichter
NEW Generation CS.3 // IMPROVED ENERGY EFFICIENCY at Full and Part Load Operati on
Neue Generation CS.3 // Verbesserte ENERG IE-EFFIZIENZ i m Voll- und Tei llast-Betri eb
SV-1001-D-GB
Neue Generation CS.3:
Verbesserte Energie-Effizienz im Voll- und
Teillast-Betrieb
New generation CS.3:
Improved energy efficiency at full and
part load operation
1
Einleitung
2
1
Introduction
2
2
Designkriterien von Kompaktschraubenverdichtern
mit mechanischer Schieberregelung
3
2
Design criteria of compact screw compressors
with mechanical slider control
3
2.1 Anwendung von Schraubenverdichtern in Flüssigkeitskühlsätzen mit niedriger Verflüssigungstemperatur
2.2 Anforderungsprofil an Verdichter für wassergekühlte
Flüssigkeitskühlsätze
2.3 Die optimierte Ölversorgung
2.4 Vi-Auswahl
2.5 Motor-Auswahl
2.6 Economiser Betrieb
3
3
5
7
8
9
9
Kompaktschraubenverdichter mit integriertem
oder externem Frequenzumrichter
12
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
Motorauslegung
Druckverluste
Ölabscheiderwirkungsgrad
Drehzahlbereich
Einsatzgrenze
Schallleistung
12
12
13
13
14
14
4
Zertifizierungsprogramme und internationale
Normung mit der notwendigen Bereitstellung
von Verdichterdokumentation
15
5
Zusammenfassung
18
1
Einleitung
Die Leistungsanpassung von Kühl- und Klimaanlagen an den
tatsächlichen Bedarf ist schon seit jeher eine wichtige Herausforderung in der Kältetechnik. Verschiedene Regelkonzepte
und unterschiedliche Technologien zur Leistungsregelung sind
heute bereits im Einsatz. Eine Liste von gängigen Regelkonzepten und deren Funktionsbeschreibung ist in [1] zu finden.
Bisher lag der Fokus auf der zuverlässigen Regelbarkeit der
Anlagen und nicht so sehr auf dem effizienten Teillastbetrieb.
Dies wird zu Zeiten immer weiter steigender Energiepreise
jedoch anders bewertet.
Bisher wurden Kälte- und Klimaanlagen häufig nur bis zu einer
minimalen Verflüssigungstemperatur von 30°C oder gar nur
40°C heruntergeregelt. Moderne Regelkonzepte versuchen
heute die Verflüssigungstemperatur so weit wie möglich abzusenken, um eine bessere Systemeffizienz zu realisieren. Dies
stellt auch neue Anforderungen an die Verdichter. Sie müssen
bei geringeren Druckdifferenzen zuverlässig, länger und effizienter in den Teillaststufen betrieben werden können. Durch die
Absenkung der Verflüssigungstemperatur steigt die Kälteleistung der Verdichter, so dass die effektive Leistungsreduzierung
größer ausfallen muss.
Eine weiterentwickelte Schraubenverdichter-Baureihe berücksichtigt diesen Effekt. Sie ist nicht mehr nur auf beste Volllasteffizienz ausgelegt, sondern auf beste Teillastwirkungsgrade.
Die neue mechanische Schieberregelung bietet einen weiten
Anwendungsbereich hin zu niedrigen Verflüssigungstemperaturen und hohe Wirkungsgrade im Teillastbereich, wie sie
bisher nur von Turboverdichtern erreicht wurden. Die Effizienz
2
2.1 Use of screw compressors in liquid chillers with
low condensing temperature
2.2 Requirement profile of compressors for
water-cooled liquid chillers
2.3 Optimized oil supply
2.4 Vi selection
2.5 Motor selection
2.6 Economizer operation
3
5
7
8
9
9
3
Compact screw compressors with integrated
or external frequency inverter
12
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
Motor design
Pressure drops
Oil separator efficiency
Speed range
Application limit
Sound power
12
12
13
13
14
14
4
Certification programs and international
standards with the required availability of
the compressor documentation
15
5
Summary
18
1
Introduction
The performance adaptation of cooling and air conditioning
systems to the actual requirement has always been an important challenge in refrigeration technology. Various control
concepts and technologies for capacity control are already
in use today. A list of conventional control concepts and their
functional descriptions is to be found under [1]. Until now, the
focus has rather been on the reliable controllability of systems,
and hardly on the efficient part load operation. However, in
times of steadily rising energy prices, this is now differently
appraised.
Up to now, refrigeration and air conditioning systems have
often only been controlled downwards to 30°C or even only
to 40°C. Today, modern control concepts are intended to
lower the condensing temperature as much as possible to
improve the system efficiency. This, however, sets new requirements for the compressors. Reliable, long-time and more
efficient operation at lower pressure differences under part
load conditions must be guaranteed. The cooling capacity
of the compressors increases by lowering the condensing
temperature, so that the effective capacity reduction must be
higher.
A further enhanced screw compressor series takes this effect
into account. This series is not only designed for maximum
full load efficiency but also for maximum part load efficiencies.
The new mechanical slider control offers another application
range with regard to lower condensing temperatures and high
efficiencies in part load operations which have so far only been
possible in connection with turbo compressors. In many cases
SV-1001-D-GB
dieser Schraubenverdichter übertrifft in vielen Bereichen die
Werte von drehzahlgeregelten Kompaktschraubenverdichtern
gleicher Kälteleistung. Dies führt zu günstigeren Investitionsund Betriebskosten in Flüssigkeitskühlsätzen.
Durch diese effiziente Leistungsregelbarkeit der Verdichter
und eine intelligente Regelung lassen sich zusammen mit der
Wahl eines Kältemittels mit niedrigem GWP (z. B. R134a) die
ökologischen Einflüsse der Klima- und Kältetechnik deutlich
reduzieren.
Der nachfolgende Artikel zeigt die wesentlichen Designkriterien
und Unterschiede für Kompaktschraubenverdichter mit Schieberregelung und Frequenzumrichter-Betrieb.
Da neben der technischen Lösung der effizienten Leistungsregelung auch die Darstellung und Vergleichbarkeit mit anderen
Technologien gegeben sein sollte, werden auch die Randbedingungen aktueller Zertifizierungsprogramme und internationaler Normen betrachtet.
the efficiency of such screw compressors exceeds the values
of speed-controlled compact screw compressors with the
same cooling capacity. This results in reduced investment and
operating costs for liquid chillers.
This efficient capacity control of compressors and an intelligent
control in combination with a refrigerant with low GWP value
(e. g. R134a) make it possible to considerably reduce the
ecological influences of air-conditioning and refrigeration.
The following article shows the essential design criteria and
differences for compact screw compressors with slider control
and frequency inverter operation.
Since in addition to the technical solution of efficient capacity
control, the representation and comparability with other technologies should also be given, the boundary conditions of current certification programs and international standards are also
taken into consideration.
2
2
Designkriterien von Kompaktschraubenverdichtern
mit mechanischer Schieberregelung
Kompaktschraubenverdichter werden überwiegend in Flüssigkeitskühlsätzen mittlerer und großer Leistung eingesetzt.
Typisch für diese Anwendung sind zwei getrennte Kreisläufe
mit Direktexpansions-Verdampfern. In Europa werden überwiegend luftgekühlte Systeme eingesetzt, die im Gegensatz
zu wassergekühlten Systemen oder Anwendungen mit sehr
geringen Umgebungstemperaturen (z. B. Nordeuropa) eine
sehr hohe Temperaturspreizung auf der Hochdruckseite aufweisen (Frühjahrs- bis Hochsommerbedingungen).
Neben dieser Variante gibt es auch überflutete Systeme, die
aber in Europa auf Grund der hohen Kältemittelfüllmenge in
den nächsten Jahren stärker unter Druck von gesetzlichen
Regelungen wie der F-Gasverordnung geraten dürften.
Im Bereich der mittleren und größeren Flüssigkeitskühlsätze
werden auch vermehrt reversible Wärmepumpen eingesetzt,
die im Sommer kühlen und im Winter das Wasser für die
Gebäudeheizung erwärmen. Die Anforderungen an Wärmepumpen besonders im Temperaturprofil und der Lastverteilung
sind so verschieden, dass allgemeine Definitionen von Designkriterien sehr schwierig sind. Auch die im Entwurf vorliegende
prEN14825 lässt viele Variablen in der Auslegung. Allgemein
gilt allerdings, dass anders als bei reinen luft- oder wassergekühlten Klimakühlsätzen, ein weiter Druckdifferenzbereich vom
kältesten Tag der Heizperiode zum kühlsten Sommertag mit
Klimatisierungsbedarf realisiert werden muss.
Design criteria of compact screw compressors
with mechanical slider control
Compact screw compressors are mainly used in liquid chillers
with average and high capacity. Two separate circuits with
direct expansion evaporators are a typical feature of this
application. In Europe, mainly air-cooled systems are used
which offer a high degree of temperature spread on the high
pressure side (spring and summer conditions) in contrast to
water-cooled systems or applications with very low ambient
temperatures (e. g. Northern Europe).
In addition to this version, there are also flooded systems
which, however, will be put more and more under the pressure
of legal regulations, such as the F-Gas Regulation, in Europe
during the next years because of the high refrigerant charges.
For medium-sized and larger liquid chillers, reversible heat
pumps are frequently used which cool the water in summer
and heat up the water for the building heating in winter. The
requirements of heat pumps especially with regard to the
temperature profile and the load distribution are very different
and make general definitions of design criteria very difficult.
The draft of the present prEN14825 also gives rise to many
variables in the interpretation. However, this means in general
that a large pressure difference range from the coldest day
of the heating period to the coolest summer day with airconditioning requirement must be realized in contrast to purely
air-cooled or water-cooled air-conditioning chillers.
2.1 Anwendung von Schraubenverdichtern in Flüssigkeitskühlsätzen mit niedriger Verflüssigungstemperatur
2.1 Use of screw compressors in liquid chillers with
low condensing temperature
Die Anwendung von Schraubenverdichtern in wassergekühlten
Flüssigkeitskühlsätzen oder Flüssigkeitskühlsätzen mit niedriger
Umgebungstemperatur, wie sie in weiten Bereichen Mittel- und
Nordeuropas vorkommen, ist bestimmt durch überwiegend
niedrige Verflüssigungstemperaturen. Die thermodynamische
Effizienz von Systemen steigt, je weiter die Verflüssigungstemperatur abgesenkt werden kann. Daher ist neben der definitionsgemäß niedrigen Verflüssigungstemperatur in den letzten
Jahren auch der Trend zu immer kleineren Temperaturdifferenzen zwischen Verflüssigungstemperatur und Wärmesenke zu
The application of screw compressors in water-cooled liquid
chillers or liquid chillers with low ambient temperature used
in many parts of Central and Northern Europe is mainly determined by low condensing temperatures. The thermodynamic efficiency of systems rises, the more the condensing
temperature can be lowered. This is also why, in addition to
the defined low condensing temperature, the tendency towards increasingly lower temperature differences between the
condensing temperature and heat reduction has shown up
during the last years. Fig. 1 shows the theoretical coefficient
SV-1001-D-GB
3
erkennen. Abb. 1 zeigt die theoretische Leistungszahl eines
R134a Systems bei sinkender Verflüssigungstemperatur.
of performance of an R134a system with decreasing condensing temperature.
Die theoretische Leistungszahl (COP) bei einer Verdampfungstemperatur von to = +3°C und tc = 30°C beträgt 8.95 (toh = 20°C;
ohne Unterkühlung). Senkt man die Verflüssigungstemperatur
auf tc = 20°C ab beträgt der COP 14.91, eine Steigerung um
67%. Kann dieses Potenzial auf Grund der Umgebungstemperaturen und der Verdichtereigenschaften ausgenutzt werden,
ergeben sich erhebliche Einsparungen in den Betriebskosten.
The theoretical coefficient of performance (COP) at an evaporation temperature of to = +3°C and tc = 30°C is 8.95 (toh = 20°C;
without subcooling). If the condensing temperature is reduced
to tc = 20°C, the COP is 14.91 which represents an increase
by 67%. If the ambient temperatures and the compressor
characteristics make it possible to use this potential, substantial reductions of the operating costs can be achieved.
Die Bedeutung der Teillast ist ein weiterer Aspekt, der in den
letzten Jahren mehr und mehr in den Fokus der Betrachtung
gerückt ist. Wurden früher Flüssigkeitskühlsätze und die damit
verwendeten Verdichter nur in der Volllast bei Referenzbedingungen bewertet und verglichen (wie zum Beispiel die frühere
EUROVENT Zertifizierung [2]) wird heute mehr und mehr der
gesamte Leistungsbereich betrachtet und die Teillast bekommt
eine größere Bedeutung. Viele Anlagen werden in mehr als
95% der Zeit in Teillast betrieben und nur für ein paar Stunden
im Jahr an der kalkulierten Maximalleistung (falls überhaupt).
Dies hat natürlich auch Auswirkungen auf die Entwicklung
der verwendeten Verdichter und deren Möglichkeit die angebotene Verdichterleistung der geforderten Anlagenleistung
anzupassen.
The importance of part load operation is another aspect which
has increasingly been taken into consideration in the past
years. Whereas in the past liquid chillers and the compressors
used have only been assessed and compared in full load
operation under reference conditions (such as the former
EUROVENT certification [2]), the complete capacity range is
increasingly assessed today and part load operation becomes
more important. Most of the systems are operated at part load
more than 95% of their operating time and just a few hours
annually (if at all) at the calculated maximum capacity. This, of
course, has an effect on the development of the compressors
used and their possible adaptation of the offered compressor
capacity to the required system capacity.
Eine einzige Kompaktschrauben-Serie kann diese Anforderungen nicht alle gleichzeitig höchsteffizient erfüllen. Daher wurden
zwei unterschiedliche Kompaktschraubenverdichter-Serien
entwickelt. Zum einen die neue CSW SchraubenverdichterSerie für Anwendungen mit niedrigen Verflüssigungstemperaturen und zum anderen die CSH Schraubenverdichter-Serie
für luftgekühlte Flüssigkeitskühlsätze und für Wärmepumpen.
One single compact screw compressor series cannot efficiently fulfil these requirements. This is why two different
compact screw compressor versions were developed. On
the one hand, the new CSW screw compressor series for
applications at low condensing temperatures and on the
other hand the CSH screw compressor series for air-cooled
liquid chillers and heat pumps. The compressor versions differ
by far more than only one Vi adaptation as offered by many
T h e o r e tis c h e R 1 3 4 a L e is tu n g s z a h l
T h e o r e tic a l R 1 3 4 a c o e ffic ie n t o f p e r fo r m a n c e
3 0
30
tc
2 0 °
2 4 °
3 0 °
4 0 °
2 5
2 0
C
C
C
C
1 5
1 0
5
0
-2
0
2
4
6
8
[° C ]
1 0
V e rd a m p fu n g s te m p e ra tu r
E v a p o r a tio n te m p e r a tu r e
Abb. 1:
4
Theoretische Leistungszahl von R134a bei verschiedenen
Verdampfungs- und Verflüssigungstemperaturen
Fig. 1:
Theoretical coefficient of performance of R134a at different
evaporation and condensing temperatures
SV-1001-D-GB
Die Verdichterserien unterscheiden sich durch weit mehr als
nur eine Vi Anpassung, wie sie von vielen Herstellern angeboten werden. Am Beispiel der CSW werden im Folgenden die
Designelemente dargestellt.
manufacturers. The following example of the CSW shows the
design elements.
2.2 Anforderungsprofil an Verdichter für wassergekühlte Flüssigkeitskühlsätze
2.2 Requirement profile of compressors for
water-cooled liquid chillers
Wie bereits oben gezeigt, lässt sich die Effizienz eines Flüssigkeitskühlsatzes durch Absenken der Verflüssigungstemperatur
auf einen möglichst niedrigen Wert deutlich verbessern. Abb. 2
zeigt dies am Beispiel der neuen CSW Schraubenverdichter
Einsatzgrenze (rot markiert die Einsatzgrenze von am Markt
verfügbaren Kompaktschraubenverdichtern).
As already explained above, the efficiency of a liquid chiller
can be considerably improved by lowering the condensing
temperature to the lowest possible value. Fig. 2 shows this
characteristic in an example of the new CSW screw compressor application limit (the application limit of compact screw
compressors available on the market is marked in red).
Die Leistungszahl eines CSW8573-90Y Verdichters bei
tc = 40°C beträgt 4,70. Kann die Verflüssigungstemperatur
auf tc = 30°C abgesenkt werden, steigt die Leistungszahl auf
6.76, was einer Steigerung um 44% entspricht. Sollte die
Umgebungstemperatur ein Absenken auf tc = 23°C ermöglichen, ergibt sich ein COP von 8.55, eine Steigerung um 82%
(Betriebesbedingungen dieses Vergleichs: to = +3°C; toh = 5K;
tcu=5K; 50 Hz). Bisherige Kompaktschraubenverdichter konnten nur bis zu einer Verflüssigungstemperatur entsprechend
der roten Linie in Abb. 2 betrieben werden. Das Potenzial zur
Effizienzsteigerung ist klar erkennbar, wenn moderne Systemregelungen diese besonderen Eigenschaften unterstützt.
In Teillastanwendungen können diese neuen Schraubenverdichter noch weiter in der Verflüssigungstemperatur abgesenkt
werden. Wenn man den obigen Vergleich in der Laststufe
25% durchführt, ergeben sich folgende Leistungszahlen und
Leistungszahl-Steigerungen:
The coefficient of performance of a CSW8573-90Y compressor at tc = 40°C is 4.70. If the condensing temperature
can be reduced to tc = 30°C, the coefficient of performance
increases to 6.76 which represents an increase by 44%. If the
ambient temperature enables the temperature to be reduced
to tc = 23°C, a COP of 8.55, i. e. an increase by 82%, results
(operating conditions of this comparison: to = +3°C; toh = 5K;
tcu=5K; 50 Hz). Previous compact screw compressors could
only be operated up to a condensing temperature according
to the red line shown in fig. 2. The potential for the increase in
efficiency is clearly visible if modern system control supports
these special characteristics.
With these new screw compressors, the condensing temperature in part load applications can be further reduced.
When the above-mentioned comparison is carried out at 25%
load condition, the following coefficients of performance and
increases of COP result:
COP: 25% Laststufe (tc = 40°C): 2,93
COP: 25% Laststufe (tc = 30°C): 4,55 ➔ 55% Steigerung
COP: 25% Laststufe (tc = 20°C): 6,84 ➔ 233% Steigerung
COP: 25% load condition (tc = 40°C): 2.93
COP: 25% load condition (tc = 30°C): 4.55 ➔ 55% increase
COP: 25% load condition (tc = 20°C): 6.84 ➔ 233% increase
Abb. 2:
Fig. 2:
Einsatzgrenzen der CSW Schraubenverdichter
SV-1001-D-GB
Application limits of CSW screw compressors
5
Diese zusätzliche Möglichkeit die Verflüssigungstemperatur
in Teillast noch weiter abzusenken ist besonders wichtig, da
bei Teillastbetrieb häufig die Umgebungstemperatur ebenfalls
ein Minimum erreicht, wie es auch in den Zertifizierungsprogrammen nach EUROVENT oder ARI 550/590 [3] (siehe
Abschnitt 4) definiert ist.
Durch diese neuen Einsatzgrenzen ergeben sich deutlich verbesserte Systemleistungsdaten und damit günstige Einstufungen nach EUROVENT oder ARI 550/590 Zertifizierung.
Abb. 3 zeigt einen Vergleich der bisherigen Kompaktschraubenverdichter der CSH Serie gegenüber den neuen CSW
Schraubenverdichtern nach EUROVENT Bedingungen für
wassergekühlte Flüssigkeitskühlsätze. Die Abbildung zeigt die
Effizienzänderung in den einzelnen Laststufen bezogen auf die
Volllastwerte der CSH8571-110Y. Man sieht, dass die CSW
Verdichter in allen Laststufen besser sind als die CSH Verdichter und ganz besonders in den Teillastbetriebspunkten, die bei
den jahreszeitlichen Effizienzbetrachtungen deutlich stärker
gewichtet werden.
Die europäische Jahresleistungszahl (ESEER) konnte in diesem
Beispiel um 23% (nach EUROVENT Berechnung) gesteigert
werden.
Die reduzierte Verflüssigungstemperatur bei den 25% und 50%
Laststufen macht sich für die CSW besonders stark in der
Kalkulation bemerkbar.
This possible additional reduction of the condensing temperature in part load operation is of particular importance
because the ambient temperature in part load operation very
often reaches the minimum value as defined in the certification
programs according to EUROVENT or ARI 550/590 [3] (see
section 4).
These new application limits offer considerably improved
system performance data and thus favourable classifications
according to the EUROVENT or ARI 550/590 certification.
Fig. 3 shows a comparison between the previous compact
screw compressors of the CSH series and the new CSW
screw compressors according to the EUROVENT conditions
for water-cooled liquid chillers. The figure shows the efficiency
change at the various load conditions based on the full load
values of the CSH8571-110Y. As can be seen, the CSW
compressors are better at all load conditions than the CSH
compressors, especially regarding the part load operating
points which are weighted more in the seasonal efficiency
examinations.
In this example, the European annual coefficient of performance (ESEER) could be increased by 23% (according to the
EUROVENT calculation).
The reduced condensing temperature at the 25% and 50%
load conditions has a considerably strong effect on the calculation for the CSW compressors.
Der Absenkung der Verflüssigungstemperatur gehen technische Änderungen voraus, die diese Vorteile erst ermöglichen.
Die Ölversorgung in Kompakt-Schraubenverdichtern erfolgt
im Allgemeinen durch die Einspeisung von Öl aus dem Ölabscheider auf der Hochdruckseite des Verdichters in die Lager
und das Profil. Insofern ist die notwendige Druckdifferenz zur
zuverlässigen Ölversorgung eine entscheidende Größe für die
Einsatzgrenze.
The reduction of the condensing temperature is based on prior
technical modifications which are required to benefit from these
advantages. The oil supply in compact screw compressors
generally takes place by feeding oil from the oil separator on
the high pressure side of the compressor to the bearings and
the profile. Insofar, the required pressure difference for a reliable oil supply is a decisive value for the application limit.
5 0
[% ]
C S W 8 5 7 3 -9 0 Y
E E R S te ig e r u n g
E E R In c re a s e
4 0
C S H 8 5 7 1 -1 1 0 Y
3 0
2 0
1 0
0
-1 0
2 5
5 0
7 5
[% ]
1 0 0
L e is tu n g s s tu fe
C a p a c ity s te p
Abb. 3:
6
Effizienzänderung in den einzelnen Laststufen von CSH
und CSW bezogen auf 100% der CSH8571-110Y
Fig. 3:
Efficiency change at the various load conditions of CSH
and CSW based on 100% of the CSH8571-110Y
SV-1001-D-GB
2.3 Die optimierte Ölversorgung
2.3 Optimized oil supply
Das Ölmanagement ist ein entscheidender Faktor für die Zuverlässigkeit, Einsatzmöglichkeit und nicht zuletzt die Effizienz
von Schraubenverdichtern. Bei der Entwicklung wurde schon
seit jeher großer Wert auf die Zuverlässigkeit von Schraubenverdichtern gelegt und mit dem patentierten entlasteten
Hochdrucklager ein wesentlicher Vorsprung bei der Lagerlebensdauer erreicht.
Die hochdruckseitige Lagerkammer wurde zu diesem Zweck
bei allen CSH/CSW Schraubenverdichtern abgedichtet und
wird nicht mit Hochdruck beaufschlagt, sondern ist durch
die Abdichtung und die Gasrückführung in das geschlossene
Rotorprofil vorentlastet. Dadurch sinkt die Kältemittelkonzentration und die Ölviskosität steigt, was zu einer verbesserten
Schmierung der Lager beiträgt. Bei dieser Konstruktion wird
auch nur eine Teilölmenge in die Lager eingeleitet (nicht der
volle Ölstrom). Dadurch „schwimmen“ die Lager nicht im Öl
und haben bessere Rolleigenschaften, da zum Schmieren von
Rollenlagern ein Ölnebel ausreicht. Das Schwimmen der Rollen
oder Kugeln führt, ähnlich dem Aquaplaning beim Autofahren
auf regennasser Straße, zu undefinierten Rolleigenschaften der
Lager und neben der Verringerung der Zuverlässigkeit auch zu
einer Erhöhung der Leistungsaufnahme der Verdichter.
Oil management is a decisive factor for the reliability, use and
last but not least the efficiency of screw compressors. During
the development, great importance has always been attached
to the reliability of screw compressors and the patented
unloaded high pressure bearings have provided a decisive
edge to the bearings’ service life.
For this purpose, the bearing chamber on the high pressure
side of all CSH/CSW screw compressors has been sealed and
is not subject to high pressure, but the sealing and the vapour
recovery towards the closed rotor profile provide pre-unloading
of the system. Thus, the refrigerant concentration decreases
and the oil viscosity increases which leads to an improved
bearing lubrication. With this construction, only a partial
quantity of oil (and not the full oil flow) is fed to the bearings.
This means, that the bearings are not “floating” in oil and offer
improved rolling characteristics as oil mist is sufficient for the
lubrication of the roller bearings. The floating of the rollers or
balls leads to undefined rolling characteristics of the bearings,
similar to those caused by aquaplaning when driving on a rainsoaked road, and, apart from the loss in reliability, also to an
increased power consumption of the compressors.
Viele Schraubenverdichterhersteller gehen mit der gesamten
Ölmenge und vollem Hochdruck durch die Lager und danach
in die Haupteinspritzung. Dies hat neben der höheren Belastung der Lager auch eine Begrenzung des minimalen Hochdrucks zur Folge. Die Einsatzgrenzen müssen dann auch oft
mit einem Druckdifferenzschalter überwacht werden, um die
Ölversorgung sicherzustellen. Die notwendige Druckdifferenz
zur zuverlässigen Ölversorgung der CSW Verdichter beträgt
nur noch 2,2 bar. Dies ist die Vorrausetzung, um die Einsatzgrenzen wie oben beschrieben zu erweitern.
Ein zweiter wesentlicher Punkt der Entwicklung war die Optimierung der Verdichter auf den bei Flüssigkeitskühlsätzen
typisch hohen Anteil der Teillast an der Gesamtbetriebszeit.
Die hier beschriebene Kompaktschrauben-Baureihe ist die
erste, die auf diese spezifischen Bedingungen und Betriebszustände optimiert ist.
Die Anpassung der Einsatzgrenze speziell für die Anwendung
bei niedrigen Verflüssigungstemperaturen bietet noch drei
weitere Möglichkeiten, die Effizienz der Verdichter und Systeme
zu steigern:
Erstens der Ölmassenstrom, der normalerweise für die
Kühlung des Verdichtungsprozesses bei hohen Verflüssigungstemperaturen ausgelegt ist, kann deutlich reduziert werden.
Zweitens sinken die absoluten Lagerbelastungen. Durch diese
geringere Belastung und das patentierte entlastete Hochdrucklager kann auch die Ölauswahl geändert werden.
Drittens wurde durch die oben beschriebenen Maßnahmen
auch der Ölauswurf, durch den von den CSH Verdichtern
übernommenen Ölabscheiderbereich, um 10 –15% reduziert.
Die CSH Baureihe ist bereits mit einem effizienten und durch
geringen Druckabfall charakterisierten integrierten Ölabscheider ausgestattet. Dieser integrierte 3-fach Ölabscheider ist
nicht nur innerhalb der Einsatzgrenze, sondern auch bei allen
Leistungsstufen effizient mit Ölauswurfraten unter 0,5%. Für
überflutete Anlagen stehen darüber hinaus Sekundärölabscheider zur Verfügung. Somit ist die CSW universell in direktverdampfenden und überfluteten Anwendungen einsetzbar.
SV-1001-D-GB
Many screw compressor manufacturers pass the full oil
quantity and full high pressure through the bearings and then
to the main injection. This results not only in a higher load
of the bearings but also in a limitation of the minimum high
pressure. Very often, monitoring of the application limits via a
pressure difference switch is then required to guarantee the
oil supply. The required pressure difference for a reliable oil
supply of CSW compressors is then only 2.2 bar. This is the
prerequisite for extending the application limits as described
above.
A second decisive aspect in the development was the optimization of the compressors with regard to the typically high
percentage of the part load operating time in relation to the
total operating time. The compact screw compressor series
described here is the first series which has been optimized
with regard to these special conditions and operating conditions.
The special adaption of the application limit to applications at
low condensing temperatures offers an additional three options
of increasing the efficiency of compressors and systems:
Firstly, the oil mass flow which is normally designed for the
cooling of the compression process at high condensing temperatures can be reduced considerably.
Secondly, the absolute loads on the bearings are reduced.
This reduced load and the patented unloaded high pressure
bearings make it also possible to change the oil selection.
Thirdly, the measures described above lead to a 10 –15%
reduction of the oil carry over from the oil separator section
handled by the CSH compressors. The CSH series is already fitted with an efficient and integrated oil separator
characterized by a low pressure drop. This integrated triple oil
separator is not only efficient within the application limit, but
also in all capacity steps with oil carry over rates below 0.5%.
Secondary oil separators are available for flooded systems.
Thus, the CSW can be universally used in direct-evaporating
and flooded applications.
7
2.4 Vi-Auswahl
2.4 Vi selection
Die Vi-Auswahl bei Volllast spielt für diese Verdichter nur eine
untergeordnete Rolle, da der Bereich der Anpassung relativ
gering ist und nicht nur die Volllast betrachtet werden muss,
sondern vor allem die Teillastbedingungen berücksichtigt werden müssen. Wie im Abschnitt 4 gezeigt, ist ein Flüssigkeitskühlsatz nur einen geringen Teil der Betriebszeit (1– 3%) bei
voller Leistung im Einsatz. Die 75% und 50% Betriebspunkte
sind viel bedeutsamer für die Berechnung von jahreszeitlichen
Effizienzen (z. B. nach EUROVENT oder ARI 550/590). Dies gilt
es bei der Schraubenverdichterentwicklung und speziell bei der
Vi-Auslegung zu berücksichtigen. Bei Schraubenverdichtern
mit Schieberregelung kann man mit zwei Auslassfenstern arbeiten. Das radiale Fenster sitzt auf dem Schieber und das axiale ist im Druckflansch eingebaut. In der Volllaststellung ist das
auf dem Schieber angeordnete Auslassfenster bestimmend
für das Vi. Wird der Schieber in Teillast bewegt (entsprechend
Abb. 4 nach vorne) wird das Auslassfenster im Druckflansch
für das Vi bestimmend.
The Vi selection for full load only plays a minor role for these
compressors as the adaptation range is relatively small
and primarily the part load conditions have to be taken
into consideration in addition to the full load conditions. As
shown in section 4, the operating hours of a water chiller
at full capacity represent only a small percentage (1– 3%).
The 75% and 50% operating points are more important
for the calculation of seasonal efficiencies (e. g. according
to EUROVENT or ARI 550/590). This must be taken into
consideration for the screw compressor development and
especially for the Vi design. With screw compressors with
slider control, it is possible to work with two outlet windows.
The radial window sits on the slider and the axial window is
integrated in the discharge flange. In full load position, the
outlet window sitting on the slider is decisive for the Vi. When
moving the slider (forwards according to fig. 4) in part load
operation, the outlet window in the discharge flange is decisive
for the Vi.
So lässt sich in der Teillast entsprechend der ESEER oder IPLV
Kurven das Volumenverhältnis optimal anpassen. Für sinkende
Druckdifferenzen (sinkende Verflüssigungstemperaturen bei
konstanter oder steigender Verdampfungstemperatur) ergeben
sich kleinere Volumenverhältnisse, die mit dieser Schiebergeometrie nachgebildet werden.
The volume ratio can thus be optimally matched in part load
operation according to the ESEER or IPLV curves. Decreasing
pressure differences (decreasing condensing temperatures
at constant or increasing evaporation temperature) result in
smaller volume ratios which are reproduced by means of this
slider geometry.
Dies ist ein besonderer Vorteil gegenüber bisher verfügbaren
Kompaktschraubenverdichtern mit Frequenzumrichter (FU),
die mit nur einem Vi für alle Laststufen auskommen. Dieses Vi
kann nur ein Kompromiss zwischen Voll- und Teillastbedingungen darstellen. Bei den bisher verfügbaren Verdichtern mit FU
wurde das Vi auf Volllast ausgelegt, um neben den Umrichterverlusten nicht noch weitere Nachteile im Volllastwirkungsgrad
hinnehmen zu müssen.
This is a special advantage compared to the previously available compact screw compressors with frequency inverter
which only need one Vi for all load conditions. This Vi can only
be a compromise between full load and part load conditions.
The Vi of the previously available compressors with frequency
inverter was designed for full load operation in order not to
suffer further disadvantages regarding the full load efficiency
in addition to the inverter losses.
Abb. 4:
Fig. 4:
8
Axiales und radiales Druckauslassfenster in einem
Schraubenverdichter mit Leistungsregelschieber
Axial and radial pressure outlet windows in a screw
compressor with capacity control slider
SV-1001-D-GB
2.5 Motor-Auswahl
2.5 Motor selection
Die Motoren wurden entsprechend der neuen Einsatzbedingungen ebenfalls neu ausgelegt. Die Motoren sind reichlich
dimensioniert, um den vollen Einsatzbereich abfahren zu
können, allerdings wurden die Auslegungskriterien für den
optimalen Wirkungsgrad der Motoren mehr zu den erforderlichen Drehmomenten bei Teillast verschoben. Auch hier
werden die besten Wirkungsgrade von 0,93 bis 0,96 in den
Einsatzbereichen erreicht, wo die meiste Betriebszeit zu erwarten ist.
Neben der Effizienzsteigerung ergibt sich auch noch ein niedrigerer Anlauf- und Betriebsstrom, so dass Schütze, Kabel und
Sicherungen kleiner und günstiger ausgewählt werden können.
The design of the motor has also been matched to the new
application conditions. The motors are generously sized in
order to cover the full application range. However, the design
criteria for optimal efficiency of the motors have largely been
shifted towards the required torques for part load operation.
In this case, optimum efficiencies ranging from 0.93 to 0.96
are also achieved in the application ranges with the highest
expected operating time.
In addition to the increase in efficiency, a reduced starting and
operating current is also achieved which enables the use of
smaller and cheaper contactors, cables and fuses.
2.6 Economiser Betrieb
2.6 Economizer operation
Der Einsatz von Economisern hat sich mittlerweile auch bei
Flüssigkeitskühlsätzen mit R134a durchgesetzt. Auch bei
moderaten Druckdifferenzen wie sie in der Klimatechnik
vorkommen liefert der Economiser ca. 20% Kälteleistungssteigerung (bei to = 0°C und tc = 50°C) zu moderaten Kostensteigerungen. So konnte in vielen Fällen auch der Wettbewerbsnachteil von R134a gegenüber R22 in der spezifischen
Kälteleistung teilweise wettgemacht werden. Die Erweiterung
der CSH Baureihe wurde als erste bereits vor einigen Jahren
speziell für R134a zusammen mit den Vorteilen des Economisers auf den Markt gebracht und konnte die erwarteten Effizienzvorteile klar bestätigen. Durch den im Schieber integrierten
Economiser-Anschluss (Abb. 5) konnte die Unterkühlung auch
in der Teillast effizient betrieben werden und die mechanischen
Expansionsventile hatten immer eine gleichmäßig unterkühlte
Flüssigkeit.
The use of economizers has now proven to be efficient for
liquid chillers with R134a. Even in the case of moderate
pressure differences which occur in air-conditioning applications, the economizer generates an increase in cooling
capacity of approx. 20% (with to = 0°C and tc = 50°C) at moderate cost increases. Thus, in many cases it was possible
to compensate the competitive disadvantage regarding the
specific cooling capacity of the R134a compared with the
R22. The extension of the CSH series was the first extension
which has been launched to the market many years ago in
combination with the advantages of the economizer especially
for the R134a. This feature has clearly confirmed the expected
efficiency advantages. The economizer connection (fig. 5) integrated in the slider made it also possible to use subcooling
efficiently in part load operation and to maintain a uniformly
subcooled liquid in the mechanical expansion valves.
E C O
Abb. 5:
Prinzipschaubild des Integrierten Economisers in den
Leistungsregel-Schieber
SV-1001-D-GB
Fig. 5:
Schematic diagram of the integrated economizer in the
capacity control slider
9
Bei luftgekühlten Anlagen mag der Vorteil mittlerweile auf der
Hand liegen. Der Temperaturhub ist relativ groß, ist aber die
Unterkühlung auch bei wassergekühlten Systemen mit ihrem
kleinen Temperaturhub sinnvoll?
In the case of air-cooled systems, the advantage is now
obvious. The temperature stroke is relatively large, but is
the subcooling useful for water-cooled systems with low
temperature stroke?
Betrachtet man ausschließlich den Verdichter, ist die Leistungssteigerung mit 10 –13% und einer Effizinssteigerung von ca.
6% in Volllast (to = +3°C; tc = +38°C; toh = 5K; tcu mit Economiser; 50 Hz) nicht außerordentlich, aber für die Auslegung über
den gesamten Verflüssigungsbereich kann der Economiser von
Bedeutung sein, da die Kälteleistungszunahme des Verdichters bei abgesenkter Verflüssigungstemperatur kleiner ausfällt.
Abb. 6 zeigt die Kälteleistung verschiedener Verdichter und
Kältemittel im Vergleich zur Systemanforderung. Die erforderliche Kälteleistung von Systemen wird bei geringerer Verflüssigungstemperatur abnehmen oder max. konstant bleiben.
In Abb. 6 repräsentiert „Anlagentyp A“ eine Prozesskühlung
mit konstantem Kälteleistungsbedarf und „Anlagentyp B“ eine
Komfortklimaanlage mit abnehmendem Kälteleistungsbedarf
bei reduzierten Umgebungstemperaturen.
Taking only the compressor into account, the increase in
capacity of 10 –13% and increase in efficiency of 6% at full
load (to = +3°C; tc = +38°C; toh = 5K; tcu with economizer;
50 Hz) are not extraordinary. But the economizer may be
important for the entire condensing range because the
increase in cooling capacity of the compressor at reduced
condensing temperature is lower. Fig. 6 shows the cooling
capacity of various compressors and refrigerants compared
to the system requirement. The required cooling capacity
of systems will decrease or at maximum remain constant
at reduced condensing temperature. “System type A” in
fig. 6 represents a process cooling with constant cooling
capacity requirement and “system type B” shows a comfort
air-conditioning system with decreasing cooling capacity
requirement at reduced ambient temperatures.
Die vom Verdichter erzeugte Kälteleistung steigt bei allen
Verdichtertechnologien mit abnehmender Verflüssigungstemperatur an. Man erkennt deutlich, dass Schraubenverdichter
mit Economiser relativ gesehen den geringsten Anstieg der
Kälteleistung bei sinkender Verflüssigungstemperatur gegenüber dem gewählten Auslegungspunkt (to = +3°C, tc = 50°C)
aufweisen. Dies ist ein Vorteil für die Anlagenregelung, da fast
alle Systeme einen gleich bleibenden oder geringeren Kältebedarf bei sinkenden Verflüssigungstemperaturen aufweisen, wie
die Linien für Anlagentyp A (Prozesskühlung) und Anlagentyp B
(Komfort-Klima) in Abb. 6 zeigen.
R134a Schraubensysteme ohne Economiser und Scroll-Verdichter mit R410A schneiden mit deutlich höherer Verdichterleistungssteigerung ungünstiger ab.
With all compressor technologies, the cooling capacity generated by the compressor increases with decreasing condensing temperature. It can be clearly seen that screw compressors
with economizer show the lowest relative increase in cooling
capacity with decreasing condensing temperature compared
with the selected layout point (to = +3°C, tc = 50°C). This is an
advantage for the system control because almost all systems
have the same constant or reduced cooling requirement with
decreasing condensing temperature, as shown by the lines for
the system types A (process cooling) and B (comfort climate)
in fig. 6.
R134a screw compressor systems without economizer and
scroll compressors with R410A show more disadvantages due
to their considerably higher compressor performance increase.
K ä lte le is tu n g s - Ä n d e r u n g
C o o lin g c a p a c ity c h a n g e
1 6 0
[% ]
1 4 0
1 2 0
1 0 0
8 0
6 0
C S
C S
S c
A n
A n
4 0
2 0
W 8 3
W 8 3
r o ll &
la g e n
la g e n
8 3
8 3
R
ty
ty
-1 1
-1 1
4 1 0
p A
p B
0 Y
0 Y
A
/ S
/ S
w ith E C O & R 1 3 4 a
w ith o u t E C O & R 1 3 4 a
y s te m
y s te m
ty p e A
ty p e B
0
2 0
2 5
3 0
3 5
4 0
4 5
[° C ]
5 0
V e r flü s s ig u n g s te m p e r a tu r
C o n d e n s in g te m p e r a tu r e
Abb. 6:
10
Relative Verdichterkälteleistungssteigerung und Systembedarfsänderung bei sinkenden Verflüssigungstemperaturen
Fig. 6:
Relative compressor cooling capacity increase and
system requirement variation with decreasing condensing
temperatures
SV-1001-D-GB
Dies bedeutet für Schraubenverdichter mit Economiser, dass
man die Einzelverdichter in höheren Teillastschieberstellungen
betreiben kann um die gleiche prozentuale Reduzierung der
Systemleistung zu erhalten. Dadurch können bessere Teillastwirkungsgrade des Systems erzielt werden. Abb. 7 verdeutlicht
dies an Hand der Schieberstellungen einer wassergekühlten
Komfortklimaanlage nach EUROVENT Bedingungen.
Bei dem Vergleich wurden zwei CSW8583-110Y ausgewählt.
Man sieht zunächst, dass der Verdichter mit Economiser
(System B) bei diesen Betriebsbedingungen 10% mehr Kälteleistung aufweist als ohne Economiser (System A).
Systemleistung / System performance
This means for screw compressors with economizer that
single compressors can be operated in higher part load slider
positions in order to obtain the same reduction in percent of
the system performance. This results in improved part load
efficiencies of the system. Fig. 7 clearly shows this by means of
the slider positions of a water-cooled comfort air-conditioning
system according to the EUROVENT conditions.
Two CSW8583-110Y were selected for the comparison.
First of all, you will see that the compressor with economizer
(system B) generates 10% more cooling capacity under these
operating conditions than without economizer (system A).
100%
75%
50%
25%
25%
Verdampfungstemperatur / Evaporation temperature
5.0
5.5
6.0
6.0
6.0
°C
Verflüssigungstemperatur / Condensing temperature
38
32
26
20
20
°C
Sauggastemperatur / Suction gas temperature
5
5
5
5
5
K
Unterkühlung / Subcooling*
4
4
2
2
2
K
System A
Schieberstellung / Slider position
100
69
43,7
Min
ON/OFF
Kälteleistung / Cooling capacity
284.7
212.7
142.1
85.0
71.2
Schieberstellung / Slider position
100
76
48,2
Min
ON/OFF
Kälteleistung / Cooling capacity
313.1
234.3
156.8
85.0
78.3
kW
System B
kW
* Unterkühlung mit Economiser variabel / Subcooling with economizer variable
Abb. 7:
Schieberstellungen für unterschiedliche Teillaststufen für
Systeme mit (System B) und ohne (System A) Economiser
Die einzelnen Teillaststufen werden dann jeweils mit deaktiviertem Economiser betrieben. Die einzelnen Teillaststufen sind,
wie in der EUROVENT Zertifizierung festgelegt, auf die jeweiligen Volllastleistungen bezogen. Im 75% Betriebspunkt ist auf
Grund der reduzierten Verflüssigungstemperatur eine Schieberstellung von 69% System A bzw. 76% System B erforderlich.
Diese Tendenz setzt sich durch alle Teillaststufen fort. Im ON/
OFF Betrieb bei minimaler Systemleistung ist der Taktbetrieb
für System B kürzer als bei System A ohne Economiser. Die
min Kälteleistung beider Verdichter ist zwar gleich groß, da
die Volllastleistung aber um 10% im System B höher liegt als
ohne Economiser, muss der Verdichter im System B weniger
Takten.
So ergibt sich für Systeme mit Economiser nicht nur ein Effizienzvorteil in der Volllast, sondern auch in allen Teillaststufen.
Dies führt insgesamt zu einer Steigerung des ESEER.
Der Economiser wurde deshalb beim CSW Schraubenverdichter im Gehäuse integriert und ist für die Volllaststufe optimal
ausgelegt. Bei Teillast kann er dann deaktiviert werden, um
eine geringere Restleistung der jeweiligen Teillaststufe zu
erzielen.
SV-1001-D-GB
Fig. 7:
Slider positions for different part load conditions for systems
with (system B) and without (system A) economizer
Operation under the individual part load conditions is then
realized with deactivated economizer. The individual part load
conditions refer to the corresponding full load capacities as
defined in the EUROVENT certification. The 75% operating
point requires a slider position of 69% system A or 76%
system B due to the reduced condensing temperature. This
tendency remains for all part load conditions. In ON/OFF operation at minimum system performance, the cyclic operation
for system B is shorter than for system A without economizer.
Although the cooling capacity of both compressors is the
same, the compressor in system B must cycle less because
the full load capacity in system B is 10% higher than without
economizer.
For systems with economizer, this means not only an efficiency
advantage for full load operation but also for all part load
conditions. This leads to an overall increase of the ESEER.
The economizer has therefore been integrated in the CSW
screw compressor housing and is thus optimally suitable
for the full load condition. It can then be deactivated for part
load operation to achieve a lower residual capacity of the
corresponding part load condition.
11
3
Kompaktschraubenverdichter mit integriertem
oder externem Frequenzumrichter
3
Compact screw compressors with integrated
or external frequency inverter
Kompaktschraubenverdichter herkömmlicher Bauart lassen
sich grundsätzlich auch mit externem Frequenzumrichter (FU)
zur Leistungsanpassung betreiben. Die Schiebersteuerung
wird dabei nur zur Anlaufentlastung verwendet. Während des
normalen Betriebes werden die Verdichter in der Volllaststellung mittels FU geregelt. Der Regelbereich ist dabei von einigen
Randbedingungen abhängig, die im Folgenden kurz aufgelistet
werden. Die gleichen Beschränkungen gelten auch für Kompaktschraubenverdichter mit integriertem FU.
Compact screw compressors of conventional construction
can generally also be operated with external frequency inverter
for performance adaptation. In this case, the slider control is
used for start unloading. During normal operation, the compressors are controlled via the frequency inverter in full load
position. The control range depends on certain boundary
conditions which are explained in the following. The same
restrictions also apply to compact screw compressors with
integrated frequency inverter.
3.1 Motorauslegung
3.1 Motor design
Die Motorauslegung auf dem Markt verfügbarer Kompaktschraubenverdichter ist üblicherweise für 400 V/3/50 Hz oder
460 V/3/60 Hz durchgeführt. Sonderspannungen sind für
viele andere Netze ebenfalls erhältlich. In Mitteleuropa wird
normalerweise die Netzspannung 400 V/3/50 Hz angeboten.
Aus diesen Parametern lässt sich nun die richtige Motorspannungs- und Frequenzumrichterauswahl treffen. Auf Grund
der Investitionskosten für den FU versucht man, die Drehzahl
der Verdichter möglichst hoch zu fahren, um so ein besseres
Verhältnis von Preis / kW Kälteleistung zu erzielen. Verwendet
man einen 400 V/3/50 Hz Teilwicklungsmotor liegt oberhalb
50 Hz Ausgangsfrequenz am FU Unterspannung am Motor an,
da die Ausgangsspannung des FU im Allgemeinen nicht über
der Eingangsspannung liegen kann. Hat der Motor genügend
Leistungsreserve kann er bis 60 Hz (20% Unterspannung)
betrieben werden. In der Klimaanwendung ist es allerdings
eher unüblich, dass die Motoren bei max. Betriebspunkt so
viel Reserve aufweisen. Daher werden Verdichter mit Sondermotoren (wie zum Beispiel 230 V/3/50 Hz) erforderlich. Diese
könnten bis 87 Hz ohne Unterspannung am 400 V/3/50 Hz
Netz betrieben werden. Nachteil bei dieser Auswahl ist, dass
der Verdichter mit standardmäßigem Teilwicklungsmotor nicht
direkt am Netz betrieben werden kann und dass der Betriebsstrom und damit die FU Größe auf Grund der niedrigeren
Motorspannung bei gleicher Leistungsaufnahme um den
Faktor Wurzel 3 steigt. Zudem kann das Kälteleistungspotenzial bis 87 Hz, wie die nachfolgenden Punkte zeigen, nicht voll
ausgeschöpft werden.
The motors of compact screw compressors available on
the market are normally designed for 400 V/3/50 Hz or
460 V/3/60 Hz. Many special voltages are also possible. In
Central Europe, the supply voltage 400 V/3/50 Hz is generally
offered. The selection of the correct motor voltage and frequency inverter is possible based on these parameters. Due
to the investment costs for the frequency inverter, it is the aim
to increase the compressor speed to obtain a more favourable
price/kW cooling capacity ratio. When using a 400 V/3/50 Hz
part winding motor, under-voltage is supplied to the motor if
the output frequency of the frequency inverter exceeds 50 Hz,
because the output voltage of the frequency inverter is, in
general, not higher than the input voltage. If the motor disposes of sufficient capacity reserve, it may be operated up to
60 Hz (20% under-voltage). In an air-conditioning application,
it is rather unusual for motors to dispose of such a reserve at
the maximum operating point. This is why compressors with
special motors (such as 230 V/3/50 Hz) are required. These
motors could be operated up to 87 Hz without under-voltage
in a 400 V/3/50 Hz mains. This selection presents the disadvantage that the compressor with standard part winding motor
cannot be connected directly to the mains and that the operating current and thus the frequency inverter value increases by
the factor root 3 due to the lower motor voltage at constant
power consumption. Furthermore, the cooling capacity potential of up to 87 Hz cannot be used completely as shown by the
following points.
3.2 Druckverluste
3.2 Pressure drops
Herkömmliche Kompaktschraubenverdichter sind für den
Frequenzbereich 50 Hz bis 60 Hz ausgelegt. Die internen Strömungsquerschnitte und Absperrventilgeometrien sind auf die
Volumenströme in diesem Bereich optimiert. Erhöht man jetzt
die Drehzahl auf 70 Hz oder 80 Hz steigt der geförderte Volumenstrom um 40 – 60% (bezogen auf 50 Hz). Der Volumenstrom geht quadratisch in die Druckverlustberechnung ein und
ist damit ein bestimmender Faktor. Ein effizienter Einsatz bei
Drehzahl oberhalb 60 Hz ist also nicht nur durch die Umrichterverluste, sondern auch durch die steigenden Druckverluste
nicht möglich.
Conventional compact screw compressors are designed for a
frequency range from 50 Hz to 60 Hz. The internal flow areas
and shut-off valve geometries are optimized with regard to
the volume flows in this range. Now, if the speed is increased
to 70 Hz or 80 Hz, the required volume flow increases by
40 – 60% (based on 50 Hz). The quadratic volume flow is used
for the pressure drop calculation and is therefore a decisive
factor. Efficient use above a speed of 60 Hz is therefore not
possible only due to the inverter losses but also due to the
increasing pressure drops.
12
SV-1001-D-GB
3.3 Ölabscheiderwirkungsgrad
3.3 Oil separator efficiency
Ähnlich wie bei den Druckverlusten ist auch der Ölabscheiderwirkungsgrad abhängig vom Volumenstrom. Oberhalb eines
bestimmten Wertes, der normalerweise außerhalb der
50 – 60 Hz Einsatzgrenze liegt, nimmt der Abscheidegrad
überproportional ab. Die Ölabscheiderrate sinkt bei 70 oder
80 Hz drastisch auf Werte unter 97%. Dies führt dann zu erhöhter Konzentration von Öl im System und kann auch zu Ölverlagerungen bei stark wechselndem Leistungsbedarf führen.
Ein nachgeschalteter Sekundärölabscheider könnte hier Abhilfe
schaffen, erhöht allerdings die Investitionskosten erneut.
Like the pressure losses, the oil separator efficiency also
depends on the volume flow. Above a certain value which
normally lies outside the application limit of 50 – 60 Hz, the
separator efficiency decreases overproportionally. At a value of
70 or 80 Hz, the oil separation efficiency decreases drastically
to values below 97%. This leads to increased concentration
of oil in the system and may also cause oil migration with
strongly variable power requirement. A downstream secondary
oil separator could be a remedy in this case, but would also
further increase the investment costs.
3.4 Drehzahlbereich
3.4 Speed range
Der Drehzahlbereich ist also durch mehrere Größen bestimmt.
Üblicherweise kann ein effizienter Einsatz von Kompaktschraubenverdichtern mit integriertem oder externem FU nach heutiger Bauart nur im Bereich von 20 (25 Hz) bis 60 Hz erfolgen.
Über dieser Grenze werden Druckverluste und Ölauswurf zu
groß. Unterhalb ca. 20 Hz werden die internen Leckagen im
Profil und die Umrichter-/Motorverluste zu groß. Die Verluste
durch den FU sind in den meisten Verdichterdokumentationen
bisher gar nicht berücksichtigt. Beim Einsatz von externen FUs
ist dies auch nicht möglich, da die Zuordnung von Verdichter
und FU normalerweise nicht vom Verdichterhersteller erfolgt
und die Auswahl einen erheblichen Einfluss auf die Motorleistung haben kann. Selbst bei Anbietern von Verdichtern mit
integriertem FU werden die Umrichterverluste nicht dokumentiert, was zu unrealistischen Effizienzwerten in der Dokumentation führt.
The speed range is determined by several variables. The
today’s construction of compact screw compressors with
integrated or external frequency inverter generally only enables
efficient use within the range from 20 (25 Hz) to 60 Hz. Any use
above this limit range causes excessive pressure losses and oil
carry overs. Any use below approx. 20 Hz causes excessive
leakages in the profile and excessive inverter/motor losses.
The losses caused by the frequency inverter are not taken into
consideration in most of the compressor documents. This is
also not possible when using external frequency inverters, as
the assignment between the compressor and the frequency
inverter is normally not done by the compressor manufacturer
and the selection may have a considerable effect on the motor
power. Even companies offering compressors with integrated
frequency inverter do not document the inverter losses which
leads to unrealistic efficiency values in the documentation.
Leistungsstufe
Capacity step
Abb. 8:
Effizienzänderung in den einzelnen Laststufen von CSW und
CSH mit und ohne Frequenzumrichter und bezogen auf die
100% Laststufe des CSH8571-110Y
SV-1001-D-GB
Fig. 8:
Efficiency change at the various load conditions of CSH and
CSW with and without frequency inverter and based on 100%
of the CSH8571-110Y
13
3.5 Einsatzgrenze
3.5 Application limit
Die oben beschriebenen Möglichkeiten zur Erweiterung der
Einsatzgrenze im Teillastfall sind bei den konventionellen
Kompaktschraubenverdichtern mit FU nicht so ohne weiteres
umzusetzen. Der Verdichter wird bei der Leistungsregelung
mit FU immer in der Schieberstellung „Volllast“ betrieben. So
erschließen sich die Effizienzsteigerungen durch Absenken der
Verflüssigungstemperatur bei Teillast für Kompaktschraubenverdichter mit FU-Betrieb nicht in vollem Umfang. Dies führt
zu geringeren ESEER oder IPLV Werten wie die Abb. 8 im Vergleich der einzelnen Laststufen für einen wassergekühlten Verflüssigungssatz nach EUROVENT verdeutlicht. In der Laststufe
100% hat eine CSH mit FU Umrichter- und Druckverluste, die
den EER schlechter ausfallen lassen. In der 75% Laststufe sind
die Effizienzen der Verdichter mit FU bzw. mit Schieberregelung
sehr ähnlich und bei 50% und 25% fallen normale Kompaktschraubenverdichter mit konventioneller Schieberregelung
deutlich ab. Der CSW Verdichter ist in allen Laststufen deutlich
besser als die CSH mit FU und dies resultiert in einem um
10 –15% besseren ESEER als bei CSH Schraubenverdichtern
mit FU.
The above-described possibilities for extending the application
limit in part load operation cannot be easily realized with conventional compact screw compressors with frequency inverter.
For capacity control with frequency inverter, the compressor
is always operated in the “full load” slider position. Thus, the
increases in efficiency realized by decreasing the condensing
temperature during part load operation cannot be entirely
realized for compact screw compressors with frequency inverter. This results in lower ESEER or IPLV values as shown
in the comparison in fig. 8 of the various load conditions for
a water-cooled condensing unit according to EUROVENT.
Under 100% load condition, a CSH with frequency inverter
generates inverter and pressure losses which make the EER
turn out lower. In the 75% load condition, the efficiencies of the
compressors with frequency inverter or with slider control are
very similar and with 50% and 25%, the efficiencies of normal
compact screw compressors with conventional slider control
drop considerably. The CSW compressor is more efficient
under all load conditions than the CSH with frequency inverter
which results in an ESEER improved by 10 –15% compared
with CSH screw compressors with frequency inverter.
Herkömmliche Kompaktschrauben mit internem oder externem FU können also im Vergleich zur bisherigen CSH Serie mit
Schieberregelung einen besseren ESEER erreichen, aber an
die Leistungscharakteristik der neuen CSW reichen sie nicht
heran.
Conventional compact screw compressors with internal or
external frequency inverter can therefore achieve a better
ESEER compared with the previous CSH series with slider
control, but they cannot reach the capacity characteristic of
the new CSW.
3.6 Schallleistung
3.6 Sound power
Die heutigen Antriebseinheiten aus Motor und Rotoren sind
für einen Drehzahlbereich von 50 Hz bis 60 Hz ausgelegt.
Innerhalb eines erweiterten Drehzahlbereichs kann es zu
Resonanzen und Schwingungen kommen. Die betreffenden
Frequenzen werden dann üblicherweise aus dem Frequenzbereich ausgeblendet. Wird der Verdichter allerdings oberhalb
60 Hz betrieben steigt die Schallemmission überproportional,
so dass besondere Maßnahmen zur Schalldämmung erforderlich werden.
Modern drive units consisting of motor and rotors are designed
for a speed range from 50 Hz to 60 Hz. Resonances and vibrations may be caused within an extended speed range. Generally, the corresponding frequencies are then not taken into
consideration in the frequency range. However, if the compressor is operated above 60 Hz, sound emission increases
overproportionally so that special measures for sound insulation are required.
Alles in allem sind die heute verfügbaren Kompaktschraubenverdichter mit integriertem oder externem Frequenzumrichter
ein Kompromiss aus der Situation heraus, dass bei herkömmlichen Kompaktschraubenverdichtern bisher keine effiziente
Schieberregelung zur Verfügung stand. Die SEER Werte
(Seasonal Energy Efficiency Ratio) von Flüssigkeitskühlsätzen
mit Schraubenverdichtern konnte mittels FU gesteigert werden.
Die Investitionskosten für einen FU sind allerdings nicht unerheblich, so dass eine Amortisation schon gegenüber üblichen
Schraubenverdichtersystemen schwierig ist. Der FU ist häufig
genauso teuer wie der Verdichter. Vergleicht man nun die verfügbaren FU-Lösungen mit den neuen CSW Systemen, ergibt
sich keine Amortisation der zusätzlichen Investitionskosten.
Für besondere Projekte, in denen die Temperaturgüte von sehr
großer Bedeutung ist, oder auf einen sehr geringen Anlaufstrom geachtet werden muss, können Kompaktschraubenverdichter mit FU einen sinnvollen Einsatz finden. Hier bietet
allerdings die Lösung mit einem halbhermetischen Schraubenverdichter mit FU und externem Ölabscheider im Regelbereich
von 20 – 90 Hz die deutlich wirtschaftlichere, effizientere und
flexiblere Lösung [2].
14
All in all, the compact screw compressors with integrated
or external frequency inverter which are available today
are a compromise based on the situation that no efficient
slider control has been available so far. The SEER values
(Seasonal Energy Efficiency Ratio) of liquid chillers with screw
compressors could be increased by means of frequency
inverters. The investment costs for a frequency inverter are,
however, quite high which makes the amortisation compared
with conventional screw compressor systems difficult. The
frequency inverter is often as expensive as the compressor.
The comparison between the available frequency inverter
solutions and the new CSW systems does not show any
amortization potential regarding the additional investment
costs.
For special projects in which the temperature criterion or a
very low starting current is very important, compact screw
compressors with frequency inverter may be useful. In this
case, the solution of a semi-hermetic screw compressor with
frequency inverter and external oil separator in the control
range from 20 to 90 Hz would be the more economical,
efficient and flexible solution [2].
SV-1001-D-GB
4
Zertifizierungsprogramme und internationale
Normung mit der notwendigen Bereitstellung
von Verdichterdokumentation
4
Certification programs and international standards
with the required availability of the compressor
documentation
Für die Auslegung und Dokumentation von Flüssigkeitskühlsätzen und Wärmepumpen existieren rund um die Welt
verschiedene Normen und Anforderungen. In den letzten
Jahren wurden basierend auf diesen Normen unterschiedliche
Zertifizierungsprogramme entwickelt, die zu einer besseren
Transparenz und Vergleichbarkeit der Herstellerangaben beitragen sollen. Als wesentliche Normen und Zertifizierungsprogramme für Flüssigkeitskühlsätze haben sich die EUROVENT
Zertifizierung, ARI 550/590, ASHRAE 90.1 [5] (beide USA)
und GB19577-2004 in China etabliert. Daneben gibt es noch
weitere nationale Zertifizierungsprogramme, die sich häufig an
die erstgenannten anlehnen (z. B in Indien das ECBC [Energy
Conservation Building Code]).
Different standards and requirements for the design and
documentation of liquid chillers and heat pumps exist
worldwide. Over the past years, different certification programs
have been developed on the basis of these standards, which
should contribute to a better transparency and comparability
of the manufacturer's specifications. The EUROVENT
certifications ARI 550/590 and ASHRAE 90.1 [5] (both
USA) and GB19577-2004 in China have been established
as the essential standards and certification programs for
liquid chillers. In addition to that, there are further national
certification programs which, in many cases, are based on
the former ones (e. g. in India the ECBC [Energy Conservation
Building Code]).
Zertifizierungsprogramme und Normen für Wärmepumpen
befinden sich gerade in der Entwicklung.
Die Normen und Zertifizierungen definierten anfangs nur Betriebspunkte und Klasseneinteilungen für den Volllastbetrieb.
Da die Anlagen nur einen geringen Anteil der Betriebsstunden
in Volllast betrieben werden, sind Effizienzvergleiche auf Basis
dieser Bedingungen nur bedingt aussagekräftig. Daher wurden
mittlerweile auch Teillastbedingungen in die Leistungsbeurteilung und Zertifizierung aufgenommen. Dabei werden in den
entsprechenden Programmen die Laststufen abhängig von
der Umgebungstemperatur zugeordnet und gewichtet.
Certification programs and standards for heat pumps are in
development.
The standards and certifications formerly defined only the
operating points and classification for the full load operation.
As the operating hours under full load represent only a small
percentage, efficiency comparisons on the basis of these
conditions are not very meaningful. This is why meanwhile
part load conditions have been integrated in the capacity
appraisal and certification. The load conditions are assigned
and appraised in the corresponding programs depending on
the ambient temperature.
Abb. 9 zeigt die Häufigkeitsverteilung der Teillastwerte in
Abhängigkeit zur Umgebungstemperatur für die ESEER
(European Seasonal Energy Efficiency Ratio nach EUROVENT)
und IPLV (Integrated Part Load Values nach ARI 550/590)
Berechnung.
Fig. 9 shows the frequency distribution of the part load values
depending on the ambient temperature for the ESEER (European Seasonal Energy Efficiency Ratio according to EUROVENT) and IPLV (Integrated Part Load Values according to
ARI 550/590) calculations.
Leistungsstufe
Capacity step
Abb. 9:
Häufigkeitsverteilung der Laststufen nach EUROVENT und
ARI 550/590
SV-1001-D-GB
Fig. 9:
Frequency distribution of the load conditions according to
EUROVENT and ARI 550/590
15
Diese Einteilung ermöglicht eine verbesserte Bewertung von
Flüssigkeitskühlsätzen in Komfortklimaanlagen. Die als lineare
Funktion definierte Zuordnung von Laststufen und Umgebungstemperatur kann dabei nur als grober Durchschnitt
gesehen werden, in der besonders der Teillastbetrieb bei
normalen und hohen Umgebungstemperaturen völlig unberücksichtigt bleibt.
Basis für die Gewichtung der SEER-Werte ist eine statistische
Auswertung der Betriebszeiten von Flüssigkeitskühlsätzen in
Europa (für ESEER) und USA (für IPLV). Sie bezieht sich jeweils
auf Durchschnittstemperaturen in den beiden Klimazonen.
Beiden Berechnungsverfahren liegt eine zeitliche Verteilung der
jeweiligen Laststufen zugrunde – siehe Abb. 10 am Beispiel
ESEER. Bei dieser Bewertung ist jedoch zu beachten, dass
eigentlich nicht die Verdichter-Leistungszahl (COP) für die
Energieeffizienz eines Systems maßgebend ist, sondern die
tatsächliche Leistungsaufnahme über dem definierten Lastprofil. Die Leistungsaufnahme bei Volllast ist mehr als viermal
so hoch wie in der 25% Leistungsstufe und müsste bei der
gegebenen zeitlichen Verteilung eigentlich stärker im SEER
gewichtet werden.
This classification allows a better appraisal of liquid chillers
in comfort air-conditioning systems. The allocation of load
conditions and ambient temperature defined as linear function
represents a rough average only and in particular does not
consider the part load operation at normal and high ambient
temperatures.
The statistical evaluation of the operating times of liquid chillers in Europe (for ESEER) and USA (for IPLV) is the basis
of the weighting of the SEER values. It refers to the average
temperatures in both climate zones. Both calculation procedures are based on a time distribution of the corresponding load
conditions. See the ESEER example in fig. 10. However, it has
to be considered for this appraisal that it is not the compressor coefficient of performance (COP) which is decisive for the
system’s energy efficiency but the actual power consumption
above the defined load profile. The power consumption at full
load is four times higher than with 25% load condition and
should actually be weighted more in the SEER with the given
time distribution.
Laststufen
[%]
Zeitliche Verteilung
[%]
ESEER Gewichtung
[%]
Load conditions
[%]
Time distribution
[%]
ESEER weighting
[%]
100
75
50
25
1,4
19,9
37,1
41,6
3
33
41
23
100
75
50
25
1.4
19.9
37.1
41.6
3
33
41
23
Abb. 10: Zeitliche Verteilung der Laststufen und Gewichtung nach
EUROVENT
Fig. 10: Time distribution of the load conditions and weighting
according to EUROVENT
So kann es zu Verschiebungen in der tatsächlichen Energieeffizienz kommen, wie Abb. 11 anhand zweier Systeme (A
und B) mit identischer Kälteleistung in allen Betriebspunkten
exemplarisch zeigt.
This may cause shifts of the actual energy efficiency, as shown
in fig. 11 by means of an example of two systems (A and B)
with identical cooling capacity in all operating points.
250
A
200
B
150
B
A
100
50
0
Abb. 11: Vergleich von Leistungszahl und Leistungsaufnahme zweier
Systeme nach EUROVENT Bedingungen
16
Fig. 11: Comparison of the coefficient of performance and power
consumption of two systems according to the EUROVENT
conditions
SV-1001-D-GB
System A verfügt über einen besonders guten Teillastwirkungsgrad bei niedrigen Laststufen und System B über eine deutlich
bessere Volllasteffizienz. Die über den Laststufen zeitlich
gewichtete Leistungsaufnahme ist in beiden Fällen identisch,
der ESEER ist für das System A jedoch um über 5% besser
gegenüber System B. Die Referenzbedingungen und Gewichtungen beziehen sich in diesem Beispiel auf die ESEER
Berechnung nach EUROVENT für wassergekühlte Systeme.
Liegen die Betriebsbedingungen für die Teillaststufen weiter
auseinander (luftgekühlte Systeme), so können sich noch
wesentlich größere Unterschiede ergeben.
Als Schlussfolgerung lässt sich daraus ableiten, dass ein hoher
ESEER (IPLV)-Wert nicht zwangsläufig auf den geringsten
Energiebedarf schließen lässt.
Das tatsächliche Temperatur- und Lastverhalten lässt sich
ebenfalls nur unzureichend mit Referenzbedingungen abbilden,
da sich die Anwendungsbedingungen und Außentemperaturen
an den Aufstellungsorten deutlich voneinander unterscheiden
können. Diese starr definierten Vorgaben sind beim Vergleich
von Flüssigkeitskühlsätzen mit gleicher Verdichtertechnologie
von eher geringem Einfluss. Bei unterschiedlichen Verdichtertechnologien ergeben sich jedoch je nach Betriebscharakteristik Verschiebungen in der tatsächlichen Effizienz. Ein System
mit mehreren Flüssigkeitskühlsätzen in einer Anwendung kann
mit den oben genannten Methoden ebenfalls nicht bewertet
werden.
Trotzdem sind Bewertungen, die das Teillastverhalten mit
einbeziehen, immer besser als ein reiner Volllastvergleich.
Die im Entwurf vorliegende Norm prEN14825 definiert neue
Bedingungen für die Prüfung und Leistungsmessung unter
anderem von Flüssigkeitskühlsätzen und Wärmepumpen an
Hand vorgegebener Temperatur und Lastprofile. Dies wird ein
weiterer Schritt in Richtung genauerer Darstellung der tatsächlichen Leistungsfähigkeit von Flüssigkeitskühlsätzen und
Wärmepumpen.
Für einen ersten Überblick allerdings lassen sich ESEER und
IPLV Vergleiche sicherlich verwenden, aber für genaue Wirtschaftlichkeits-Betrachtungen sollte eine Berechnung sowieso
auf Basis der tatsächlichen Randbedingungen mit der Software der verschiedenen Hersteller von Flüssigkeitskühlsätzen
herangezogen werden.
Aus den Normen, Zertifizierungsprogrammen und realen Betriebsbedingungen ergeben sich neue Anforderungen für die
Auswahl und Auslegung der Verdichter. Bisherige Softwarepakete erlauben nur die Verdichterauswahl für Volllastbedingungen. Manche Programme ermöglichen auch die Berechnung von Teillastbedingungen. Die BITZER Software bietet ab
Version 5.1.3 darüber hinaus die Möglichkeit zur Auswahl von
Verdichtertechnologie und Verdichtertypen nach ESEER, IPLV
oder individuellen Vorgaben an vier unterschiedlichen Lastpunkten.
Entsprechend den ESEER- oder IPLV-Vorgaben können Verdampfungs- und Umgebungs- bzw. Wassertemperaturen für
vier Laststufen (Voreinstellung: 100%, 75%, 50% und 25%)
und die zugehörigen zeitlichen Gewichtungen vorgegeben
werden. Des Weiteren kann die Anzahl von Kreisläufen und
Verdichtern variiert werden. Als zusätzlicher Eingabeparameter lässt sich auch die Verflüssiger-Leistungscharakteristik in
Abhängigkeit der Laststufen definieren.
Die Software rechnet dann die optimale Verdichterkonfiguration
aus und zeigt alle erforderlichen Daten für die Komponentenauswahl an. Dies erleichtert die Simulation und Konfigurierung
von Flüssigkeitskühlsätzen oder von Wärmepumpen erheblich.
SV-1001-D-GB
System A has a particularly good part load efficiency for low
load conditions and system B has a significantly better full
load efficiency. The weighted power consumption in time over
the load conditions is identical in both cases, the ESEER for
system A, however, is by more than 5% better as compared
to system B. The reference conditions and weightings in
this example refer to the ESEER calculation according to
EUROVENT for water-cooled systems. Operating conditions
for the part load conditions that deviate stronger (air-cooled
systems) can result in essentially larger differences.
The conclusion from this is that a high ESEER (IPLV) value
does not inevitably allow the conclusion that minimum energy
is needed.
The actual temperature and load behaviour cannot be represented sufficiently either, as the application conditions
and external temperatures on the installation site can differ
considerably. These rigidly defined specifications are of
minor effect when liquid chillers with the same condensing
technology are compared but show shifts in the actual efficiency in case of different condensing technologies and
depending on the operation. A system with multiple liquid
chillers in one application cannot be evaluated by means of
the above mentioned methods.
In spite of this, evaluations which take the part load conditions
into consideration are always better than a pure full load comparison. The draft of the standard prEN14825 defines new
conditions for the testing and power measurement of liquid
chillers and heat pumps based on a predefined temperature
and load profiles. This is a further step in the direction of more
precise representations of the actual efficiency of liquid chillers
and heat pumps.
IPLV and ESEER comparisons can definitely be used for a first
overview, but for an exact cost-benefit analysis the calculation
on the basis of the actual boundary conditions with the
software of the different manufacturers of liquid chillers should
be used.
New requirements for the choice and design of compressors
derive from standards, certification programs and real operating conditions. Previous software packages allow only
the choice of compressors for full load conditions. Some
programs also allow the calculation of part load conditions.
The BITZER Software offers as of version 5.1.3 more – the
choice of compressor technology and compressor types
according to ESEER, IPLV or individual specifications for four
different load conditions.
In accordance with the ESEER or IPLV specifications, evaporation and ambient or water temperatures for four load
conditions (presetting: 100%, 75%, 50% and 25%) and the
belonging time weighting can be specified. Furthermore,
the number of circuits and compressors can be varied. The
compressor capacity characteristic as a function of the
load conditions can also be defined as an additional input
parameter.
The software determines the optimal compressor configuration
and shows all the data necessary to select the components.
This simplifies the simulation and configuration of liquid chillers
or heat pumps considerably.
17
5
Zusammenfassung
5
Summary
Die Anwendung von Verdichtern in der Kälte- und Klimatechnik
ist in den letzten Jahren einem steten Wandel ausgesetzt. Die
Energiekosten steigen und das direkte und indirekte Treibhauspotenzial der Anlagen rückt mehr in den Fokus der gesellschaftlichen Diskussion. Neben der Auswahl von Kältemitteln
mit möglichst niedrigem GWP (z. B. die aktuell technisch
anwendbaren Kältemittel mit geringstem GWP: R134a für
Klima- und Normalkühlanwendungen und CO2 in der Tiefkühlung mittels Kaskade) ist der Systemwirkungsgrad im Jahresverlauf von entscheidender Bedeutung für eine Verringerung
der CO2 Emmissionen aus Kälteanlagen. Dabei sind besonders
die Teillastwirkungsgrade der Verdichter und Anlage wichtig, da
die Systeme die meiste Zeit des Jahres bei Teillast betrieben
werden. Neue Normen und Zertifizierungsprogramme werden
mehr und mehr diesen Aspekt berücksichtigen und die einfache Volllastbewertung, wie sie heute noch vielfach Anwendung findet, in den Hintergrund treten lassen.
The application of compressors in refrigeration and air-conditioning has been subject to continuous changes in the
past years. The energy costs rise and the direct and indirect
greenhouse potential of the systems becomes more and more
the centre of interest in the social discussion. In addition to
the choice of refrigerants with the lowest possible GWP (e. g.
the currently technically usable refrigerants with minimum
GWP: R134a for air-conditioning and normal refrigeration
and CO2 in low temperature application with cascade), the
system efficiency during the year is of crucial importance
to the reduction of the CO2 emissions originating from refrigeration systems. In this case, the part load efficiencies of the
compressors and the system are of particular importance as
the systems are operated at part load most of the year. New
standards and certification programs will increasingly take this
aspect into account and the simple full load assessment still
used in many applications today will play a minor role.
Neue Verdichtergenerationen werden daher auf die Steigerung
der Effizienz in Teillast optimiert, der Volllastbetriebspunkt wird
dabei nicht vernachlässigt, steht aber nur noch an zweiter
Stelle. BITZER hat eine neue CSW Kompaktschraubenverdichterserie vorgestellt. Diese konnte den ESEER nach EUROVENT
Bedingungen für wassergekühlte Verflüssigungssätze um
über 23% steigern. Die Effizienz wesentlicher Teillastbetriebspunkte wurde unter Ausnutzung der neuen Einsatzgrenzen
um mehr als 50% gesteigert. So lassen sich moderne flexible
Technologie mit geringen Betriebs- und Wartungskosten und
minimierten CO2 Emmissionen zu gleichen Investitionskosten
realisieren.
The new compressor generations will therefore be optimized
with regard to the increase in efficiency at part load operation,
whereas the full load operating point will not be neglected
but will only be the second priority. BITZER presented a new
CSW compact screw compressor series. This series could
increase the ESEER according to the EUROVENT conditions
for water-cooled condensing units by more than 23%. The
efficiency of essential part load operating points was increased
by more than 50% based on the new application limits. This
enables the realization of modern flexible technology featuring
low operating and maintenance costs and minimized CO2
emissions at the same investment costs.
Literatur
Literature
[1] BITZER, 2008, A-600-2: Kompetenz in Leistungsregelung
[2] Website EUROVENT-Zertifizierung: www.eurovent.com
[3] ARI 550/590: Performance Rating of Water-Chilling
Packages Using the Vapor Compression Cycle
[4] BITZER, 2009, SV-0801: Eine neue Generation
frequenzgeregelter Schraubenverdichter für
Flüssigkeitskühlsätze und Wärmepumpen
[5] ASHRAE 90.1: Energy Standard for Buildings Except
Low-Rise Residential Buildings
[1] BITZER, 2008, A-600-2: Competence in capacity control
[2] Website EUROVENT certification: www.eurovent.com
[3] ARI 50/590: Performance Rating of Water-Chilling
Packages Using the Vapor Compression Cycle
[4] BITZER, 2009, SV-0801: A new generation of frequencycontrolled screw compressors for liquid chillers and heat
pumps
[5] ASHRAE 90.1: Energy Standard for Buildings Except
Low-Rise Residential Buildings
18
SV-1001-D-GB
Notes
SV-1001-D-GB
19
B itze r Kühlmaschinenbau GmbH
Eschenbrünnlest r aße 15 // 71065 Sindelf ingen // Ger many
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