Tecnología Inverter en unidades enfriadoras de agua

Transcripción

1 All Seasons CLIMATE COMFORT Heating Air Conditioning Applied Systems Tecnología Inverter en unidades enfriadoras de agua Refrigeration TOP SECRET SECRET INTERNAL USE ONLY PUBLIC

2 Tecnología Inverter en unidades enfriadoras de agua 1. Introducción. 2. Aplicación en unidades enfriadoras de agua 3. Últimos avances tecnología inverter en compresores 4. Ejemplos de aplicación 5. Conclusiones. 2

3 1. Introducción La importancia de la eficiencia Los equipos de climatización absorben ENERGIA ELECTRICA, lo que produce: COSTES DE FUNCIONAMIENTO IMPACTO MEDIOAMBIENTAL La eficiencia energética es el factor principal para reducir drásticamente los costes y preservar el medio ambiente. 3

4 1. Introducción Tecnología Inverter Consumo energético en una enfriadora: Ventiladores (refrig. aire) 2 ENFRIADORA 1 Compresor Bombas en el lado hidráulico 3 Consumo energético en climatizadores y fancoils: UTA FCU Ventiladores. 4

5 2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Tecnología Inverter La tecnología Inverter puede compararse a la tecnología de un coche: " Cuanto más se pisa el acelerador, más rápido vas De hecho, el Inverter utilizado en compresores establece la capacidad de la unidad de regular de forma continua el flujo de transferencia energética, modificando la velocidad del compresor en respuesta a la demanda de frío. Ejemplo El no-inverter puede compararse con una bombilla on/off; este tipo de unidad arrancará a plena carga La unidad Inverter aumentará gradualmente su potencia, en base a la necesidad de potencia del edificio, como un regulador de luz NO-INVERTER INVERTER Potencia Potencia 100% 100% OFF ON 0% OFF ON 0% REGULADOR 5

6 2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Frecuencia Compresor tornillo no-inverter 50Hz La velocidad de giro del compresor se mantiene constante durante el funcionamiento a carga parcial Compressor load 100% 75% 50% 25% RPM Hz Compresor tornillo INVERTER 50Hz 60Hz 70Hz La velocidad de giro del compresor varía dependiendo de la carga Compressor load 100% 75% 50% 25% RPM RPM RPM

7 2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Reducción potencia eléctrica absorbida Power Input 110% 100% 90% Compresor tornillo no-inverter La potencia absorbida por la enfriadora con compresor NO Inverter es más baja que la unidad Inverter La potencia absorbida por la enfriadora es considerablemente más baja con un COMPRESOR INVERTER 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Compresor tornillo INVERTER 0% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 110% Compressor Load - A plena carga la unidad NO Inverter es más eficiente que la solución Inverter debido a las pérdidas introducidas por el variadador de frecuencia - Por el contrario, la solución Inverter maximiza la eficiencia a carga parcial 7

8 2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Variación de capacidad Capacity 190% 200% 180% 160% 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% Cuanto mayor es la frecuencia mayor es el incremento de Capacidad (frío / calor) Frequency (Hz) 8

9 2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua EER EER Dependiendo de la frecuencia y las condiciones de trabajo el COP es diferente Comportamiento del compresor para diferentes condiciones de trabajo (agua en el evaporador y temperatura del aire) Frequency (Hz) 9

10 2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Diseño enfocado a eficiencia COP % Water 8.3/7C Air 20C 50% Comportamiento del compresor para diferentes condiciones de trabajo (agua en el evaporador y temperatura del aire) Water 9.5/7C Air 25C 75% Water 10.8/7C Air 30C Water 12/7C Air 35C % % Diseño de la unidad enfocado a obtener la mejor eficiencia a cargas parciales Min Rated 80 Max Frequency (Hz) Un incremento de frecuencia permitiría obtener una capacidad extra cuando sea necesario 10

11 2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Diseño enfocado a capacidad extra COP % Water 8.3/7C Air 20C 50% Water 9.5/7C Air 25C 75% Comportamiento del compresor para diferentes condiciones de trabajo (agua en el evaporador y temperatura del aire) Water 10.8/7C Air 30C Water 12/7C Air 35C % % 0.50 Diseño de la unidad enfocado a satisfacer la demanda térmica en cualquier circunstancia 10 Min Rated Max Frequency (Hz) 11

12 2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Diseño enfocada a /kw COP % Water 8.3/7C Air 20C Comportamiento del compresor para diferentes condiciones de trabajo (agua en el evaporador y temperatura del aire) 50% Water 9.5/7C Air 25C 75% Water 10.8/7C Air 30C Water 12/7C Air 35C % Diseño de la unidad enfocado a la mejor relación /kw Min Rated 90 = Max 100 Frequency (Hz) Con esta solución la capacidad extra no está disponible 12

13 2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Otros beneficios: no hay picos de arranque La máxima corriente de arranque de la unidad está siempre por debajo de la máxima corriente de operación No hay picos de corriente en el motor eléctrico INVERTER No hay sobrecalentamiento en el motor No hay caídas de voltaje en la red 13

14 Displacement Power Factor 2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Otros beneficios: optimización cosφ Curva típica de factor de potencia para motor eléctricos industriales Con la tecnología inverter el factor de potencia se mantiene siempre en torno al 0,95 -Ahorro por costes de energía reactiva -Ahorro en costes de cables y menor disipación de calor en los mismos Traditional chiller INVERTER Motor load 14

15 2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Otros beneficios: nivel sonoro La reducción del nivel sonoro a cargas parciales se consigue variando la velocidad de los ventiladores pero especialmente mediante la variación de la frecuencia de trabajo de los compresores, lo que garantiza el mínimo nivel sonoro en cualquier condición de funcionamiento INVERTER La reducción de RPM de los compresores permite la reducción de ruido Esto se traduce en una importante reducción acústica cuando la máquina funciona a cargas parciales Durante la mayor parte del año la máquina operará a carga parcial produciendo una potencia sonora menor que la nominal. 15

16 3. Últimos avances tecnología inverter en compresores Un poco de historia..daikin pionero en aplicaciones Inverter Inverter heat pump screw EWYD-BZ First inverter driven R-134a H/P screw unit in the market First and Largest range with single screw compressor inverter driven (up to 1,8 MW) First inverter driven chiller R-410A scroll unit in the market Inverter mini-chiller EWA/YQ005~007AC Daikin s First inverter driven R-134a Cooling Only screw unit Inverter C/O screw EWAD-BZ Small chiller inverter series with inverter driven R-410A scroll compressors 16

17 3. Últimos avances tecnología inverter en compresores Un poco de historia..daikin pionero en aplicaciones Inverter Más de 800 unidades Daikin Inverter con compresor monotornillo ya están funcionando en Europa 17

18 3. Últimos avances tecnología inverter en compresores Power Input 110% 100% 90% Compresor tornillo no-inverter 80% 70% 60% 50% 40% 30% Compresor tornillo INVERTER 20% 10% 0% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 110% Compressor Load Daikin presenta una nueva tecnología de compresor: el compresor monotornillo Inverter y Variable Volume Ratio (VVR) El mejor rendimiento en cualquier condición de carga, con la misma enfriadora: Incomparable eficiencia a carga parcial Valores excelentes a plena carga 18

19 3. Últimos avances tecnología inverter en compresores Nueva tecnología en compresores Inverter INVERTER VALVULA CORREDERA para VVR B y A Succión Descarga para una modulación continua y adaptación a cualquier condición de carga para la optimización de la relación de compresión A Posición A Low pressure ratio B Posición B High pressure ratio 19

20 Compressor Efficiency 3. Últimos avances tecnología inverter en compresores Nueva tecnología en compresores Inverter Variable Volume Ratio (VVR) VR 2.0 VR 3.0 La eficiencia del compresor es optimizada con una relación de compresión variable a cualquier condición de trabajo gracias a: Válvula de corredera Controlador avanzado Pressure Ratio 2 compresores en 1 20

21 3. Últimos avances tecnología inverter en compresores Nueva tecnología en compresores Inverter ESEER Avg. 5,8 Up to 6 Avg. 5,4 Avg. 5,0 Platinum Silver Gold EER at full load EWAD-TZ Avg. 3,5 Avg. 3,2 Avg. 2, Cooling Capacity

22 4. Ejemplos de aplicación Instalación para aplicación de confort Simulación de enfriadora No-inverter frente a Inverter, para mostrar la optimización de la eficiencia a carga parcial y por lo tanto la reducción de los costes de operación y emisiones de CO2 Simulación de funcionamiento de un edificio de oficinas Las condiciones de diseño son: agua 12/7ºC en el evap. y 35ºC en ambiente Capacidad frigorífica demandada en las condiciones de diseño de 1.685kW Nivel de eficiencia y ruido no especificado Funcionamiento anual de la enfriadora horas Precio de la electricidad 0.12 /kwh CO 2 emission factor of 0.649kg/kWh NON-INVERTER INVERTER CONSUMO DE ENERGIA Part load ratio Air temp. Cº Weighting coeff. Running hours EER Cap. (kw) PI (kw) Energy (kwh) EER Cap. (kw) PI (kw) Energy (kwh) DIFERENCIA 100% 35ºC A = 3% 42h 3, , % 30ºC B = 33% 462h 3, , % 25ºC C = 41% 574h 4, , % 20ºC D = 23% 322h 5, , TOTAL 1.400h 4, , COSTES DE OPERACION /kwh 20% ahorro en costes de operación (1y) (5y) FACTOR EMISIONES CO kg/kWh 20% reducción kg emisiones CO kg kg (1y) kg (5y) 23

23 4. Ejemplos de aplicación Instalación para aplicación de proceso % Carga unidad enfriadora suministrando una potencia frigorífica constante 25

24 4. Ejemplos de aplicación Instalación para aplicación de proceso 26

25 4. Ejemplos de aplicación Instalación para aplicación de proceso HORARIO DE FUNCIONAMIENTO 12 meses de funcionamiento anual 7 días de funcionamiento semanal 24 horas de funcionamiento diario POTENCIA FRIGORIFICA DEMANDADA kw PRECIO ENERGIA ELECTRICA 0,10 /kwh CONDICIONES DE SELECCION Tª exterior 40ºC Tª agua 10ºC y ΔT 5ºC Perfil climático Valladolid 27

26 4. Ejemplos de aplicación UNIDAD INVERTER: AWS XE XN INV UNIDAD FREE-COOLING: AWS XE ST FC-SG Tª Total Pf Compr Pa Compr Pa Vent Pf Compr Pf FC Pa Compr Pa Vent Pa Contr Energía Potencia Electrica Energía Potencia Electrica EER EER exterior horas [kw] [kw] [kw] suministrada (kwh) Consumida (kwh) [kw] [kw] [kw] [kw] [kw] suministrada Consumida (kwh) ,42 8, , ,7 1,5 43, , ,42 8, , ,9 1,5 39, , ,25 8, , ,5 1,5 35, , ,68 8, , ,9 14 1,25 11, , ,45 8, , ,1 14 1,25 10, , ,42 8, , ,7 7,46 1 9, , ,23 7, , ,2 7,63 1 9, , ,01 8, , , , ,44 7, , ,15 1 8, , ,88 7, , ,9 1 8, , ,77 7, , , , ,71 7, , ,4 1 7, , ,68 7, , ,4 1 7, , ,2 7, , ,6 1 6, , ,5 7, , ,7 1 6, , ,5 7, , , , ,5 7, , , , ,5 7, , , , ,5 6, , , , ,5 6, , , , ,5 6, , , , ,5 6, , , , ,5 6, , , ,5 5, , , , ,5 5, , , , ,5 5, , , , ,5 5, , , , ,5 5, , , , ,5 5, , , , ,5 4, , , , ,5 4, , , , ,5 4, , , , ,5 4, , , , ,5 4, , , , ,5 3, , , ,5 3, , , , ,5 3, , , , ,5 3, , , , ,5 3, , , , ,5 3, , , ,2 Resultado Simulación Valladolid 28

27 4. Ejemplos de aplicación Instalación para aplicación de proceso Resultado Simulación Valladolid 29

28 4. Ejemplos de aplicación Instalación para aplicación de proceso Energia Suministrada TOTAL (kwh) Energía Eléctrica Consumida TOTAL (kwh) EER PREVISTO 6, % 5,77 COSTE ENERGIA CONSUMIDA ANUAL % COSTE UNITARIO kw FRIGORÍFICO 0,0145 0,0173 OTROS COSTES A CONSIDERAR Glicol necesario en la instalación para unidades con free-cooling Gasto energético superior en el bombeo en unidades free-coooling Coste superior de las unidades free-cooling 30

29 5. Conclusiones La tecnología INVERTER se postula como la alternativa más óptima, desde el punto de vista energético, no sólo para aplicaciones de confort sino también para aplicaciones especiales, con demanda continua y constante durante todo el año. Dentro de la variabilidad climatología de la geografía española, la tecnología INVERTER aplicada a compresores se posiciona, en todos los casos, como la alternativa más eficiente. En climas con temperaturas moderadas, los resultados obtenidos, en términos de ahorros económicos de explotación, son realmente espectaculares. Incluso ahorros por encima del 50% frente a otras tecnologías usadas actualmente. El uso de esta tecnología proporciona, además, una serie de beneficios adicionales: Mayores eficiencias a cargas parciales Bajo nivel sonoro a cargas parciales Eliminación de los picos de arranque Óptimo factor de potencia (> 0.95) 31

30 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN 32