All Seasons CLIMATE COMFORT Heating Air Conditioning Applied Systems Tecnología Inverter en unidades enfriadoras de agua Refrigeration TOP SECRET SECRET INTERNAL USE ONLY PUBLIC
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
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
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
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
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 3000 3000 3000 3000 50 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 3000 2250 1500 750 RPM 3600 2700 1800 900 RPM 4200 3150 2100 1050 6
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
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) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frequency (Hz) 8
2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua EER EER 5.50 5.00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 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) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frequency (Hz) 9
2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Diseño enfocado a eficiencia COP 5.50 5.00 4.50 4.00 3.50 25% 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 3.00 100% 2.50 2.00 1.50 120% 1.00 0.50 Diseño de la unidad enfocado a obtener la mejor eficiencia a cargas parciales 10 20 Min 30 40 50 60 70 Rated 80 Max 90 100 Frequency (Hz) Un incremento de frecuencia permitiría obtener una capacidad extra cuando sea necesario 10
2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Diseño enfocado a capacidad extra COP 5.50 5.00 4.50 4.00 3.50 25% 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 3.00 100% 2.50 2.00 1.50 1.00 150% 0.50 Diseño de la unidad enfocado a satisfacer la demanda térmica en cualquier circunstancia 10 Min 20 30 40 50 Rated 60 70 80 Max 90 100 Frequency (Hz) 11
2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Diseño enfocada a /kw COP 5.50 5.00 4.50 4.00 3.50 25% 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 3.00 2.50 100% Diseño de la unidad enfocado a la mejor relación /kw 2.00 1.50 1.00 0.50 10 20 30 Min 40 50 60 70 80 Rated 90 = Max 100 Frequency (Hz) Con esta solución la capacidad extra no está disponible 12
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
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 1.0 0.8 0.6 0.4 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 0.2 0.0 Traditional chiller INVERTER 0 20 40 60 80 100 Motor load 14
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
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) 2006 2007 2008 2011 2012.. 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
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
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
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
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
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. 2,8 150 350 Cooling Capacity 550 750 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 1.400 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 3,16 1.685 533 22.386 3,06 1.685 551 23.142 + 756 75% 30ºC B = 33% 462h 3,52 1.264 359 165.858 4,53 1.264 279 128.898-36.960 50% 25ºC C = 41% 574h 4,14 842 203 116.522 5,38 842 157 90.118-26.404 25% 20ºC D = 23% 322h 5,25 421 80 25.760 6,31 421 67 21.574-4.186 TOTAL 1.400h 4,16 - - 330.526 5,24 - - 263.732-66.794 COSTES DE OPERACION 0.120 /kwh 20% ahorro en costes de operación 39.663 31.648-8.015-40.075 (1y) (5y) FACTOR EMISIONES CO 2 0.649kg/kWh 20% reducción 214.511kg emisiones CO2 171.162kg - 43.349kg (1y) - 216.745kg (5y) 23
4. Ejemplos de aplicación Instalación para aplicación de proceso % Carga unidad enfriadora suministrando una potencia frigorífica constante 25
4. Ejemplos de aplicación Instalación para aplicación de proceso 26
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 1.000 kw PRECIO ENERGIA ELECTRICA 0,10 /kwh CONDICIONES DE SELECCION Tª exterior 40ºC Tª agua 10ºC y ΔT 5ºC Perfil climático Valladolid 27
4. Ejemplos de aplicación UNIDAD INVERTER: AWS XE 280.2 XN INV UNIDAD FREE-COOLING: AWS XE 300.2 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) -2 7 1000 119 3,42 8,2 7.000 853,7 0 1000 0 21,7 1,5 43,2 7.000 162,0-1 35 1000 122 3,42 8,0 35.000 4.375,0 0 1000 0 23,9 1,5 39,4 35.000 888,3 0 108 1000 119 4,25 8,1 108.000 13.333,3 0 1000 0 26,5 1,5 35,7 108.000 3.025,2 1 223 1000 121 4,68 8,0 223.000 27.875,0 510 490 71,9 14 1,25 11,5 223.000 19.391,3 2 325 1000 121 4,45 8,0 325.000 40.625,0 543 457 81,1 14 1,25 10,4 325.000 31.250,0 3 403 1000 119 5,42 8,0 403.000 50.375,0 505 495 96,7 7,46 1 9,5 403.000 42.421,1 4 444 1000 121 5,23 7,9 444.000 56.202,5 512 488 98,2 7,63 1 9,4 444.000 47.234,0 5 449 1000 119 6,01 8,0 449.000 56.125,0 536 464 101 8,42 1 9 449.000 49.888,9 6 440 1000 120 6,44 7,9 440.000 55.696,2 562 438 106 9,15 1 8,6 440.000 51.162,8 7 435 1000 121 6,88 7,8 435.000 55.769,2 581 419 107 10,9 1 8,4 435.000 51.785,7 8 394 1000 120 7,77 7,8 394.000 50.512,8 615 385 113 11,6 1 8 394.000 49.250,0 9 424 1000 120 8,71 7,8 424.000 54.359,0 644 356 116 13,4 1 7,6 424.000 55.789,5 10 382 1000 120 9,68 7,7 382.000 49.610,4 680 320 121 15,4 1 7,3 382.000 52.328,8 11 384 1000 119 11,2 7,7 384.000 49.870,1 716 284 126 18,6 1 6,9 384.000 55.652,2 12 364 1000 119 12,5 7,6 364.000 47.894,7 758 242 133 21,7 1 6,4 364.000 56.875,0 13 373 1000 124 12,5 7,3 373.000 51.095,9 808 192 140 24,8 1 6 373.000 62.166,7 14 390 1000 126 12,5 7,2 390.000 54.166,7 1000 0 180 28 1 4,8 390.000 81.250,0 15 406 1000 131 12,5 7,0 406.000 58.000,0 1000 0 186 28 1 4,6 406.000 88.260,9 16 362 1000 134 12,5 6,8 362.000 53.235,3 1000 0 194 28 1 4,5 362.000 80.444,4 17 311 1000 139 12,5 6,6 311.000 47.121,2 1000 0 200 28 1 4,4 311.000 70.681,8 18 279 1000 145 12,5 6,4 279.000 43.593,8 1000 0 206 28 1 4,2 279.000 66.428,6 19 228 1000 150 12,5 6,1 228.000 37.377,0 1000 0 213 28 1 4,1 228.000 55.609,8 20 212 1000 153 12,5 6,0 212.000 35.333,3 1000 0 219 28 1 4 212.000 53.000,0 21 173 1000 159 12,5 5,8 173.000 29.827,6 1000 0 225 28 1 3,9 173.000 44.359,0 22 153 1000 165 12,5 5,6 153.000 27.321,4 1000 0 231 28 1 3,8 153.000 40.263,2 23 148 1000 171 12,5 5,5 148.000 26.909,1 1000 0 237 28 1 3,8 148.000 38.947,4 24 125 1000 177 12,5 5,3 125.000 23.584,9 1000 0 244 28 1 3,7 125.000 33.783,8 25 125 1000 185 12,5 5,1 125.000 24.509,8 1000 0 250 28 1 3,6 125.000 34.722,2 26 128 1000 187 12,5 5,0 128.000 25.600,0 1000 0 256 28 1 3,5 128.000 36.571,4 27 125 1000 193 12,5 4,9 125.000 25.510,2 1000 0 263 28 1 3,4 125.000 36.764,7 28 108 1000 200 12,5 4,7 108.000 22.978,7 1000 0 271 28 1 3,3 108.000 32.727,3 29 92 1000 210 12,5 4,5 92.000 20.444,4 1000 0 278 28 1 3,3 92.000 27.878,8 30 73 1000 218 12,5 4,3 73.000 16.976,7 1000 0 286 28 1 3,2 73.000 22.812,5 31 66 1000 229 12,5 4,1 66.000 16.097,6 1000 0 293 28 1 3,1 66.000 21.290,3 32 35 1000 241 12,5 3,9 35.000 8.974,4 1000 0 302 28 1 3 35.000 11.666,7 33 17 1000 253 12,5 3,8 17.000 4.473,7 1000 0 311 28 1 2,9 17.000 5.862,1 34 7 1000 266 12,5 3,6 7.000 1.944,4 1000 0 320 28 1 2,9 7.000 2.413,8 35 4 1000 280 12,5 3,4 4.000 1.176,5 1000 0 331 28 1 2,8 4.000 1.428,6 36 1 1000 296 12,5 3,2 1.000 312,5 1000 0 341 28 1 2,7 1.000 370,4 37 2 1000 315 12,5 3,1 2.000 645,2 1000 0 352 28 1 2,6 2.000 769,2 Resultado Simulación Valladolid 28
4. Ejemplos de aplicación Instalación para aplicación de proceso Resultado Simulación Valladolid 29
4. Ejemplos de aplicación Instalación para aplicación de proceso Energia Suministrada TOTAL (kwh) Energía Eléctrica Consumida TOTAL (kwh) 8.760.000 1.270.687 8.760.000 1.517.578 EER PREVISTO 6,89 + 19% 5,77 COSTE ENERGIA CONSUMIDA ANUAL 127.069-19% 151.758 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
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
MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN 32