Практика показывает, что нет ни одного объекта, работающего в стационарном режиме согласно всем расчетным параметрам. Все здания имеют дневной и ночной; летний и зимний режимы функционирования. Казалось бы, Центры Обработки Данных (ЦОД) круглый год работают в едином режиме, но и для них характерен такой весьма длительный процесс, как заполнение оборудованием, когда мощность ЦОД заметно меньше номинальной. Следовательно, каждая система должна иметь по возможности более широкие диапазоны регулирования и система кондиционирования не исключение. Для этих целей хорошо подходят спиральные компрессоры.
Регулирование спиральных компрессоров
Регулирование спиральных компрессоров производится изменением частоты тока. Номинальным частотой электрического тока для большинства стран, в том числе России, является 50Гц. В США и Японии – 60Гц. Изменение частоты тока возможно с помощью специальных частотных преобразователей, которые бывают двух типов – динамические и статические. Первые основаны на использовании двигателя и генератора на одном валу, вторые – электронные – на основе электронных схем. В настоящее время электронные частотные преобразователи вытесняют динамические.
Как правило, компрессоры работоспособны на частотах от 45Гц до 65Гц. При этом почти пропорционально меняются потребляемая мощность компрессора, его холодопроизводительность, массовый расход хладагента. Но рассмотрим этот процесс подробнее.
Снижение частоты тока пропорционально замедляет работу компрессора, что приводит к пропорциональному снижению расхода хладагента. В первом приближении пропорционально снижаются и потребляемая мощность и количество полученного холода. Но, учитывая, что расходы воздуха в испарителе и конденсаторе остались прежними, а расход хладагента снизился, уменьшаются и минимальные температурные напоры в обоих теплообменниках, что в свою очередь приводит к снижению температуры конденсации и повышению температуры испарения. Таким образом, понижается и разность давлений конденсации и испарения, а, значит, и степень сжатия в компрессоре, то есть и его энергопотребление. В результате величина потребляемой мощности компрессора снизилась больше, чем пропорционально частоте тока. При этом очевидно, что при нулевой частоте потребляемая мощность также будет равна нулю. Поэтому кривая потребляемой мощности в зависимости от частоты тока имеет выпуклость вниз (см. рис. 1).
В то же время, холодопроизводительность цикла увеличится (выпуклость вверх):
Рис. 1. Частотное регулирование спирального компрессора.
Из рисунка видно, что наименьший холодильный коэффициент получается в режиме наивысшей нагрузки, что на практике бывает редко. При частотном регулировании можно добиться дополнительного повышения холодильного коэффициента (порядка 5-7%).
Расширение диапазона регулирования спиральных компрессоров
Оценим и оптимизируем диапазон регулирования холодопроизводительности. При максимальной для компрессоре частоте (65Гц) будет максимальная холодопроизводительность (100%). При минимальной допустимой для компрессора частоте (45Гц): 100%*(45Гц/65Гц)=69%. Итоговый диапазон регулирования: 69%…100%.
Для увеличения диапазона переходят на двухкомпрессорную установку, причем рекомендуется выбирать компрессоры не одинаковой мощности, а в отношении «золотого сечения» (отношение мощности меньшего компрессора к большему равно отношению мощности большего к их сумме), т.е. в отношении 0.618 (мощность большего компрессора равна ~62% от необходимой, меньшего – 38%). Именно при таком выборе мощностей достигается наибольший диапазон регулирования.
В этом случае диапазон 69%…100% осуществим при работе двух компрессоров одновременно. При дальнейшем снижении тепловой нагрузки отключается меньший компрессор, а частота тока для большего увеличивается до 65Гц. Относительная холодопроизводительность составит в этом случае 0.618=62%. Далее, при снижении частоты тока, работая только на одном большем компрессоре можно достичь мощности охлаждения, равной 62%*(45Гц/65Гц)=63%. В дальнейшем больший компрессор отключается, начинает работать только меньший при максимальной частоте тока (мощность (1-0.618)=38%) с возможностью снижения мощности до 38%*(45Гц/65Гц)=26%.
Рис. 2. Диапазон регулирования холодопроизводительности при использовании двух компрессоров с мощностями в отношении «золотого сечения». Для наглядности на рисунке не учтена вышеописанная непропорциональность холодопроизводительности и частоты тока. Мк – меньший компрессор, Бк – больший компрессор.
В результате получены следующие диапазоны регулирования (см. рис. 2):
26%…38%,
43%…62%,
69%…100%.
Пренебрегая небольшими интервалами, диапазон составит 26%…100%.
Автор: Хомутский Юрий
