Алексей Цымбал, генеральный директор компании LIAN technology

Проблематика

Проблем, возникающих при использовании имеющегося на рынке стандартного холодильного оборудования, — ровно две. Это недостаточная либо избыточная производительность. С увеличением объёма хранения нарушаются технологические процессы, падает выработка оборудования, и оно быстрее приходит в негодность. А с уменьшением, то есть при избыточной производительности, оборудование начинает работать некорректно, увеличивается количество циклов его пусков и остановок. Большинство производителей компрессоров ограничивает регламентированное количество циклов шестью в час.

Это и предполагалось исправить — придумать холодильное оборудование, которое при работе будет подстраиваться под ситуацию. То есть изобрести холодильную технику с изменяющейся производительностью. Была изучена масса агрегатов, уже представленных на рынке.

Линейные компрессоры

Во-первых, возможность регулирования производительности у линейных компрессоров оказалась слишком низкой. Во-вторых, компрессор для каждой задачи необходимо подбирать индивидуально. В-третьих, КПД приводов линейных компрессоров зависит от действительной нагрузки. Как только она начинает отличаться от номинальной (компрессор недозагружен или перегружен), падает КПД, снижается момент на валу и растёт энергопотребление.

Частотные преобразователи

Опыт использования частотных преобразователей выявил другой ряд замечаний. Во-первых, отсутствие возможности управления в широком диапазоне. Это не связано непосредственно с преобразователями — чаще всего это регламентировано производителями компрессоров. Они ограничивают возможность регулировать производительность, то есть диапазон частоты вращения до 45–60 Гц. Во-вторых, преобразователь необходимо располагать в непосредственной близости от компрессора. Поскольку коммерческие компрессорно-конденсаторные блоки часто располагаются на улице, а у разных частотных преобразователей соответственно разная температура эксплуатации, это ставит пользователя в зависимость от температуры окружающей среды. Возможно, сейчас появилось решение. На тот момент, когда вопрос только изучался, температура эксплуатации преобразователей колебалась в диапазоне +5…+25°C. В-третьих, преобразователи сложны в настройке. Это проблема уже не установки, а сервиса, поскольку для настройки инвертора и дальнейшей его эксплуатации требуются определённые знания, которые у сервисного персонала, обслуживающего тот или иной объект, зачастую отсутствуют. В-четвертых, такие изделия дорого стоят.

Бироторные DC-компрессоры на постоянных магнитах

При их изучении выявлены следующие преимущества: плавный запуск компрессора, возможность регулирования частоты вращения компрессора в широком диапазоне (от 30 до 100%), возможность управления моментом на валу (он не имеет линейной зависимости от частоты вращения компрессора с таким приводом), возможность управления потребляемым током и питающим напряжением, а также защита от перегрузки. Такие компрессоры появились на рынке сравнительно недавно — чуть более десяти лет назад. И произошло это благодаря тому, что в мире изобрели постоянные магниты с высокой точкой Кюри. Это порог, по достижении которого происходит нарушение кристаллической решётки материала магнита и снижаются его магнитные свойства. Последнее обстоятельство очень важно при использовании таких магнитов непосредственно в компрессорах, потому что температура в них может достигать 100°C и более. Это герметичный прибор, поэтому он должен быть необслуживаемым.

Пример решаемой задачи

Представим ситуацию: вы занимаетесь хранением цветов. Температура в камере хранения должна быть около +6°C при влажности около 80%. Соответственно, при такой температуре и влажности точке росы соответствует температура +2,3°C.

Большинство холодильного оборудования, используемого для этих целей, имеет стандартные заводские настройки с температурой точки кипения около −12…-10°C. Соответственно, температура на испарителе низкая, а конденсация влаги на испарителе — чрезмерная.

При такой температуре на испарителе влажность снижается до 40%. Соответственно, требуется установка увлажнителей (то есть, дополнительное оборудование, сервисное обслуживание, затраты и пр.). В противном случае продукция быстро приходит в негодность.


Камера хранения цветов

Решение и результаты

Благодаря возможности изменения производительности оборудования, температуру как на испарителе, так и на конденсаторе теперь можно плавно регулировать — на испарителе её можно поддерживать на уровне температуры точки росы либо выше. При этом влага не будет конденсироваться, цветы не пострадают, и нагромождать дополнительное оборудование не понадобится.

В итоге вы получите:

1. Гибкое управление температурой конденсации — от +10°C и выше. Большинство линейного оборудования настроено на температуру конденсации +45°C. При температуре внешней среды +20…+25°C, в которой находится компрессорно-конденсаторный блок, это приемлемо. При снижении температуры конденсация остаётся на том же уровне, компрессор производит больше работы для решения одной и той же задачи.

Соответственно, при снижении температуры конденсации не теряется эффективность теплообменного процесса, но снижается нагрузка на оборудование и производимую им работу.

2. Диапазон температур от +30 до +15°C. Одно и то же устройство может работать в качестве как низкотемпературного, так и среднетемпературного, отсюда бóльшая универсальность.

3. Преимущество работы в довольно широком диапазоне питающих напряжений (от 180 до 250 В).

При этом составляющие результата — это не только применение инверторных компрессоров на постоянных магнитах. Это также подбор вспомогательных компонентов — электронных сенсоров давления, температуры и, самое главное, разработка собственно контроллера с уникальным алгоритмом управления, который позволяет регулировать всю остальную базу и чётко решать поставленные задачи.

Об эффективности холодильных агрегатов

Эффективность в данном случае — это отношение более низких затрат к более качественному решению одной и той же задачи. Выигрыш здесь — за счёт использования DC-компрессоров с синхронными приводами. Но экономия энергопотребления получается не такая большая — порядка 10–15% по сравнению со стандартными приводами. Бóльшую часть экономии вы имеете за счёт плавного регулирования работы, как по части конденсации, так и по части испарения. И это не только благодаря компрессору, но и за счёт применения многоходовых электронных дросселирующих узлов и алгоритма управления.


Универсальный инверторный холодильный агрегат производства LIAN Technology

Тепловые насосы

Многие решения, применяемые в конструировании холодильной техники, также были использованы специалистами LIAN Technology при производстве геотермальных тепловых насосов. Инверторные геотермальные тепловые насосы производятся на тех же самых компрессорах, с теми же самыми контроллерами и с изменённым алгоритмом работы.

Сначала расскажем о плюсах. Геотермальные насосы, как и другое оборудование на базе инверторных компрессоров, не подвержены сбоям от нестабильного напряжения — мы «научили» их работать в диапазоне от 160 до 240 В. Следующее преимущество инверторного насоса — возможность плавно изменять производительность от 30 до 100%. Он подстраивается под требуемые текущие потребности того или иного объекта, на котором он установлен. Ещё один плюс: эффективность геоконтуров на промежуточных мощностях. Надо понимать, что геоконтуры всегда рассчитываются на максимальную пиковую производительность оборудования. При сниженной производительности, например, в межсезонье, нагрузка на геоконтур снижается. Соответственно, хладагент вскипает при более высокой температуре, и мы имеем более высокий коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую.


Геотермальный инверторный тепловой насос производства LIAN Technology

Одна из проблем всего сегмента тепловых насосов состоит в том, что все считают тепловые насосы холодильными машинами, которые работают «наоборот». На самом деле, тепловые насосы — это отопительные приборы, так как большинство их дросселирующих узлов регулируются точно так же, как и у холодильных машин — по стороне испарения. То есть тут важна часть охлаждения. А что касается нагрева — «имеем то, что имеем».

Проблема перегрева

Эту проблему удалось решить. Происходила она из-за того, что сторона испарения регулируется очень хорошо, а сами конденсаторы работают бесконтрольно и чаще всего неэффективно из-за того, что в них скапливается большое количество жидкого хладагента. То есть хладагент просто «запасается» в конденсаторе.

Приходится ставить теплообменники повышенной площади со всеми вытекающими последствиями.

Компания LIAN Technology немного изменила подход. На данный момент используется управление электронным дросселирующим узлом именно по стороне конденсатора. Иными словами, от него требуется максимально эффективная работа на нагрев. Соответственно, температура жидкого хладагента в конденсаторе по горячей стороне поддерживается на минимальном уровне. Благодаря этому удалось добиться перегрева всего в 5°C. То есть выход газа из компрессора всегда равен температуре теплоносителя. Жидкий хладагент запасается в геотермальном контуре. Следовательно, чем больше жидкого хладагента по стороне испарения, тем лучше испаритель работает с отбором низкопотенциальной тепловой энергии. И с уменьшением количества жидкого хладагента в конденсаторе и одновременным увеличением в нём количества горячего газа растёт эффективность его работы на нагрев.

О технологии DX

Вокруг технологии DX ходит много легенд. Она позволяет миновать дополнительный теплообменный процесс в испарителе. Последний целиком погружен под землю, и фреон вскипает при температуре грунта. Такой подход напрямую влияет на коэффициент преобразования теплового насоса.


Сертификат ЕС на тепловые насосы LIAN

Заключение

В результате изысканий в конструировании компанией LIAN было получено более гибкое и универсальное холодильное оборудование. Также выработан нестандартный подход к проектированию и производству геотермальных тепловых насосов, который сейчас успешно применяется. В настоящее время тепловые насосы марки LIAN активно выводятся на рынки, в том числе на европейский, для чего получен сертификат по стандартам Европейского союза.