Køleanlæg på ventilations- og klimaanlæg

Transkript

1 Køleanlæg på ventilations- og klimaanlæg

2 Indledning... 2 Hvad er et køleanlæg... 2 Anlægskomponenter... 3 Kompressor... 3 Skueglas... 4 Filter... 4 Manometer... 4 Pressostater... 4 Drøvleventil / Indsprøjtningsventil... 5 Køleflade... 5 Energioptagelsen i køleanlægget... 5 Målinger på køleanlægget... 6 Styring og regulering... 6 Kølemidler... 6 Ozonnedbrydningspotentiale (ODP)... 6 Global opvarmningspotentiale (GWP)... 7 Energioptimering og besparelser Mulige fejl Lovgivning vedr. eftersyn på køleanlægget Energistyrelsens eftersyn på ventilations- og klimaanlæg

3 Indledning Dette kursusmateriale er til kurset køleanlæg på ventilations- og klimanlæg. Kurset vil give deltagerne en grundlæggende teoretisk og praktisk viden om køleteknik i 1-trins køleanlæg. De kan vejlede kunder og driftspersonale om mulige energibesparelser på klima- og ventilationsanlæg, hvor der indgår et køleanlæg. Det omhandler bl.a. kølesystemers funktion, opbygning og virkemåde, samt enkeltkomponenternes funktion og virkemåde, herunder anlæggets styrings- og reguleringsprincipper. Deltagerne kan med viden om klimaanlæg og kendskab til indberetningskrav af fordampningstemperaturer, kondenseringstemperatur, foretage aflæsning af kompressorens målere, set-punkter for følere m.v. uden at foretage brud, da dette kræver minimum et kat. II certifikat. AMU uddannelsen er kompetencegivende til Energistyrelsens lovpligtige eftersyn af ventilationsog klimaanlæg. Hvad er et køleanlæg Et køleanlæg er et lukket system af rør og komponenter med et cirkulerende kølemiddel. Anlægget har en kold side og en varm side, samt en kompressor, en recipient (beholder) og et drøvleorgan. I den kolde side, fordamperen (kølefladen) optages energi i kølemidlet ved at et kølemiddel fordamper. Herved afkøles fordamperen. 2

4 Kompressoren komprimerer kølemiddelsgassen til den varme side, kondensatoren, hvor kølemidlet kondenserer og afgiver den optagne varme energi igen. Efter kondensatoren ledes flydende kølemiddel til recipienten. Fra recipienten trykkes kølemidlet igennem et drøvleorgan tilbage til fordamperen og nu er kredsen sluttet. Drøvleorganet har til formål at reducere trykket mellem den varme og kolde side af køleanlægget, og der med sænkes temperaturen. Når et ventilationsanlæg, så får indbygget en køleanlæg kan det ske på flere måder. Hele køleanlægget kan være monteret i ventilationsanlægget, eller en del af det kan være flyttet ud af anlægget. Der kan også indgå flere kølekredse i køleanlægget. Alt dette afhænger af hvilke behov køberen har, og producenterne har ofte nogle forskellige anlægsløsninger. Kompressor Anlægskomponenter Kompressoren skal under driften fjerne de kølemiddelsgasser i kølekredsen, som bliver dannet ved afkøling af til luften i kølefladen. I mellemstore varmepumpesystemer anvendes mest scroll- og stempelkompressorer, og i store varmepumpeanlæg er det normalt stempel- og skruekompressorer. Der er stor forskel på, hvor energieffektivt de forskellige typer af kompressorer arbejder og kapacitetsregulerer. Stempelkompresssoren virker ved at et ventilsystem åbner og lukker for henholdsvis lav og højtryk siden på kompressoren. Den er rimelig billig, men afgiver en del støj. Scrollkompressorer har en roterende scroll, som lukker gas inde og komprimere det i sin arbejdsgang. Den driftssikker, levere konstant gasstrøm og er lydsvag. Kølekompressordelen i ventilationsanlæg kan være udført på forskellige måder. Det er normalt mest optimalt at regulerer kompressor kapaciteten ved at ændre på omdrejningstallet med frekvensomformer, da en rolig og stabil kørsel giver mest energieffektiv drift. Nogle anlæg har 2 kompressor, som så bruges til at tilpasse kølebehovet ved indkobling. En masse start og stop af kompressoren vil resultere i en højere kondenseringstemperatur og en lavere fordamper temperatur med et forøget energiforbrug. Mange start og stop vil yderlig slide på kompressoren. 3

5 Skueglas Er følsomme indikatorer, der viser en farve afhængigt af fugtindholdet i kølemidlet. Den sidder monteret i væskeledningen, typisk efter filter. Er der bobler i glasset, kan det skyldes mangel på kølemiddel, manglende underkøling eller trykfald på væskeledningen (fx tilstopper tørrefilter). Tørrefilteret skal udskiftes af kølemontør, hvis skueglasset viser at fugtindholdet er for højt (gul), eller hvis der kan ses bobler i skueglasset ved normal drift (dvs. trykket over filteret er for højt). Filter Et tørrefilter indeholder en kompaktindsats, som består af en molekylsigte og aktiveret aluminiumoxid. Tørrefiltret tilbageholder snavs, der kan opstå under installation eller nedbrud af systemkomponenter. Yderlig absorberes fugt, der kan opstå under installation eller service. Tilsammen forhindres syredannelse, der kan stamme fra vand, olie og kølemiddel eller høje temperaturer. Manometer Monteres normalt på HT- og LT side på kompressor. Angiver det aktuelle overtryk i målestedet og den tilsvarende mætningstemperatur for kølemidlet. Manometeret har en skala som er tilpasset en eller flere kølemiddelstype. Anlæg kan også være udført med analoge trykføler. Pressostater Enkelte eller sammenbygget pressostater med elektrisk kontaktsæt, som starter og stopper kompressoren. Disse er køleanlæggets sikkerhedsudstyr, og udkobler ved for lavt suge tryk og højt kondenseringstryk. F.eks. LT - starttrykket (CUT IN) på områdeskalaen (A). Differensen på differensskalaen (B). Stoptrykket = CUT IN minus DIFF. HP - stoptrykket (CUT OUT) på områdeskalaen (A). Differensen på differensskalaen (B). Starttrykket = CUT OUT minus DIFF. Husk: Skalaer på apparaterne er kun retningsgivende og må kun justeres af kølemontør. 4

6 Drøvleventil / Indsprøjtningsventil Ventilens funktion er at regulere indsprøjtningen af kølemiddel i fordamperen i et kølesystem. Indsprøjtningen reguleres af kølemidlets overhedning. Den almindelige mekaniske termostatisk ekspansionsventil er anvendt meget i anlæg, og regulere vha. en temperaturføler og evt. en trykføler. En mere optimal regulering kan opnås ved styrede ekspansions-ventiler f.eks. AKV. normalt ved hjælp af en regulator fra serie. Ventilens kapacitet reguleres ved Forholdet mellem denne åbne- og lukketid kapacitet. Hvis der ikke er behov for lukket og dermed fungere som at anvende elektronisk AKV-ventilerne styres Danfoss ADAP-KOOL hjælp af en spændingspuls. indikerer den faktiske køling, vil ventilen være afspærringsventil. Køleflade Kølebatteriet består af et antal kobberrør med på pressede aluminiumslameller. Batteriets kapacitet nedsættes, hvis der kommer snavsbelægning på batteriets overflader. Ud over en reduktion af varmeoverførslen øges trykfaldet på luftsiden. Af vedligeholdelse laves en rengøring af lameller (støvsugning/luft). Grov snavs fjernes med opvaskemiddel, der ikke korroderer med aluminium. Batteriet kontrolleres med hensyn til lamellernes mekaniske funktion og at batteriet ikke lækker. Bundkar og afløb rengøres efter behov. Energioptagelsen i køleanlægget Til at bestemme hvor meget energi der optages/afgives, anvendes der et h-log p diagram (blå kurve). Kølekredsens proces med tryk og temperatur indtegnes (blå firkant) i diagrammet, hvor tryk(p), temperatur og energi (h) pr. kg kølemiddel er angivet. Øverste blå linje angiver kondenseringstrykket og nederste linje er fordampningstrykket. Hvert kølemiddel har sit eget diagram, og kan eksempelvis tegnes i køleprogrammet Coolpack ud fra målinger på kølekredsen. 5

7 Målinger på køleanlægget På manometeret på højtrykssiden af kompressoren aflæses kondenseringstrykket eller den tilhørende kondenseringstemperatur. På manometeret på suge siden af kompressoren aflæses fordampningstrykket eller den tilhørende fordampningstemperatur. Væsketemperaturen kan måles på røret før ekspantionsventilen. Denne kan bruges til at bestemme væskeunderkølingen med. Sugegastemperaturen måles på røret efter fordamperen ved føleren til ekspantionsventilen. Denne kan bruges til at bestemme overhedningen af gassen med. Trykgastemperaturen måles på trykafgangen på kompressoren, denne skal korrigeres hvis der sker en afkøling af gassen i kompressoren inden den forlader kompressoren. Trykgastemperaturen kan bruges til at fastlægge h-log p diagrammet. Styring og regulering Det er ønskeligt under drift af køleanlægget, at holde overhedningen lav (at have en stor væskefyldning i fordamperen) og samtidig undgå væske i udløbet af fordamperen. Det er derfor vigtigt, at overhedningsreguleringen har minimale forstyrrelser. Ydermere er det vigtigt i reguleringen, at have en sikkerhedsanordning der sikrer at indsprøjtningen stoppes idet overhedningen bliver tæt på nul. Kølemidler Et kølemiddel er et fluid, som bevæger sig rundt i et kølekredsløb på gas- eller væskeform. Kølemidlerne er normalt forbindelser af kulstof og et eller flere halogener(f.eks. klor, fluor), eventuelt brint. Der findes mange kølemidler til anvendelse i kølesystemer. De har alle forskellige egenskaber, som gør dem særlig egnede og anvendelige til anlæg af forskellig art og type. Man skelner blandt andet mellem de køletekniske egenskaber såsom tryk, temperatur, entalpi, specifik volumen, og de miljømæssige egenskaber som giftighed, brændbarhed, samt ozonlagseffekt og drivhuseffekt. Ozonnedbrydningspotentiale (ODP) Beskadigelsen af ozonlaget forårsages primært af klor-, fluor- eller bromandelen i forbindelser, der er i stand til at spalte ozonmolekyler (O3) og dermed ødelægge ozonlaget. ODP angiver den ozonnedbrydende virkning af stoffet i hele dets levetid i atmosfæren. Freon har en skadelig indvirkning på ozonlaget. R-11 er mest skadelige og har derfor fået ODP-værdien 1,00. ODP-værdien for Freon kølemidler er: R-12 = 1,00 R-502 = 0,3 R-22 = 0,055 6

8 Global opvarmningspotentiale (GWP) Drivhuseffekten opstår som følge af evnen hos nogle stoffer i atmosfæren til at tilbagekaste den varme som jorden afgiver, tilbage til jorden. Dvs. holder på varmen i atmosfæren, men tillader samtidigt sollys trænger igennem. Forholdet mellem GWP og CO2 er pr. definition 1:1. GWP-værdien for Freon midler er: R-11 = 4000 R-12 = 8500 R-502 = 5600 R-22 = Kølemidler af typerne CFC og HCFC har en ozonnedbrydningseffekt og drivhuseffekt. Typebetegnelserne CFC og HCFC står for ClorFluorCarboner og HydroClorFluorCarboner og angiver molekylernes indhold af atomer. CFC blev tidligere brugt overalt i f.eks. køleskabe og som drivgas i sprayflasker. Kølemidler af typen HFC har ingen ozonlagseffekt, men en betydende drivhuseffekt. Typebetegnelsen HFC står for HydroFluorCarboner og angiver molekylernes indhold af atomer. Naturlige kølemidler har ingen eller meget lille ozonlagseffekt og drivhuseffekt. Betegnelsen HC står for HydroCarboner og angiver molekylernes indhold af atomer. Man arbejder intensivt på, mest mulig kun at anvende naturlige kølemidler i fremtidens kølesystemer. De mest anvendte kølemidler af disse typer er p.t. R600a og R717 Herunder ses nogle udtagne kølemidler, som har været anvendt meget eller stadig gør. Der er findes mange andre kølemidler. Kølemidler som ikke må benyttes i køleanlæg efter 31. december 2005 i Danmark. For CFCkølemidler gælder det for hele EU. CFC R-11 Freon Syntetisk CFC R-12 Freon Syntetisk Kølemidler som vil være ulovlige, at benytte i Danmark efter 31. december 2001 i nye anlæg og som nyt kølemiddel. Ej reparation efter 31 dec.2014 HCFC R-22 Freon Syntetisk Kølemiddel uden restriktioner. Der er vedtaget regler om forbud og restriktioner for brug af HFCkølemidler i Danmark pr. 1. januar 2006 i anlæg mindre end 150 g eller større end 10 kg R-717 Ammoniak (NH3) Naturlig R-744 Kuldioxid (CO2) Naturlig HFC R-407C Solkane Blanding af 3 gasser HFC R-134a Solkane Syntetisk HC R-290 Propan Naturlig 7

9 Eksempel på et swegon Gold ventilationsanlæg med rotorveksler. Køleaggregatet sidder i højre side af anlægget. Anlægget har håndbetjent display hvor anlægget betjenes. Der kan udlæses fordampnings og kondenseringstryk på displayet. Ved målinger inde ved fordamper og kompressor anvendes servicehul (sort prop) under vandlås. Dette anlæg bruger kølemiddel R410A Køleanlæggets opbygning: COND Kondensator VSH1 Overtryksbeskyttelse VSH2 Overtryksbeskyttelse B1-1 Højtryksføler B2-1 Lavtryksføler B1-2 Højtryksføler B2-2 Lavtryksføler BP1-2 Højtrykspressostat, alarmgivende BP2-2 Højtrykspressostat, alarmgivende M1 Kompressor M2 Kompressor M3 Kompressor (str.80) EVAP Fordamper VET1 Ekspansionsventil med termostat VET2 Ekspansionsventil med termostat IPL1 Skueglas, kølemediekreds 1 IPL2 Skueglas, kølemediekreds 2 FD1 Filtertørrer FD2 Filtertørrer Illustration og beskrivelse fra Swegon 8

10 Funktion I kølemaskinen er der to kølemediekredse. Kredsene er adskilt fra hinanden. Kredsene er forsynet med hver sin kondensator og fordamper af lameltypen samt kompressor. De to kompressorer har forskellig kapacitet, hvilket giver mulighed for regulering i 3 trin. Det gasformige kølemedie komprimeres af kompressor M1 og M2 og føres derefter til kondensator COND, hvor det køles ned af udsugningsluften og kondenseres til væskeform. Det væskeformige kølemedie føres gennem ekspansionsventil VET1 og VET2, trykket og temperaturen reduceres. Fra ekspansionsventilerne fortsætter kølemediet videre til fordamper EVAP, hvor det fordamper og afkøler friskluften. Efter fordamper EVAP føres det fordampede kølemedie videre til suge siden af kompressorerne for at blive komprimeret igen. Regulering Køleeffekten reguleres i tre trin, ved at en eller to kompressorer er i drift. Kølekompressorer styres fra styringsmodulet fra aggregatet via relæer. Fordamper med 2 kølekredse Trin 1: Ved kølebehov starter kompressor M1. Trin 2: Ved yderligere kølebehov starter kompressor M2, samtidig med at kompressor M1 standser. Indstillelig tidsforsinkelse (trintid 300 sekunder) sikrer, at kompressor M2 ikke starter før, kompressor M1 giver fuld kapacitet. Trin 3: Ved yderligere kølebehov genstartes kompressor M1 og køres samtidig med kompressor M2. Dette tredje køletrin forsinkes også af den indstillede tidsforsinkelse, og genstartstiden (300 sekunder) for kompressor M1 skal endvidere være udløbet. Ved reduceret kølebehov med efterfølgende trinvis reduktion forekommer der ingen forsinkelse mellem kompressorerne. Genstartstid (300 sekunder) for kompressor M1 skal være udløbet, hvis den skal kunne starte igen på trin 1 efter at have kørt på trin 3. Når en af kompressorerne har været stoppet, skal genstartstiden udløbe, inden genstart kan ske. Genstartstiden regnes fra en start til næste start. Lav-/højtryksføler B1/B2 måler systemets tryk for at styresystemet kan sikre, at disse er inden for de fastlagte grænser. Ekspantionsventil og skueglas Hvis trykket i kølekredsen bliver for lavt, eller hvis trykket i kondensatorkredsen bliver for højt, standses kompressoren, og teksten TRYKBEGRÆNSNING vises i aggregatets håndterminal. Når genstartstiden er udløbet, forsøger kompressoren at genstarte. Hvis trykket stiger yderligere, udløses højtrykspressostat BP1-2 henholdsvis BP2-2 og standser aggregatet og kølemaskinen samt en alarm vises i aggregatets håndterminal. Pressostaterne BP1-2 og BP2-2 tilbagestilles manuelt ved at trykke på den knap, der er placeret under beskyttelseskappen på pressostatens overside. Dette er muligt uden at afmontere beskyttelseskappen. 9

11 Energioptimering og besparelser Et køleanlægs virkningsgrad benævnes COP (Coefficient of Performance). COP beskriver forholdet mellem den mængde kulde, der skabes i fordamperen, og den mængde elektricitet, kompressoren optager. For et typisk køleanlæg f.eks. med COP=3,5. Det vil sige, at køleanlægget leverer 3,5 kwh kulde for hver kwh el, anlægget optager. COP afhænger primært af følgende forhold: Fordampningstemperaturen, som er den temperatur, kølemidlet fordamper ved i fordamperen. Kondensatortemperaturen, som er den temperatur, kølemidlet kondenserer ved i kondensatoren. Kompressorens virkningsgrad Dvs. at kompressorens kompressionsforhold bliver afgørende for energioptaget. Det er altid vigtigt, at køle- og varmestyringerne udveksler signaler, da disse anlæg ikke skal køre på samtidigt. Det vil medføre et stort mer energiforbrug. Frikøling kan bruges til nedkøling om natten, hvis ude-temperaturen er lavere end den ønsket rumtemperatur. Dette kan så ske via naturlig- eller mekanisk ventilation uden brug af det energiforbrugende køleanlæg. Reducer behovet for køling ved at have højre indblæsningstemperatur om sommeren end om vinteren. Med en rumtemperatur 21 C om vinteren og 24 C om sommeren, så er flest tilfredse. Som tommelfingerregel er nedkøling 2-3 gange så energikrævende som opvarmning pr. grad. Reduktion af driftstid og reduktion af volumenstrøm. Hvis luftmængden fx kan sænkes 10% ved at sænke omdrejningerne på ventilatorerne, sænkes elforbruget med 30%. Rengøring af fordamper, fordampningstemperatur skal ca. ligge 10 C under indblæsningstemperatur. Rengøring af kondensatorer, kondenseringstemperatur skal ca. ligge på C. 10

12 Mulige fejl De typiske fejl som opstår på er anlæg er elektriske fejl, herunder, defekt udstyr, dårlige forbindelser. Ved manglende køling, defekt indsprøjtningsventil, væskemangel eller stoppet tørrefilter. Symptom Mulig årsag Afhjælpning -For lidt kølemedium. -Ingen eller for lille luftmængde over fordamper. -Ekspansionsventil defekt -Kontrollér -Lavtryksføler defekt. -Kontrollér Kompressor stopper fordi lavtryksføler måler for lavt tryk Kompressor stopper fordi højtryksføler måler for højt tryk Kraftig rimdannelse på fordamperen. -Ingen eller for lille luftmængde over kondensator. -For høj afkastlufttemperatur. -Højtryksføler defekt. -Defekt eller forkert indstillet ekspansionsventil. -Ingen eller for lille luftmængde over fordamper. -Anlægget lækker. -Kontrollér luftmængden. -Kontrollér luftmængden. -Kontrollér temperatur på afkastluften. -Kontrollér -Kontrollér -Kontrollér luftmængden. Husk der må kun justeres og laves indgreb på køleanlægget af certificeret kølemontør Lovgivning vedr. eftersyn på køleanlægget. Alle køle- og varmepumpeanlæg på mere end 1 kg kølemiddel, uanset arten af kølemiddel, skal have et årligt eftersyn (lovpligtigt eftersyn). Eftersyn og vedligeholdelse m.v. af køleanlæg skal udføres af en person, som har fået den fornødne instruktion og øvelse i eftersyn og vedligeholdelse m.v. af den pågældende anlægstype. Ved anlæg med fyldning større end 2,5 kg kølemiddel skal det årlige eftersyn udføres af en certificeret montør fra et anerkendt/autoriseret/iso 9001 certificeret kølefirma. Energistyrelsens eftersyn på ventilations- og klimaanlæg Et ventilationsanlæg er omfattet af ordningen, hvis summen af mærkepladeeffekterne for ventilationsmotorerne i indblæsning og udsugning er 5 kw eller derover. Har anlægget kun udsugning, gælder de 5 kw for ventilatormotoren i udsugningen. For klimaanlæg gælder, at et anlæg er omfattet af ordningen, hvis mærkepladeeffekten for kompressormotoren er 5 kw eller derover. Ventilations- og klimaanlæg skal efterses mindst hvert femte år. Ventilations- og klimaanlæg i bygninger til erhvervsmæssig produktion i forbindelse med industri, håndværk, landbrug, o. l. er undtaget fra ordningen. 11

13 Det lovpligtige energieftersyn af ventilations- og klimaanlæg omfatter en registrering i energistyrelsens PC program til lovpligtig eftersyn (grundoplysninger om anlægget), inspektion af anlæggets driftstilstand og et måleprogram. Målingerne vedrører ventilatorernes optagne el-effekter og anlæggets volumenstrømme, trykforhold og temperaturer. Ud fra målingerne vurderes anlæggets energieffektivitet, og der udarbejdes en række gode råd samt egentlige besparelsesforslag med angivelse af størrelsen af energibesparelsen og økonomien i besparelsen. Resultatet af eftersynet sammenfattes i en rapport til anlæggets ejer/bruger. I Energistyrelsens Instruks er der en nærmere beskrivelse af arbejdsgangen i forbindelse med et eftersyn. Herunder ses eksempel på de tilsyn/målinger, der skal udføres på køleanlægget ved et eftersyn. Illustrationer fra energistyrelsens vejledning 12

14 Inspektion af køledel: Fordampnings- og kondenserings temperatur. (forudsat der findes målere for disse temperaturer) Snavs m.m. på kondensator og fordamper Køleanlæggets set punkt. Fordamper (køleflade) i ventilationskanal Tk Tf Udendørs kondensator Kompressor Føleren sidder typisk i udsugnings-armaturet. (Er der mere end et set punkt, registreres set punkterne for de vigtigste rum, dog højst tre set punkter. Registreringen udelades, hvis det er vanskeligt at aflæse set punkterne. Målinger på køledel: Temperatur på tilgangsluften før fordamperen Temperatur på tilgangsluften før kondensatoren Fordamper (køleflade) i ventilationskanal T luft-f T luft-k Udendørs kondensator Kompressor Illustrationer fra energistyrelsens vejledning 13