Kälteleistung punktgenau bereitstellen
Lineare Leistungsregelung und aktiver Verdichterschutz
Frische Ware in der Kühlstelle soll frisch bleiben und nicht austrocknen oder verderben. Dafür müssen Temperatur und Luftfeuchtigkeit immer gleich bleiben. Deswegen ist es notwendig, dass Kälteleistung punktgenau bedarfsgerecht bereitgestellt wird. Problematisch dabei ist, dass Verbundanlagen auf Maximalszenarien ausgelegt sind, aber vor allem im Teillastbereich arbeiten, weshalb die Leistung möglichst stufenlos angepasst werden muss. Um diesen Bedarf flexibel umzusetzen, stehen als Verfahren der Verdichterleistungsregelung Aussetzbetrieb, mechanische Leistungsregelung und Drehzahlregelung zur Verfügung.
Eines der geläufigsten Verfahren für Hubkolbenverdichter ist die Abschaltung von Zylinderbänken: Ein Magnetventil befindet sich oberhalb des Ansaugkanals in der Ventilplatte, welcher bei Volllast offen und bei Teillast geschlossen ist. Bei geschlossenem Ventil wird kein Kältemittel angesaugt und der Kolben läuft ohne Gasdruck „leer“ mit. Es wird nur noch für die Bewegung des Kolbens und der damit verbundenen Reibung Energie aufgewendet. Im direkten Vergleich zu anderen Verfahren der mechanischen Leistungsanpassung ist diese Methode besonders effizient.
Intelligente Steuerung für lineare Regelung und aktiven Schutz
Kriwan Industrie-Elektronik (www.kriwan.com) hat für diese Art der mechanischen Regelung mit dem „INT59 C“ eine elektronische Steuerung entwickelt, welche in Verbindung mit der Gesamtanlagenregelung intelligent steuert und gleichzeitig aktiv schützt, um die Verfügbarkeit zu erhöhen. Die Steuerung ermöglicht durch Pulsweitenmodulation eine quasi stufenlose Bereitstellung der Kälteleistung in Abhängigkeit des Bedarfs. Schwankungen werden dadurch vermieden.
Als aktiver Verdichterschutz überwacht das „INT59 C“ gleichzeitig die Heißgastemperatur und regelt in Abhängigkeit von definierten Temperatur-Grenzwerten Gegenmaßnahmen. So aktiviert das Gerät bei Überschreitung den Kopflüfter und in einer weiteren Stufe die Kältemitteleinspritzung. Steigt die Heißgastemperatur trotz dieser Maßnahmen weiter, so schaltet die Steuerung den Verdichter über die Sicherheitskette aus. Sinkt die Temperatur wieder unter definierte Werte, so kann der Verdichter wieder einschalten.
Die lineare Leistungsregelung durch Zylinderabschaltung erfolgt über die Pulsweitenmodulation, welche das Verhältnis zwischen normaler Verdichtung und entlastetem Betrieb innerhalb einer festgelegten Zykluszeit – z.B. 30 Sekunden – variiert. Die zur Verfügung stehende Kälteleistung wird in Abhängigkeit des Kältebedarfs in Zwischenwerten ständig sehr flexibel, d.h. linear angepasst.
Ein Beispiel für die Funktionsweise
Bei einem Verdichter mit vier Zylindern und zwei Zylinderbänken wird eine Zylinderbank angesteuert, während die andere bei Bedarf durchgehend läuft (= 50 Prozent der Gesamtleistung). Ist bei einem Intervall von 30 Sekunden (t3) die Zylinderbank 12 Sekunden (t1) geschlossen und 18 Sekunden (t2) geöffnet, so erreicht die modulierte Seite eine Leistung von 60 Prozent ihrer Normalleistung (= 30 Prozent Anteil an der Gesamtleistung). Die insgesamt zur Verfügung gestellte Leistung beträgt somit 80 Prozent (50 Prozent + 30 Prozent).
Die Leistung eines 4-Zylinder-Verdichters kann mit der elektronischen Steuerung von Kriwan flexibel ab 50 Prozent variiert werden, bei einem 6-Zylinder-Verdichter in Abhängigkeit davon, ob eine oder zwei Zylinderbänke angesteuert werden, ab 33 oder 66 Prozent. Um Ventilplatten und Magnetventile zu schonen, wechselt die Steuerung nach Möglichkeit die angesteuerten Ventile alle 5000 Schaltzyklen. Eine intelligente Filterfunktion sorgt für gedämpfte Leistungsübergänge am Verdichterausgang, z.B. als Anlaufentlastung.
Flexible Leistung mit weiteren Vorteilen
Die Vorteile der intelligenten elektronischen Ventilsteuerung sind leicht nachvollziehbar: Auf energieeffiziente Weise wird die Leistung flexibel dem Bedarf angepasst, während die Kühlstellentemperatur und die Luftfeuchtigkeit konstant gehalten werden. Der Verdichter wird weiterhin bei konstanter Geschwindigkeit betrieben, weswegen die Ölförderung ebenso wenig ein Problem darstellt wie Resonanzen, Störströme oder Spannungsspitzen.
