Leistung auf den Punkt gebracht
Frigotechnik-Praxistreff an zehn Standorten
Der Kälte-/Klima-Großhändler Frigotechnik informierte seine Kunden im Februar und März 2015 an zehn Standorten über Möglichkeiten der Leistungsregelung von Verdichtern. Gemeinsam mit den Handelspartnern Bitzer und Power Electronics hatte der Großhändler ein interessantes Infopaket geschnürt. Die KKA-Redaktion war beim Praxistreff in Osnabrück vor Ort und erhielt gemeinsam mit den anwesenden Kälteanlagenbauern einen Überblick über die effizientesten Methoden zur Leistungsanpassung, mit dem speziellen Fokus auf Hubkolbenanwendungen.
Kälte- und Klimaanlagen werden üblicherweise auf den maximal auftretenden Leistungsbedarf hin dimensioniert. Da bei vielen Anwendungen die maximale Leistung aber nur an wenigen Stunden im Jahr benötigt wird, ist eine zuverlässige und effiziente Methode zur Leistungsanpassung erforderlich. Im Rahmen des Frigotechnik-Praxistreffs wurden die Regelung mittels Frequenzumformer (FU) sowie eine quasistetige Zylinderabschaltung als Varianten vorgestellt.
Andreas Riesch, Vertriebsleiter Deutschland und Schweiz bei Bitzer (www.bitzer.de), berichtete in seinem Vortrag über zwei Möglichkeiten der Leistungsregelung bei den „ECOLINE“-Hubkolbenverdichtern von Bitzer. Diese können zum einen mit einem FU („ECOLINE VARISPEED“) und zum anderen mit dem „CRII“-Leistungsregler ausgestattet werden.
Die „VARISPEED“-FU-Regelung
Bei der „VARISPEED“-Lösung für Kolbenverdichter wird ein FU zur stufenlosen Leistungsanpassung zwischen 25 und 87 Hz eingesetzt (bei 2-Zylinder-Maschinen 30 bis 87 Hz). Vorteile hierbei sind u.a. die Reduzierung des Anlaufstroms, die Möglichkeit des Betriebs oberhalb der Netzfrequenz und eine automatische cosφ-Kompensation. Bei den „ECOLINE VARISPEED“-Modellen ist der Frequenzumrichter schwingungsarm direkt am Verdichter angebaut und werkseitig vorparametrisiert. Die kurze, geschirmte Motorleitung ist ebenfalls bereits ab Werk verdrahtet. Durch die wartungsfreie Sauggaskühlung der Leistungselektronik steht der volle Umrichterstrom auch bei hohen Umgebungstemperaturen zur Verfügung. Die Baureihe umfasst 15 Modelle mit Kälteleistungen von 2,3 bis 27,9 kW. Eingesetzt werden die „VARISPEED“-Verdichter u.a. in den neuen „ECOSTAR“-Verflüssigungssätzen, bei denen es nach dem Relaunch einige Weiterentwicklungen geben wird. So sind u.a. die Anschlüsse und der Elektrokasten alle gut zugänglich auf einer Seite angebracht, Transport und Aufstellung sind leichter möglich, der Schallschutz wurde optimiert (EC-Lüfter, Einhausung des Verdichters).
Die FU-Regelung gibt es bei Bitzer nicht nur für die Hubkolbenverdichter, auch bei den Schrauben gibt es mit der „CSV“-Baureihe zahlreiche Modelle für den drehzahlgeregelten Betrieb mit integriertem FU – in einem Leistungsbereich von 60 kW bis max. 660 kW. Auch diese Modelle sind ab Werk vorverdrahtet. Sie besitzen bereits im Standardlieferumfang Sensoren für den Verdichterschutz sowie die Ölüberwachung und sind für die MODBUS-Kommunikation gerüstet. Eine intelligente Steuerung überwacht kontinuierlich die Verdichter-Einsatzgrenzen; sie informiert über auffällige Werte und schaltet bei längerer Überschreitung automatisch den Verdichter ab, um Beschädigungen zu vermeiden.
„CRII“-Leistungsregelung
Mit der „CRII“-Leistungsregelung kann der Verdichter nicht ganz so perfekt auf die angeforderte Leistung angepasst werden, weil diese nicht komplett stufenlos arbeitet. Die Taktung zwischen 10 und 100 % (bei 2-, 4- und 6-Zylinder-Maschinen; bei 8-Zylindermaschinen 50-100 %) ist aber so fein abgestimmt, dass man von einer quasi stufenlosen Leistungsanpassung sprechen kann. Im Gegensatz zum FU entspricht jedoch die Maximalleistung auch der Verdichterleistung bei 50 Hz, d.h. es ist kein Betrieb oberhalb der Netzfrequenz möglich. Die „CRII“-Leistungsregelung ist dafür einfacher anzusteuern und kostengünstiger als ein FU. Der Leistungsregler ist eine Weiterentwicklung des bewährten „CR“-Leistungsreglers (kompatibel zu bisherigen „CR“-Systemen) und wird standardmäßig bei „ECOLINE“-Verdichtern eingesetzt. Er ist konzipiert für Anwendungen mit größerer Schalthäufigkeit, wobei alle großen 2-, 4- und 6-Zylinder-Modelle und die entsprechenden Tandemverdichter mit dem „CRII“-System ausgerüstet werden können und zwar für Anwendungen mit R134a, R407C, R404A, R407A, R407F, HFO und Kohlenwasserstoffe (nicht für CO2). Die Leistungsregelung ist in der Bitzer-Auslegungssoftware hinterlegt und kann bequem ausgewählt werden. Die Vorteile der „CRII“-Regelung auf einen Blick:
Sehr gute Leistungsanpassung an den tatsächlichen Kältebedarf bis zu 10 % Restleistung (bis zu zwei Minuten kann der Verdichter sogar bei 0 % Last gefahren werden, ohne abzuschalten)
Reduzierte Verdichterstarts
Kurze Reaktionszeit bei Laständerungen im System
Reduzierte Druckschwankungen
Höhere Systemeffizienz im Vergleich zu einer On/Off-Schaltung, weil sich die Schwankungen bei der Verdampfungstemperatur deutlich reduzieren lassen.
Frequenzumrichter speziell für die Kältetechnik
Auch beim zweiten Vortrag im Rahmen des Frigotechnik-Praxistreffs von Günter Gassner (Fa. Power Electronics) stand die Leistungsregelung von Verdichtern mit Frequenzumrichtern im Fokus. Power Electronics in Deutschland (www.ped-deutschland.de), gegründet 2001 in Nürnberg, ist zwar nur ein kleines Unternehmen mit zehn Mitarbeitern, besitzt aber geballte Kompetenz im Bereich Regel- und Elektrotechnik. Power Electronics in Valencia, als Konzernmutter, stellt Sanftanlaufgeräte von 4 bis 1500 kW, Frequenzumrichter von 0,2 bis 2200 kW sowie Schaltschränke für Frequenzumrichter her. Der Schwerpunkt der Einsatzgebiete für die Produkte des Hauses liegt im Bereich der Antriebstechnik für Kälteanwendungen (Drehzahlregelung von Verflüssigern und Verdichtern). Das besondere Know-how liegt dabei in der selbst entwickelten Software für Frequenzumrichter aus dem Hause Yaskawa, die speziell auf den Einsatz in der Kältetechnik hin konzipiert wurde. Der Vorteil gegenüber FU „von der Stange“ liegt dabei in den vielen voreingestellten Parametern, um die sich der Kälteanlagenbauer bei einem „Kälte-FU“ eben nicht mehr kümmern muss (z.B. voreingestellte Rampe, integrierte Regler, Drucktransmitter, eingestellte Min/Max-Frequenz etc.). Mehr als 25.000 FU hat Power Electronics in Deutschland bereits in der Kältetechnik verkauft, mit einer – nach eigenen Angaben – extrem niedrigen Fehlerquote von 0,4 Promille (<10 Stück).
FU-Regelung aller Verdichter rechnet sich
Günter Gassner hob die hohen Energieeinsparmöglichkeiten beim Einsatz eines FU hervor. Er rechnete vor, dass sich bei einem Verdichter mit 4 kW Kälteleistung (Laufzeit 16 Stunden/Tag) ca. 25 % (= 500 Euro/Jahr) der Energiekosten einsparen ließen. Die Anschaffungskosten von ca. 1000 Euro (inkl. Zubehör) amortisieren sich demnach bereits nach zwei Jahren. In Verbundanlagen mit zwei oder mehr Verdichtern wird oft aus Gründen der vermeintlichen Kosteneinsparung nur ein Verdichter mit FU-Regelung ausgestattet, der andere wird nur zu- oder weggeschaltet. Er rechnete auch für diese Anwendung vor, dass es sich lohnt, beide Verdichter mit einem FU auszustatten. Hierfür gibt es mehrere Gründe. Zum einen verhindert eine vollständige FU-Regelung aller Verdichter die hohen Anlaufströme beim Start des zweiten Verdichters. Dann können in vielen Fällen kleinere (also günstigere) Verdichter eingesetzt werden, weil es der FU-Einsatz erlaubt, die Verdichter oberhalb der Netzfrequenz zu betreiben und damit höhere Leistungen abzurufen. Da beide Verdichter frequenzgeregelt sind und auf bis zu 70 Hz hochgefahren werden können, ergibt sich dadurch ein sehr breites Leistungsband; evtl. erübrigt sich so auch bei Erhöhung des Kältebedarfs die Erweiterung der Kälteanlage um einen neuen Verdichter. Insgesamt verbessert sich zudem die Regelgüte der Gesamtanlage, was zu einer besseren Haltbarkeit des Kühlguts führt. In jedem Fall sollten Kälteanlagenbauer bei der Auswahl von Verdichtern und FU den tatsächlichen Bedarf genau analysieren, da eine Überdimensionierung das Potential des FU einschränkt.
