Der Grund für die Effizienzsteigerung durch den Einsatz von Frequenzumformern ist, dass der größte Energieverbrauch einer kompletten Kälteanlage mit 60 bis zu über 80 % dem Bereich der Verdichter zugeordnet werden kann (siehe Bild 1). Daraus ergibt sich naturgemäß, dass in diesem Bereich auch ein großes Einsparpotenzial hinsichtlich der Energiekosten steckt.
Verdichter & Frequenzumformer das effiziente Doppel
Frequenzumformer unterstützen die ge- nannten Anforderungen an moderne Kältesysteme in praktisch jeder Beziehung. Sie passen die erzeugte Kälteleistung automatisch an den jeweiligen Bedarf an und reduzieren somit den Energieverbrauch von Anlagen entsprechend, wenn zeitweise weniger oder kein Bedarf mehr besteht.
Mittlerweile finden sich am Markt verschiedene Lösungen für Frequenzumformer in Kombination mit Kältemittelverdichtern. Zumeist unterscheiden sie sich grundsätzlich zunächst darin, dass sie entweder direkt am Verdichter angebracht oder für eine externe Montage vorgesehen sind (siehe Bild 2).
Bereits seit 2003 bietet der deutsche Verdichterhersteller Bock mit seinem EFC System (Electronic Frequency Control System) ein vorprogrammiertes Plug-and-play-System mit Druckaufnehmer, welches auf den 2- bis 4-Zylinder Bock Pluscom-Verdichtern aufgebaut ist. Weitere Varianten mit externen Eingangssignalen von 420 mA oder 010 V sind ebenfalls erhältlich. Für die 4- bis 8-Zylinder Verdichter der Modelle HG4 bis HG8 bietet Bock eine externe Lösung die EFCe Systeme.
Das EFC-System wurde speziell für die Bock Pluscom Baureihe angepasst und bietet ein Höchstmaß an Betriebssicherheit. Das System ist selbstregulierend und passt sich den Gegebenheiten der Einsatzbedingungen in einer Kälteanlage an. Dies resultiert auch daraus, dass die Motordaten des Verdichters im Frequenzumformer einprogrammiert sind. Daher können die Einsatzgrenzen des Verdichtermotors nicht überschritten werden können.
Das EFC-System ist aufgrund des aufgebauten Frequenzumformers und der einfachen Bedienung sehr leicht zu installieren und in Betrieb zu nehmen. Dies zeigt auch die Parameterliste mit insgesamt sieben Parametern, welche über ein beigefügtes Handprogrammiergerät geändert bzw. angepasst werden können.
Die Vorteile einer Plug-and-play-Lösung
- Handprogrammiergerät inklusive
- vorprogrammiert
- einfache Programmierung über lediglich sieben Parameter:
1. minimale Ausgangsfrequenz
2. maximale Ausgangsfrequenz
3. Prozessfrequenz
4. Nachstellzeit für Prozessregelung
5. Festfrequenz für Ölrückführung
6. Ausblendfrequenz
7. Bandbreite der Ausblendfrequenz
Durch die Verwendung einer Plug-and-play-Lösung ist im Vergleich zu herkömmlichen Systemen Folgendes an weiteren Einsparungen der Investitionskosten möglich:
- geschirmte Leitungen
- Sinusfilter
- Druckaufnehmer
- Montagekosten
- Anschlusskosten
- Programmierzeit
- Studium von umfangreichen Betriebsanleitungen
- Anlaufverfahren
- Leistungsschütz
- mechanische Belastung
- umständliche Vorplanung
- Schaltschrank (-abmaße)
- evtl. eine Verdichtergröße
- evtl. zweiter Verdichter
- evtl. notwendige Blindstromkompensation
Mit dem EFC-System ist jedoch nicht nur eine Einsparung bei den Investitionskosten möglich. Die Einsparungen des Energieverbrauches beim Endkunden durch den Frequenzumformerbetrieb sowie die Verbesserung der Kühlgutqualität sind die wesentlichen Merkmale, welche für den Einsatz dieser Technologie sprechen.
Externe Frequenzumformer bieten dem Anlagenbauer ebenfalls zahlreiche dieser Vorteile im Verdichterbetrieb. Alle Frequenzumformer-Systeme bieten einen optimalen Betrieb der Verdichter ohne unnötiges Takten. Ein 4-poliger Pluscom-Verdichter wird mit einer Frequenz von 25 bis 70 Hz stufenlos geregelt. Somit ist die Kälteleistung stufenlos zwischen dem ca. 0,5-Fachen bei 25 Hz bis zum 1,4-Fachen bei 70 Hz regelbar, wenn man die ursprünglich ausgelegte Kälteleistung des Verdichters bei 50 Hz zugrunde legt.
Ein 70 Hz-Betrieb ist nur dann möglich, wenn der Verdichtermotor in den zulässigen Einsatzgrenzen betrieben wird. Sollten die Einsatzgrenzen überschritten werden, setzt automatisch eine Strombegrenzung ein, welche den Verdichter vor Überschreitung der Einsatzgrenzen schützt und somit vor Schäden bewahrt. Da der Verdichter je nach Leistungsanforderung der Kühlstellen stufenlos geregelt und immer in der Nähe des gewünschten Sollwertes betrieben wird, ist eine Anhebung der Verdampfungstemperatur bei gleicher Kühlwirkung möglich. Dies ist auch der Grund, warum mit Frequenzumformern Energiekosten eingespart werden können (siehe Bild 3).
Mit einem Frequenzumformer wird die Verdampfungstemperatur to konstant gehalten. Mit einem Standard-System ohne Frequenzumformer kann die Verdampfungstemperatur durchaus um 2 bis 3 °C und noch tiefer sein als mit Frequenzumformer. Eine 1 °C tiefere Verdampfungstemperatur to bedeutet einen ca. 6 % schlechteren COP. Mit Frequenzumformern können somit je nach Ausführung einer Kälteanlage 12 % bis 25 % an Energiekosten eingespart werden.
Ein weiterer Grund zur Energieeinsparung mit Frequenzumformer ist die zu jedem Zeitpunkt optimale Ausnutzung des Verdichtermotors. Dies führt zur Reduzierung des Anlaufstromes und mindert auch die Schalthäufigkeit des Verdichters. Ein Verdichter mit Frequenzumformer hat deshalb in der Regel eine längere Lebenserwartung als ein Verdichter ohne Frequenzumformer (siehe Bild 4).
Da die Verdampfungstemperatur mit Frequenzumformer, wie dem EFC-System, zu jedem Zeitpunkt mit äußerst geringen Temperaturschwankungen sehr konstant gehalten werden kann, ändert sich die Kühlraumtemperatur im Gegensatz zum Ein/Aus- bzw. Taktbetrieb nicht. Dies wirkt sich positiv auf die Qualität von empfindlicher Kühlware wie Fleisch, Gemüse und Obst aus. Dadurch wird z.B. diesem Kühlgut kein Wasser entzogen Wasserverlust bedeutet Qualitäts- und Gewichtsminderung, was aus ökonomischer Sicht für den Anlagenbetreiber zu Verlusten führen kann.
Fazit
Die Vorzüge einer Verdichterregelung mittels Frequenzumformer liegen auf der Hand: Höhere Effizienz, schonendes Anlagenverhalten, höhere Qualität des Kühlguts. Viele Punkte sprechen für den Einsatz eines Frequenzumformers. Mit Lösungen wie dem Bock EFC-System bieten Verdichterhersteller mittlerweile Plug-and-play-Lösungen, die dem Anlagenbauer zudem den Einsatz dieser effizienten Technologie einfach machen. -
Berthold Schnase
Vertrieb Deutschland, Bock Kältemaschinen GmbH, Frickenhausen
