Как режим работы компрессоров влияет на энергопотребление холодильной системы

Энергопотребление холодильной системы зависит не только от мощности установленных компрессоров, но и от того, какие машины работают при конкретной холодильной нагрузке, как долго они остаются в каждом режиме и при каких давлениях всасывания и нагнетания функционируют. Короткое циклирование, одновременная работа нескольких машин на малой нагрузке и неблагоприятный режим конденсации могут давать разные причины повышенного расхода.

Поэтому практический анализ строят по режимам. Необходимо сопоставить состав работающих компрессоров с фактической холодовой нагрузкой и определить удельную энергию для характерных состояний системы. Результатом должна стать режимная карта компрессорной группы, по которой можно проверить действующую последовательность управления и решить, требуется ли её перенастройка.

Какие данные нужны для анализа

Для оценки режима компрессоров требуются синхронные данные, описывающие как работу оборудования, так и холодильную нагрузку.

электрическая мощность компрессоров;
статусы отдельных компрессоров во времени;
давление всасывания;
давление нагнетания;
холодопроизводительность;
профиль тепловой нагрузки;
технические параметры рассматриваемых компрессоров;
эксплуатационные записи по характерным режимам;
граница анализа и факторы, способные изменить интерпретацию результата.

Данные должны относиться к одним и тем же временным интервалам. Сравнение мощности одного периода с холодовой нагрузкой другого не позволяет надёжно оценить режим работы компрессорной группы.

Что такое режимная карта компрессорной группы

Режимная карта связывает фактическую холодильную нагрузку с составом работающих компрессоров и энергетическими параметрами их работы.

Для каждого характерного состояния в ней фиксируют:

какие компрессоры включены;
какова их суммарная мощность;
какая холодопроизводительность обеспечивается;
каковы давления всасывания и нагнетания;
как долго сохраняется режим;
возникают ли частые включения и отключения;
какова удельная энергия в этом режиме.

Такая карта позволяет сравнивать не только отдельные машины, но и фактические комбинации оборудования.

Почему состав работающих компрессоров нужно сопоставлять с нагрузкой

Одинаковая холодильная нагрузка может обеспечиваться разным составом компрессорной группы. Поэтому для оценки необходимо определить, какая комбинация фактически работает при каждом диапазоне нагрузки.

Проверяют:

какая машина включается первой;
при каком изменении нагрузки подключается следующая;
какие компрессоры продолжают работать при снижении нагрузки;
не остаётся ли одновременно несколько машин в режиме малой загрузки;
как при этом меняется суммарная мощность.

Если при сопоставимой холодовой нагрузке разные комбинации требуют разной энергии, последовательность управления становится отдельным предметом проверки.

Что показывает удельная энергия по режимам

Удельный показатель связывает потреблённую электрическую энергию с обеспеченной холодильной работой в конкретном режиме. Он нужен для сравнения рабочих состояний компрессорной группы.

При сравнении необходимо сохранять сопоставимость:

холодовой нагрузки;
границы анализа;
давлений всасывания и нагнетания;
состава работающего оборудования;
продолжительности рассматриваемого режима.

Без этого различие показателей нельзя уверенно связывать именно с алгоритмом включения компрессоров.

Как давление всасывания входит в анализ

Давление всасывания является частью фактической рабочей точки компрессора. Поэтому его необходимо фиксировать вместе с мощностью и холодильной нагрузкой.

Для нескольких характерных режимов сопоставляют:

давление всасывания;
состав работающих компрессоров;
холодопроизводительность;
электрическую мощность;
продолжительность режима.

Если давление меняется одновременно с составом компрессорной группы, это необходимо учитывать при интерпретации удельной энергии.

Почему важно давление нагнетания

Давление нагнетания также характеризует рабочую точку компрессоров. Его изменение может влиять на энергетическую характеристику режима и затруднять прямое сравнение разных комбинаций оборудования.

Поэтому для каждого режима фиксируют давление нагнетания и проверяют, не связано ли изменение мощности с изменением условий работы холодильного контура, а не только с последовательностью включения машин.

Как проверить короткое циклирование

Короткое циклирование — частая смена состояний включения и отключения компрессора за сравнительно короткие интервалы. В рамках этой страницы оно рассматривается как отдельная гипотеза ухудшения режима.

Для проверки необходимо определить:

время каждого включения;
время каждого отключения;
продолжительность рабочих циклов;
холодовую нагрузку в эти интервалы;
давления всасывания и нагнетания;
изменение мощности группы при переключениях.

Сам факт частых переключений ещё не показывает их энергетическую значимость. Необходимо оценить повторяемость режима и его вклад в общий профиль работы.

Как выявить работу нескольких машин на малой нагрузке

Для этого находят периоды, когда одновременно включено несколько компрессоров, а фактическая холодильная нагрузка остаётся сравнительно низкой.

В таких интервалах сопоставляют:

число работающих машин;
суммарную электрическую мощность;
холодопроизводительность;
давления;
длительность режима;
альтернативные комбинации, наблюдавшиеся при похожей нагрузке.

Если другая последовательность при сопоставимых условиях обеспечивает ту же функцию с меньшей удельной энергией, появляется основание проверить действующий алгоритм управления.

Почему ступенчатость имеет значение

Ступенчатость описывает изменение суммарной производительности компрессорной группы при подключении или отключении отдельных машин или ступеней.

Для анализа важно понять:

насколько шаг изменения производительности соответствует фактическому изменению нагрузки;
не приводит ли подключение следующей ступени к устойчивой работе нескольких машин при малой загрузке;
не возникают ли после переключения частые обратные переходы;
как меняется удельная энергия между соседними режимами.

Если ступень управления слишком грубо соответствует фактическому профилю нагрузки, это должно быть видно в режимной карте.

Как частичная нагрузка влияет на вывод

Работа компрессора при частичной нагрузке должна оцениваться по характеристикам конкретной машины и фактическим параметрам холодильной системы.

Нельзя заранее считать любой режим частичной нагрузки неэффективным. Необходимо сопоставить:

потребляемую мощность;
обеспеченную холодопроизводительность;
давление всасывания;
давление нагнетания;
продолжительность работы;
альтернативную комбинацию компрессоров при той же нагрузке.

Почему температура конденсации может исказить сравнение режимов

Завышенная температура конденсации относится к альтернативным факторам, способным ухудшить эффективность компрессорной группы. Поэтому нельзя автоматически связывать повышенную мощность только с неудачной последовательностью компрессоров.

Если сравниваются два режима, необходимо проверить, сопоставимы ли условия на стороне нагнетания. Иначе различие удельной энергии может объясняться изменившейся рабочей точкой холодильного контура.

Как отделить проблему управления от изменения холодовой нагрузки

Высокая мощность компрессоров может быть нормальной реакцией на рост холодильной нагрузки. Поэтому сначала необходимо установить фактическую нагрузку, а уже затем оценивать режим компрессорной группы.

Для разделения причин сопоставляют:

профиль холодовой нагрузки;
состав работающих компрессоров;
суммарную мощность;
холодопроизводительность;
давление всасывания;
давление нагнетания;
продолжительность каждого состояния.

Если мощность возрастает вместе с подтверждённым ростом холодовой нагрузки, это отличается от ситуации, когда расход энергии остаётся высоким при небольшой нагрузке.

Как сравнивать разные комбинации компрессоров

Сравнивать следует режимы с максимально близкой фактической холодовой нагрузкой и сопоставимыми давлениями.

Для каждой комбинации фиксируют:

состав машин;
мощность;
холодопроизводительность;
удельную энергию;
давления всасывания и нагнетания;
продолжительность режима;
наличие циклирования.

На этой основе определяют, какие состояния требуют более детальной проверки алгоритма управления.

Как использовать длительный профиль нагрузки

Единичное измерение не показывает, насколько конкретный режим важен для общего энергопотребления. Поэтому необходимо учитывать продолжительность каждого состояния.

В длительном профиле выделяют:

характерные диапазоны холодовой нагрузки;
типичные комбинации компрессоров;
кратковременные переходные режимы;
устойчивую работу на частичной нагрузке;
повторяющиеся циклы включения и отключения.

Приоритет проверки получают режимы, которые повторяются и занимают существенную часть эксплуатационного времени.

Как проверить действующий алгоритм включения

Алгоритм управления необходимо рассматривать как последовательность переходов между компрессорами при изменении нагрузки.

Проверка включает:

условия включения каждой машины;
условия её отключения;
реакцию группы на рост нагрузки;
реакцию на снижение нагрузки;
наличие частых обратных переключений;
удельную энергию до и после перехода.

Цель проверки — установить, соответствует ли фактическая последовательность профилю нагрузки и характеристикам конкретных компрессоров.

Когда имеет смысл пересмотреть последовательность управления

Основание для такой проверки возникает, если режимная карта показывает повторяемые состояния, в которых:

несколько компрессоров работают при небольшой общей нагрузке;
наблюдается короткое циклирование;
удельная энергия выше, чем у другой фактически наблюдаемой комбинации при сопоставимых условиях;
ступенчатость плохо соответствует профилю нагрузки.

Это ещё не определяет готовую новую последовательность, но показывает, какие переходы необходимо моделировать и проверять.

Почему универсальная последовательность неприменима

Оптимальная очередность зависит от характеристик конкретных компрессоров и фактической холодильной нагрузки. Поэтому нельзя заранее установить одинаковый порядок включения для всех холодильных систем.

При выборе режима учитывают:

характеристики каждой машины;
профиль нагрузки;
частичную загрузку;
ступенчатость;
давления холодильного контура;
повторяемость режимов.

Когда требуются дополнительные измерения

Дополнительная детализация нужна, если существующие данные не позволяют связать состав работающих машин с холодовой нагрузкой.

Измерения необходимы, если неизвестны:

мощность отдельных компрессоров;
их временные статусы;
давления всасывания и нагнетания;
холодопроизводительность;
профиль тепловой нагрузки;
продолжительность отдельных режимов.

Следующее измерение выбирают так, чтобы оно позволяло разделить конкурирующие причины: собственно алгоритм управления, изменение холодильной нагрузки или изменение рабочей точки контура.

Практический порядок анализа

зафиксировать границу холодильной системы и компрессорной группы;
получить временные статусы каждого компрессора;
собрать данные по мощности;
зафиксировать давления всасывания и нагнетания;
определить холодопроизводительность;
построить профиль тепловой нагрузки;
выделить характерные комбинации работающих машин;
определить удельную энергию для каждого режима;
проверить частичную нагрузку;
выявить короткое циклирование;
проверить работу нескольких машин при небольшой нагрузке;
учесть влияние режима конденсации;
сопоставить разные комбинации при сопоставимых условиях;
сформировать режимную карту;
определить последовательность управления, которую необходимо проверить или пересмотреть.

Как выглядит качественный результат

Итогом должна быть режимная карта компрессорной группы и рекомендации по проверке последовательности управления.

В результате должно быть понятно:

какие компрессоры работают при разных уровнях холодильной нагрузки;
какова их мощность;
какие давления всасывания и нагнетания соответствуют каждому режиму;
какая холодопроизводительность обеспечивается;
какова удельная энергия разных комбинаций;
где возникает короткое циклирование;
где несколько машин работают на малой нагрузке;
какие режимы требуют проверки из-за условий конденсации;
какие переходы алгоритма управления необходимо исследовать дополнительно;
достаточны ли данные для перенастройки или требуется дополнительное измерение.

Такой анализ позволяет пересматривать алгоритм включения компрессоров на основе фактической холодильной нагрузки, а не только по номинальной мощности установленного оборудования.

Граница вывода принципиальна: оптимальный режим определяется характеристиками конкретных компрессоров и холодильной нагрузкой; универсальная последовательность неприменима.

Связанные направления

Особенности обследования таких систем рассмотрены на странице «Холодильные установки и системы холодоснабжения». Для выявления режимов оборудования, требующих корректировки, см. «Выявление неэффективных режимов работы оборудования». Другие практические материалы собраны в разделе «Материалы».