Датский производитель компонентов Danfoss представил алгоритм оптимизации управления и распределения потоков хладагента между эжекторами и клапанами высокого давления в больших промышленных транскритических системах на диоксиде углерода (CO2, R744).
Екатерини Криези (Ekaterini Kriezi), эксперт по глобальным приложениям Danfoss, описала алгоритм на 10-й Конференции Международного института холода (МИХ, IIR), проходившей в Охриде, Северная Македония, 27-29 апреля 2023 года.
Алгоритм, предназначенный для управления производительностью и обеспечения стабильности работы, позволяет повысить эффективность, уменьшить энергопотребление и улучшить рабочие характеристики систем мощностью более 1 МВт.
— заявила Криези.
«Моделирование показало огромный потенциал эжекторов и клапанов высокого давления, управляемых нашим алгоритмом», — сказала она. —«Мы эффективно преодолели ограничения эффективности при различных нагрузках, добившись коэффициента производительности COP, сравнимого с COP систем, использующих параллельное сжатие, при более высокой производительности в сравнении с чисто эжекторными системами».
Традиционно в транскритических системах на CO2 используются эжекторы фиксированной производительности. Недостаток такого подхода — сложность регулирования производительности системы в нестандартных условиях и режимах. Устранить этот недостаток призвано мультиэжекторное решение от Danfoss, представляющее собой ряд эжекторов разного размера, предназначенных для ступенчатого управления системой.
Это решение, эффективное для систем холодильной мощностью до 300 кВт, не годится для более мощных систем, так как в этом случае требуется слишком много эжекторов. Для этого случая разработан новый алгоритм, сочетающий использование клапана высокого давления (ВВД) или эжектора регулируемой производительности с рядом эжекторов фиксированной (большой) производительности.
Тест в супермаркете-лаборатории
Криези обратила внимания на результаты, полученные как в ходе моделирования, так и на экспериментальной установке. Экспериментальная установка была собрана в супермаркете-лаборатории в Центре проектирования прикладных решений Danfoss в Нордберге, Дания.
COP системы, рассчитанный в ходе моделирования, сравнивался с COP системы, в которой в качестве дросселирующего устройства использовались только эжекторы. При нагрузках до 15% значение COP было таким же, как у систем на CO2 с параллельным сжатием. При небольших нагрузках COP системы с эжекторами и клапанами оказался ниже примерно на 6%. При нагрузках выше 60% COP системы, управляемой алгоритмом, уступал не более 2%.
Задача нового алгоритма — обеспечить плавность изменения нагрузки и предотвратить нестабильность работы системы за счет управления клапанами высокого давления и эжекторами.
Рис. 1. Алгоритм Danfoss для управления системой большой производительности
Алгоритм получает сигнал управления высоким давлением от главного контроллера системы в виде входных данных, соответствующих выбранным массовым расходам. Это сделано для поддержания высокого давления (давления в газоохладителе), соответствующего настройкам системы.
Когда суммарный массовый расход через клапан и эжекторы превышает выбранное значение, давление на стороне высокого давления системы понижается. Если же суммарный массовый расход ниже требуемого, давление понижается. Эти колебания могут стать причиной нестабильной работы, неэффективного расхода энергии и даже повреждения компонентов системы.
Новый алгоритм координирует распределение нагрузки между клапанами высокого давления — одним клапаном высокого давления, одним малым эжектором и тремя большими эжекторами.
