All Seasons

°CLIMATE COMFORT Heating Air Conditioning Applied Systems

Refrigeration

Tecnología Inverter en unidades enfriadoras de agua

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Tecnología Inverter en unidades enfriadoras de agua 1. Introducción. 2. Aplicación en unidades enfriadoras de agua

3. Últimos avances tecnología inverter en compresores 4. Ejemplos de aplicación 5. Conclusiones. All Seasons °CLIMATE COMFORT

09 April 2014

2

1. Introducción La importancia de la eficiencia Los equipos de climatización absorben ENERGIA ELECTRICA, lo que produce:

COSTES DE FUNCIONAMIENTO

IMPACTO MEDIOAMBIENTAL

La eficiencia energética es el factor principal para reducir drásticamente los costes y preservar el medio ambiente.

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1. Introducción Tecnología Inverter Consumo energético en una enfriadora: ENFRIADORA

1

Ventiladores (refrig. aire)

Compresor

2

Bombas en el lado hidráulico

3 Consumo energético en climatizadores y fancoils:

UTA

FCU

Ventiladores. All Seasons °CLIMATE COMFORT

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2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Tecnología Inverter La tecnología Inverter puede compararse a la tecnología de un coche: " Cuanto más se pisa el acelerador, más rápido vas“

De hecho, el Inverter utilizado en compresores establece la capacidad de la unidad de regular de forma continua el flujo de transferencia energética, modificando la velocidad del compresor en respuesta a la demanda de frío. Ejemplo • El no-inverter puede compararse con una bombilla on/off; este tipo de unidad arrancará a plena carga • La unidad Inverter aumentará gradualmente su potencia, en base a la necesidad de potencia del edificio , como un regulador de luz NO-INVERTER

INVERTER Potencia

Potencia

100%

OFF

ON

0%

100%

OFF

ON

0%

REGULADOR All Seasons °CLIMATE COMFORT

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2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua La velocidad de giro del compresor se mantiene constante durante el funcionamiento a carga parcial

Compresor tornillo no-inverter

Compressor load

50Hz

Frecuencia

RPM

100%

75%

50%

25%

3000

3000

3000

3000

La velocidad de giro del compresor varía dependiendo de la carga Compressor load

50 Hz

Compresor tornillo INVERTER

All Seasons °CLIMATE COMFORT

100%

75%

50%

25%

50Hz

RPM

3000

2250

1500

750

60Hz

RPM

3600

2700

1800

900

70Hz

RPM

4200

3150

2100

1050

…

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2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua La potencia absorbida por la enfriadora con compresor NO Inverter es más baja que la unidad Inverter

Reducción potencia eléctrica absorbida Power Input 110%

Compresor tornillo no-inverter

100% 90% 80%

La potencia absorbida por la enfriadora es considerablemente más baja con un COMPRESOR INVERTER

70% 60% 50%

Compresor tornillo INVERTER

40% 30% 20% 10% 0%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

110%

Compressor Load

- A plena carga la unidad NO Inverter es más eficiente que la solución Inverter debido a las pérdidas introducidas por el variadador de frecuencia - Por el contrario, la solución Inverter maximiza la eficiencia a carga parcial All Seasons °CLIMATE COMFORT

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2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Variación de capacidad Capacity 200% 190%

180% 160% 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0%

Cuanto mayor es la frecuencia mayor es el incremento de Capacidad (frío / calor) All Seasons °CLIMATE COMFORT

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

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8

Frequency (Hz)

2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Comportamiento del compresor para diferentes condiciones de trabajo (agua en el evaporador y temperatura del aire)

EER EER 5.50 5.00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 10

Dependiendo de la frecuencia y las condiciones de trabajo el COP es diferente All Seasons °CLIMATE COMFORT

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Frequency (Hz)

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2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Diseño enfocado a eficiencia COP

Comportamiento del compresor para diferentes condiciones de trabajo (agua en el evaporador y temperatura del aire)

Water 8.3/7°C Air 20°C

5.50

Water 9.5/7°C Air 25°C

5.00

25%

Water 10.8/7°C Air 30°C

4.50

50% 4.00

75%

3.50 3.00

Water 12/7°C Air 35°C

100%

2.50 2.00 1.50

120%

1.00 0.50 10

Diseño de la unidad enfocado a obtener la mejor eficiencia a cargas parciales All Seasons °CLIMATE COMFORT

20

Min 30

40

50

60

Frequency (Hz)

Un incremento de 70 Rated80 90 frecuencia permitiría Max obtener una capacidad extra cuando sea necesario 09 April 2014

100

10

2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Diseño enfocado a capacidad extra Comportamiento del compresor para diferentes condiciones de trabajo (agua en el evaporador y temperatura del aire)

COP 5.50 5.00

Water 8.3/7°C Air 20°C

Water 9.5/7°C Air 25°C Water 10.8/7°C Air 30°C

4.50

25% 50%

4.00

Water 12/7°C Air 35°C

75%

3.50 3.00

100%

2.50 2.00 1.50

150%

1.00

Diseño de la unidad 0.50 enfocado a satisfacer la 10 demanda térmica en cualquier circunstancia All Seasons °CLIMATE COMFORT

20 Min

30

40

50

60 Rated

70

80

90 Max

100

Frequency (Hz)

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2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Diseño enfocada a €/kW

Comportamiento del compresor para diferentes condiciones de trabajo (agua en el evaporador y temperatura del aire)

COP Water 8.3/7°C Air 20°C

5.50

Water 9.5/7°C Air 25°C

5.00

25%

4.50

Water 10.8/7°C Air 30°C

50%

4.00

Water 12/7°C Air 35°C

75%

3.50 3.00

100%

2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 10

Diseño de la unidad enfocado a la mejor relación €/kW All Seasons °CLIMATE COMFORT

20

30

Min 40

50

60

Frequency (Hz)

70

80

90

Rated = Max Con esta solución la capacidad extra no está disponible

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100

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2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Otros beneficios: no hay picos de arranque La máxima corriente de arranque de la unidad está siempre por debajo de la máxima corriente de operación

• No hay picos de corriente en el motor eléctrico INVERTER

• No hay sobrecalentamiento en el motor • No hay caídas de voltaje en la red

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2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Otros beneficios: optimización cosΦ Curva típica de factor de potencia para motor eléctricos industriales 1.0

Con la tecnología inverter el factor de potencia se mantiene siempre en torno al 0,95

Displacement Power Factor

0.8

0.6

-Ahorro por costes de energía reactiva -Ahorro en costes de cables y menor disipación de calor en los mismos

0.4

0.2 Traditional chiller INVERTER

0.0 0

20

40

60

80

100

Motor load

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2. Tecnología Inverter. Aplicación en unidades enfriadoras de agua Otros beneficios: nivel sonoro La reducción del nivel sonoro a cargas parciales se consigue variando la velocidad de los ventiladores pero especialmente mediante la variación de la frecuencia de trabajo de los compresores, lo que garantiza el mínimo nivel sonoro en cualquier condición de funcionamiento INVERTER

La reducción de RPM de los compresores permite la reducción de ruido

Esto se traduce en una importante reducción acústica cuando la máquina funciona a cargas parciales

Durante la mayor parte del año la máquina operará a carga parcial produciendo una potencia sonora menor que la nominal.

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3. Últimos avances tecnología inverter en compresores Un poco de historia…..Daikin pionero en aplicaciones Inverter

First and Largest range with single screw compressor inverter driven (up to 1,8 MW)

‘Inverter heat pump screw’ EWYD-BZ

First inverter driven R-134a H/P screw unit in the market 2006

First inverter driven chiller R-410A scroll unit in the market

‘Inverter mini-chiller’ EWA/YQ005~007AC All Seasons °CLIMATE COMFORT

2007

2008

Daikin’s First inverter driven R-134a Cooling Only screw unit

2011

2012

…..

Small chiller inverter series with inverter driven R-410A scroll compressors

‘Inverter C/O screw’ EWAD-BZ 09 April 2014

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3. Últimos avances tecnología inverter en compresores Un poco de historia…..Daikin pionero en aplicaciones Inverter

Más de 800 unidades Daikin Inverter con compresor monotornillo ya están funcionando en Europa

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3. Últimos avances tecnología inverter en compresores Power Input 110%

Compresor tornillo no-inverter

100% 90% 80% 70% 60% 50%

Compresor tornillo INVERTER

40% 30% 20% 10% 0% 0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

110%

Compressor Load

Daikin presenta una nueva tecnología de compresor: el compresor monotornillo Inverter y “Variable Volume Ratio” (VVR) El mejor rendimiento en cualquier condición de carga, con la misma enfriadora:  Incomparable eficiencia a carga parcial  Valores excelentes a plena carga All Seasons °CLIMATE COMFORT

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3. Últimos avances tecnología inverter en compresores

Nueva tecnología en compresores Inverter

INVERTER

VALVULA CORREDERA para VVR B Descarga

A

y … para una modulación continua y adaptación a cualquier condición de carga

Succión

… para la optimización de la relación de compresión

A Posición A  Low pressure ratio B Posición B  High pressure ratio All Seasons °CLIMATE COMFORT

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3. Últimos avances tecnología inverter en compresores

Nueva tecnología en compresores Inverter Variable Volume Ratio (VVR) VR 2.0

Compressor Efficiency

VR 3.0

La eficiencia del compresor es optimizada con una relación de compresión variable a cualquier condición de trabajo gracias a: • Válvula de corredera • Controlador avanzado

2 compresores en 1 Pressure Ratio All Seasons °CLIMATE COMFORT

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3. Últimos avances tecnología inverter en compresores

Nueva tecnología en compresores Inverter

Avg. 5,8 – Up to 6

Gold

Avg. 5,4

ESEER

Platinum

Avg. 5,0

Silver

EWAD-TZ Avg. 3,5 EER

Avg. 3,2

at full load

Avg. 2,8 150

All Seasons °CLIMATE COMFORT

350

Cooling Capacity

550

750 09 April 2014

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4. Ejemplos de aplicación

Instalación para aplicación de confort Simulación de enfriadora ‘No-inverter frente a Inverter’, para mostrar la optimización de la eficiencia a carga parcial y por lo tanto la reducción de los costes de operación y emisiones de CO2

Simulación de funcionamiento de un edificio de oficinas • Las condiciones de diseño son: agua 12/7ºC en el evap. y 35ºC en ambiente • Capacidad frigorífica demandada en las condiciones de diseño de 1.685kW • Nivel de eficiencia y ruido no especificado • Funcionamiento anual de la enfriadora 1.400 horas • Precio de la electricidad 0.12€/kWh • CO2 emission factor of 0.649kg/kWh NON-INVERTER

INVERTER

CONSUMO DE ENERGIA Part load ratio

Air temp. Cº

100%

35ºC

75%

Weighting coeff.

Running hours

EER

Cap. (kW)

PI (kW)

Energy (kWh)

EER

Cap. (kW)

PI (kW)

Energy (kWh)

A = 3%

42h

3,16

1.685

533

22.386

3,06

1.685

551

23.142

+ 756

30ºC

B = 33%

462h

3,52

1.264

359

165.858

4,53

1.264

279

128.898

- 36.960

50%

25ºC

C = 41%

574h

4,14

842

203

116.522

5,38

842

157

90.118

- 26.404

25%

20ºC

D = 23%

322h

5,25

421

80

25.760

6,31

421

67

21.574

- 4.186

1.400h

4,16

-

-

330.526

5,24

-

-

263.732

- 66.794

TOTAL

COSTES DE OPERACION FACTOR EMISIONES CO2 All Seasons °CLIMATE COMFORT

0.120€/kWh

0.649kg/kWh

39.663€ 20% ahorro en costes de operación

31.648€

214.511kg emisiones CO2 20% reducción

171.162kg

DIFERENCIA

- 8.015€

(1y)

- 40.075€

(5y)

- 43.349kg

(1y)

- 216.745kg (5y)

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4. Ejemplos de aplicación

Instalación para aplicación de proceso

% Carga unidad enfriadora suministrando una potencia frigorífica constante

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4. Ejemplos de aplicación

Instalación para aplicación de proceso

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4. Ejemplos de aplicación

Instalación para aplicación de proceso  HORARIO DE FUNCIONAMIENTO

12 meses de funcionamiento anual 7 días de funcionamiento semanal 24 horas de funcionamiento diario

 POTENCIA FRIGORIFICA DEMANDADA 1.000 kW

 PRECIO ENERGIA ELECTRICA 0,10 €/kWh

 CONDICIONES DE SELECCION Tª exterior 40ºC Tª agua 10ºC y ΔT 5ºC Perfil climático Valladolid All Seasons °CLIMATE COMFORT

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4. Ejemplos de aplicación Tª exterior -2 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

Total horas 77 35 108 223 325 403 444 449 440 435 394 424 382 384 364 373 390 406 362 311 279 228 212 173 153 148 125 125 128 125 108 92 73 66 35 17 7 4 1 2

UNIDAD INVERTER: AWS XE 280.2 XN INV Vent Energía PotenciaElectrica Electrica Pf Compr Pa Compr Pa Vent Energía Potencia EER EER [kW] suministrada (kWh) (kWh) Consumida Consumida(kWh) (kWh) [kW] [kW] [kW] suministrada 1000 119 3,42 8,2 7.000 853,7 1000 119 3,42 8,2 7.000 853,7 1000 122 3,42 8,0 35.000 4.375,0 1000 119 4,25 8,1 108.000 13.333,3 1000 121 4,68 8,0 223.000 27.875,0 1000 121 4,45 8,0 325.000 40.625,0 1000 119 5,42 8,0 403.000 50.375,0 1000 121 5,23 7,9 444.000 56.202,5 1000 119 6,01 8,0 449.000 56.125,0 1000 120 6,44 7,9 440.000 55.696,2 1000 121 6,88 7,8 435.000 55.769,2 1000 120 7,77 7,8 394.000 50.512,8 1000 120 8,71 7,8 424.000 54.359,0 1000 120 9,68 7,7 382.000 49.610,4 1000 119 11,2 7,7 384.000 49.870,1 1000 119 12,5 7,6 364.000 47.894,7 1000 124 12,5 7,3 373.000 51.095,9 1000 126 12,5 7,2 390.000 54.166,7 1000 131 12,5 7,0 406.000 58.000,0 1000 134 12,5 6,8 362.000 53.235,3 1000 139 12,5 6,6 311.000 47.121,2 1000 145 12,5 6,4 279.000 43.593,8 1000 150 12,5 6,1 228.000 37.377,0 1000 153 12,5 6,0 212.000 35.333,3 1000 159 12,5 5,8 173.000 29.827,6 1000 165 12,5 5,6 153.000 27.321,4 1000 171 12,5 5,5 148.000 26.909,1 1000 177 12,5 5,3 125.000 23.584,9 1000 185 12,5 5,1 125.000 24.509,8 1000 187 12,5 5,0 128.000 25.600,0 1000 193 12,5 4,9 125.000 25.510,2 1000 200 12,5 4,7 108.000 22.978,7 1000 210 12,5 4,5 92.000 20.444,4 1000 218 12,5 4,3 73.000 16.976,7 1000 229 12,5 4,1 66.000 16.097,6 1000 241 12,5 3,9 35.000 8.974,4 1000 253 12,5 3,8 17.000 4.473,7 1000 266 12,5 3,6 7.000 1.944,4 1000 280 12,5 3,4 4.000 1.176,5 1000 296 12,5 3,2 1.000 312,5 1000 315 12,5 3,1 2.000 645,2

All Seasons °CLIMATE COMFORT

Pf Compr [kW] 0 0 0 510 543 505 512 536 562 581 615 644 680 716 758 808 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000

Pf FC [kW] 1000 1000 1000 490 457 495 488 464 438 419 385 356 320 284 242 192 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

UNIDAD FREE-COOLING: AWS XE 300.2 ST FC-SG Pa Compr Pa Vent Pa Contr Energía EER [kW] [kW] [kW] suministrada 0 21,7 1,5 43,2 7.000 0 23,9 1,5 39,4 35.000 0 26,5 1,5 35,7 108.000 71,9 14 1,25 11,5 223.000 81,1 14 1,25 10,4 325.000 96,7 7,46 1 9,5 403.000 98,2 7,63 1 9,4 444.000 101 8,42 1 9 449.000 106 9,15 1 8,6 440.000 107 10,9 1 8,4 435.000 113 11,6 1 8 394.000 116 13,4 1 7,6 424.000 121 15,4 1 7,3 382.000 126 18,6 1 6,9 384.000 133 21,7 1 6,4 364.000 140 24,8 1 6 373.000 180 28 1 4,8 390.000 186 28 1 4,6 406.000 194 28 1 4,5 362.000 200 28 1 4,4 311.000 206 28 1 4,2 279.000 213 28 1 4,1 228.000 219 28 1 4 212.000 225 28 1 3,9 173.000 231 28 1 3,8 153.000 237 28 1 3,8 148.000 244 28 1 3,7 125.000 250 28 1 3,6 125.000 256 28 1 3,5 128.000 263 28 1 3,4 125.000 271 28 1 3,3 108.000 278 28 1 3,3 92.000 286 28 1 3,2 73.000 293 28 1 3,1 66.000 302 28 1 3 35.000 311 28 1 2,9 17.000 320 28 1 2,9 7.000 331 28 1 2,8 4.000 341 28 1 2,7 1.000 352 28 1 2,6 2.000

Potencia Electrica Consumida (kWh) 162,0 888,3 3.025,2 19.391,3 31.250,0 42.421,1 47.234,0 49.888,9 51.162,8 51.785,7 49.250,0 55.789,5 52.328,8 55.652,2 56.875,0 62.166,7 81.250,0 88.260,9 80.444,4 70.681,8 66.428,6 55.609,8 53.000,0 44.359,0 40.263,2 38.947,4 33.783,8 34.722,2 36.571,4 36.764,7 32.727,3 27.878,8 22.812,5 21.290,3 11.666,7 5.862,1 2.413,8 1.428,6 370,4 769,2

09 April 2014 Resultado Simulación Valladolid

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4. Ejemplos de aplicación

Instalación para aplicación de proceso

All Seasons °CLIMATE COMFORT

Resultado Simulación Valladolid 09 April 2014

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4. Ejemplos de aplicación

Instalación para aplicación de proceso Energia Suministrada TOTAL (kWh)

8.760.000

8.760.000

Energía Eléctrica Consumida TOTAL (kWh)

1.270.687

1.517.578

EER PREVISTO

6,89

COSTE ENERGIA CONSUMIDA ANUAL

127.069 €

COSTE UNITARIO kW FRIGORÍFICO

0,0145 €

+ 19% -19%

5,77 151.758 € 0,0173 €

OTROS COSTES A CONSIDERAR Glicol necesario en la instalación para unidades con free-cooling Gasto energético superior en el bombeo en unidades free-coooling

Coste superior de las unidades free-cooling All Seasons °CLIMATE COMFORT

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5. Conclusiones  La tecnología INVERTER se postula como la alternativa más óptima, desde el punto de vista energético, no sólo para aplicaciones de confort sino también para aplicaciones especiales, con demanda continua y constante durante todo el año.

 Dentro de la variabilidad climatología de la geografía española, la tecnología INVERTER aplicada a compresores se posiciona, en todos los casos, como la alternativa más eficiente. En climas con temperaturas moderadas, los resultados obtenidos, en términos de ahorros económicos de explotación, son realmente espectaculares. Incluso ahorros por encima del 50% frente a otras tecnologías usadas actualmente.

 El uso de esta tecnología proporciona, además, una serie de beneficios adicionales: 

Mayores eficiencias a cargas parciales



Bajo nivel sonoro a cargas parciales



Eliminación de los picos de arranque



Óptimo factor de potencia (> 0.95)

All Seasons °CLIMATE COMFORT

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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN

All Seasons °CLIMATE COMFORT

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