Potrošnja električne energije cirkulacione pumpe značajno utiče na troškove rada celog postrojenja, ali se može značajno umanjiti upotrebom pumpi sa promenljivim brojem obrtaja (inverterskih pumpi), koje prilagođavaju protok vode prema trenutnim toplotnim potrebama postrojenja. Mitsubishi Electric Hydronics& cooling systems je razvio VPF sistem (variable primary flow), koji pruža nekoliko mogućnosti za regulaciju protoka vode, za različite vrste postrojenja: samo za primarni krug, za primarni i sekundarni krug, za sisteme sa jednom ili više jedinica (čileri ili toplotne pumpe).
VPF sistemi prilagođavaju brzinu pumpe na osnovu toplotnih potreba postrojenja, i vrše optimizaciju termoregulacionog algoritma za promenljiv protok u realnom vremenu. Na ovaj način se obezbeđuju pouzdanost, maksimalna ušteda energije i kontinualan rad.
VPF sistemi (delta P kontrola)
Za postrojenja sa samo primarnim krugom
U ovoj varijanti VPF sistem obezbeđuje kontrolu promenljivog protoka vode samo za primarni krug cirkulacije.
- Tip postrojenja: samo primarni krug, koji snabdeva potrošače (npr. fan coil aparate) opremljene sa prolaznim (dvokrakim) regulacionim ventilima
- Hidronički modul: uređaji za modularni regulaciju (0-10 V) – pumpe sa promenljivim brojem obrtaja
- Termoregulacija potrošača: kontrola povratne vode
- Posmatrani parametar: razlika pritisaka na ulazu i izlazu potrošača (npr. fan coil aparata)
Dijagram postrojenja sa samo jednom jedinicom (čiler ili toplotna pumpa)
Dijagram postrojenja sa više jedinica (čilera ili toplotnih pumpi)
VPF – princip rada
Regulacija protoka vode
VPF sistem nadgleda diferencijalni pritisak na strani potrošača (ΔP), i prilagođava brzinu pumpe kako bi taj pritisak ostao unutar odgovarajućih granica (ΔPmin < ΔP < ΔPmax).
- Ako je ΔPmin ≤ ΔP ≤ ΔPmax , protok vode u postrojenju odgovara energetskim potrebama sistema, broj obrtaja pumpe se ne menja
- Ako je ΔP > ΔPmax , protok vode prevazilazi potrebe postrojenja, broj obrtaja pumpe se smanjuje u cilju uštede energije
- Ako je ΔP < ΔPmin , protok vode ne zadovoljava energetske potrebe postrojenja, broj obrtaja pumpe se povećava
Uz pomoć VPF sistema, protok vode se može smanjiti do 50% nominalnog protoka jedinice, određenog prema izbornim uslovima, ali samo ako ne padne ispod minimalnog protoka koji zahteva izmenjivač toplote čilera/toplotne pumpe (kontrola minimalnog protoka izmenjivača toplote je opisana ispod).
Regulacija broja obrtaja pumpe se vrši serijom malih postepenih prilagođavanja, pri čemu se prati kako diferencijalni pritisak na strani potrošača, tako i temperatura vode u izmenjivaču toplote. Sistem ne dozvoljava nagle promene protoka vode, čime se sprečavaju problemi usled moguće neusaglašenosti sa regulacijom kompresora čilera/toplotne pumpe.
Kontrola minimalnog protoka vode
Protok vode u primarnom krugu ni pod kojim uslovima ne sme da padne ispod minimalnog protoka koji je potreban izmenjivaču toplote čilera/toplotne pumpe. Nadgledanje protoka vode kroz jedinicu se vrši preko fabrički ugrađenog diferencijalnog presostata na izmenjivaču toplote. Ukoliko diferencijalni pritisak na strani potrošača (npr. fan coil aparata) zahteva protok vode kroz izmenjivač koji je manji od minimalno dozvoljenog, VPF sistem vrši postepeno otvaranje hidrauličkog by-pass ventila (sigurnosna funkcija). Na ovaj način se obezbeđuje u svakom trenutku minimalni protok kroz izmenjivač toplote čilera/toplotne pumpe. Čim pad pritiska na potrošaču dovede do zahteva za povećanjem protoka (ΔP < ΔPmin), VPF sistem automatski zatvara by-pass ventil.
Sistemi sa više jedinica
VPF princip rada je isti i za sisteme sa više čilera/toplotnih pumpi. Praćenje očitavanja diferencijalnog presostata i otvaranje/zatvaranje by-pass ventila vrši se preko multi unit kontrolnog sistema (Manager3000 ili ClimaPro). Svaka jedinica (čiler/toplotna pumpa) automatski prilagođava broj obrtaja svoje pumpe na osnovu podataka koje joj daje kontrolni sistem.
Kada opterećenje zahteva aktiviranje rezervne jedinice (čilera/toplotne pumpe), kontrolni sistem proračunava početnu brzinu pumpe te jedinice, kako bi se izbegle prevelike varijacije protoka vode osnovnih jedinica.
VPF – uređaji i instalacija
VPF.E sistemi (delta T kostantno)
Za postrojenja sa samo primarnim krugom i potrošačima sa trokrakim ventilima
Logika upravljanja VPF.E sistema prilagođava brzinu pumpe na osnovu termičkog opterećenja postrojenja kako bi se održalo definisano delta T (primarnog kruga) sa strategijom kontrole mrtvog pojasa.
Ovaj način upravljanja donosi značajno smanjenje potrošnje pumpe u poređenju sa standardnom fiksnom logikom za kontrolu brzine tokom rada sa delimičnim opterećenjem.
Logika VPF.E je primenljiva na postrojenja samo za primarni krug, sa pumpom promenljive brzine i sa potrošačima sa by-pass ventilima tj. trokrakim ventilima.
VPF.E sistem pruža mogućnost upravljanja promenljivim primarnim protokom isključivo za usmeravanje primarnog kruga, bez uvođenja dodatnih komponenti.
VPF.D sistemi (delta T kontrola)
Za postrojenja sa primarnim i sekundarnim krugom, razdvojenih hidrauličkom skretnicom
U ovoj varijanti VPF.D sistem obezbeđuje kontrolu promenljivog protoka vode samo za primarni krug cirkulacije.
- Tip postrojenja: primarni krug i sekundarni krug, razdvojeni hidrauličkom skretnicom
- Hidronički modul: uređaji za modularnu regulaciju (0-10 V) tj. pumpe sa promenljivim brojem obrtaja
- Termoregulacija potrošača: kontrola povratne vode
- Posmatrani parametar: ΔT na primarnom krugu
Dijagram postrojenja sa samo jednom jedinicom (čiler/toplotne pumpa):
Dijagram postrojenja sa više jedinica (čilera/toplotnih pumpi):
VPF.D – princip rada
Regulacija protoka vode
VPF.D sistem nadgleda razliku temperatura na primarnom krugu (ΔT) – koja odgovara razlici temperatura na izmenjivaču toplote za sisteme sa jednom jedinicom – i prilagođava brzinu pumpe kako bi ta razlika temperatura ostala unutar odgovarajućih granica (ΔTmin < ΔT < ΔTmax).
- Ako je ΔTmin ≤ ΔT ≤ ΔTmax , protok vode u postrojenju odgovara energetskim potrebama postrojenja, broj obrtaja pumpe se ne menja
- Ako je ΔT > ΔTmax , protok vode prevazilazi potrebe postrojenja, broj obrtaja pumpe se smanjuje u cilju uštede energije
- Ako je ΔT < ΔTmin , protok vode ne zadovoljava potrebe postrojenja, broj obrtaja pumpe se povećava
Kako bi se sprečila recirkulacija vode iz sekundarnog kruga kroz hidrauličku skretnicu nazad u primarni krug, što bi izazvalo ozbiljne probleme sa regulacijom postrojenja, VPF.D poseduje sigurnosnu funkciju koja se zasniva na dve temperature, T1 i T2, koje očitavaju sonde na strani potrošača. Temperatura T1 se meri na razvodnom vodu, a temperatura T2 na samoj hidrauličkoj skretnici. Ukoliko u toku rada postrojenja dođe do promene smera strujanja vode u skretnici (T1 < T2), sistem automatski ubrzano povećava protok vode u primarnom krugu, sve dok se ponovo ne uspostavi strujanje predviđenog smera u skretnici (T1=T2).
Uz pomoć VPF sistema, protok vode se može smanjiti do 50% nominalnog protoka jedinice, određenog prema izbornim uslovima, ali samo ako ne padne ispod minimalnog protoka koji zahteva izmenjivač toplote jedinice (kontrola minimalnog protoka izmenjivača toplote je opisana ispod).
Regulacija broja obrtaja pumpe se vrši serijom malih postepenih prilagođavanja, pri čemu se prati kako razlika temperatura na primarnom krugu, tako i temperature sondi T1 i T2. Sistem ne dozvoljava nagle promene protoka vode, čime se sprečavaju problemi usled moguće neusaglašenosti sa regulacijom kompresora jedinice.
Kontrola minimalnog protoka vode
Protok vode u primarnom krugu ni pod kojim uslovima ne sme da padne ispod minimalnog protoka koji je potreban izmenjivaču toplote jedinice. Minimalni protok vode se obezbeđuje podešavanjem minimalnog broja obrtaja pumpe (parametar na servisnom meniju).
Sistemi sa više jedinica
VPF.D princip rada je isti i za sisteme sa više jedinica. Praćenje očitavanja temperaturskih sondi i razlike temperatura na primarnom krugu vrši se preko multi unit kontrolnog sistema (Manager3000 ili ClimaPro). Svaka jedinica automatski prilagođava broj obrtaja svoje pumpe na osnovu podataka koje joj daje kontrolni sistem.
Kada opterećenje zahteva aktiviranje rezervne jedinice (čilera/toplotne pumpe), kontrolni sistem proračunava početnu brzinu pumpe te jedinice, kako bi se izbegle prevelike varijacije protoka vode osnovnih jedinica.
VPF.D – uređaji i instalacija
U sledećoj tabeli su date preporučene vrednosti dimenzija hidrauličke skretnice prema minimalnoj vrednosti protoka kroz izmenjivač toplote:
Primer uštede energije
Primer uštede energije prikazan je na dijagramu ispod gde primenom VPF sistema u odnosu na tradicionalna rešenja dolazi do 17% manje utroška energije na godišnjem nivou.