Elektronische Expansionsventile
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Electronic expansion valves and their advantages
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Elektronische Expansionsventile
- 1. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden Elektronische Expansionsventile und Ihr optimaler Nutzen in Verkauf, Anlagenbau & Service This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden
- 2. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden Die Eintrittskarte zur “EEVolution” bedeutet: F - Gas Ecodesign Variable speed CMP more than 40 refrigerants including natural and LOW GWP Fast and precise adaptability to changing conditions Up to 30% energy savings
- 3. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden Überhitzungsregelung Überhitzung = T Sauggas - T Verdampfung Überhitzung sinkt: LIQUID Flüssigkeitsanteil steigt. → Schadensrisiko! Überhitzung steigt: LIQUID / GAS Die Verdampfung nutzt nicht den gesamten Verdampfer. → geringe Effizienz. OPEN CLOSE
- 4. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden Servicefreundlichkeit? entfernbarer und reinigbarer Filter geschützter Verschluss Öffnung in der Patrone enthalten Universal Ventilkörper (für alle Patronengrößen) IP69K Stator (P max operating: 60 bar, standby 90 bar) IP67 «Superseal connector» hochwertige Dichtung verfügbar in: •komplettes Kit-Paket •Einzelkomponenten-Pakete
- 5. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden Warum Elektronische Expansionsventile? Weil es große Vorteile gegenüber mechanischen Ventilen bringt: Leistungsstärke Kühlgutqualität Energieeinsparung Umweltschutz Benutzerfreundlichkeit (Usability) Zuverlässigkeit (Reliability)
- 6. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden Elektronisches Expansionsventil Leistungsbereich kürzere Schließzeit (Erreichung des Soll-Wertes) schnellere Reaktionszeit
- 7. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden ExV Durchfluss und Ventilöffnung Leistungsbereich / Funktionscharakteristik Durchflussvariation im Vergleich zum gleichen absoluten Arbeitsintervall (Ventilöffnung). 36% Durchflußveränderung bei 10% Ventilöffnung (11,3-8,3)/8,3= ~36% flow variation (53,7-39,4)/39,4= ~36% flow variation
- 8. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden Carel ExVs Smooth-Line-Funktion Lebensmittelqualität Smooth-Line-Funktion •kontinuierliche Überhitzungs-Sollwertmodulation •stabile Produkttemperatur
- 9. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden Carel ExVs Floating Condensing Energieeinsparung • Ziel / Ergebnis: Senkung der Verflüssigungstemperatur – höhere Kühlleistung / Kühleffizienz (COP) – führt zu einem insgesamt geringerem Stromverbrauch COP COP outdoor temperature
- 10. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden Carel ExVs Kostenreduktion durch Energie Fallstudie EEV vs TEV •Anwendung: Fleisch-TK-Kühlraum, 90 m³ tr = -20°C, Qo = 5,5kW, Elektroabtauung = 3PH/5kW, Ventilatoren = 4 Stück á 200W/1PH, Kältemittel: R404A. •Regler: Carel-UltraCella+EVD (Schaltkasten mit ECD-Treiber) •Überwachungsgerät: Carel-PlantWatchPro PVP2 •Energiemessung: Carel-eMeter (3PH) Messung der gesamten Leistungsaufnahme des Kühlraumes Wechselbetrieb zwischen EEV/TEV: alle 3 Tage Wechsel über UltraCella-AUX-Relais über PVP2 –technology-switch •Verflüssigungsregelung: - EEV Ventilatoren bis auf maximale Geschwindigkeit Ziel: Kondensationstemperatur so niedrig wie möglich - TEV Ventilatorengeschwindigkeit reguliert über internen Controller
- 11. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden Ergebnis (1 Jahr): 13,31% Energiekosteneinsparung (Gesamtverbrauch): - TEV: estimated consumption in 1 year 22.699kWh - EEV: estimated consumption in 1 year 19.678kWh -3.021kWh saving 362€ (0,12€/kWh) / ROI = 1 Jahr Das Ergebnis könnte durch „Floating-Suction“ und Regelung der Verdampferventilatoren weiter verbessert werden! € 30,00 Berechnung der Energiekosteneinsparung Energie(kosten)einsparung
- 12. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden • bis 5% Aufgrund der besseren Kältemittelzufuhr des Verdampfers (Smooth-Line = konstantere und niedrigere Überhitzung). • bis 10% Statistisch ermittelte Einsparung im Vergleich zu thermostatischen Ventilen. • 10 bis 25% Durch die Möglichkeit des “Floating Condensing” (in Kombination mit einem Monitoring-System). • weitere Optimierung: aufgrund Anpassungs- fähigkeit an die Kompressor-Kapazitätsmodulation (z.B. bei Verwendung der BLDC-Technik). Vorteile und Energieeffizienz Energiekostensenkung bis zu 30%Energieeinsparung
- 13. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden Zukunftsfähigkeit Umweltschutz 40 Kältemittel sind in den Einstellungen des Treibers verfügbar → ein einzelnes Ventil, alle Kältemittel! R1234yf, R1234ze, R455A, R170, R442A, R447A, R448A, R449A, R450A, R452A, R508B, R452B, R513A, R454B
- 14. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden Criteria ExV TEV Notes Reaktion auf sich ändernde Arbeitsbedingungen ExV is schneller als TEV Anwendungsbereich ExV hat eine größere Leistungsbreite ExV ist kältemittelunabhängig Instandhaltung ExV ist wartungsfrei TEV muss regelmäßig gewartet werden Schutz gegen Flüsssigkeitsschläge ExV ist mit Ultracap-Technik ausgestattet TEV benötigt zusätzliches FL-Magnetventil. Energieeinsparung ExV ermöglicht gleitende Kondensationstemperatur TEV arbeitet mit fester Kondensationstemperatur Warnungen / Alarme Sofortige Warnungen bei Fehlfunktionen an der Kühlstelle dank ExV-Alarmverwaltung ExV vs TEV - Zusammenfassung
- 15. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden ExV vs PWM: Energieeinsparung ExV (feine Regelung) Kontinuierliche Massenstromregelung: •höhere zeitliche und mengenmäßige Präzision •exakte Kältemittelmenge zum richtigen Zeitpunkt •optimale Nutzung der Wärmetauscherfläche •besserer Wärmeübergang durch langsamere nicht turbulente Strömung. PWM: (grobe Regelung) Massenstromregelung durch Berechnung des Mittelwerts: •Durchfluss kann Bedarf übersteigen •Gefahr der Flüssigkeitsbildung •ungenutzte Kühlkapazität •turbulente Strömung kann Wärmeübergang erhöhen
- 16. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden ExV regelt den Arbeitsmittelstrom durch: •Modulation durch kontinuierliche Anpassung an den Zielzustand. PWM regelt den Arbeitsmittelstrom durch: •Modulation durch kürzeres oder längeres Öffnen/Schließen. ExV vs PWM: Regulationseigenschaften
- 17. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden ExV vs PWM: Durchflußratenmessung ExV •Grundlage für Durchflußraten-berechnung (flow): • Position des Ventilkegels • Ein- und Auslassbedingungen •Resultat • Ventil ist zu jedem Betriebszeitpunkt geöffnet. • Die optimale Durchflußrate wird jederzeit neu berechnet. PWM •Grundlage für Durchflußraten-berechnung (flow): • Öffnungszeit des Ventilkegels • Ein- und Auslassbedingungen •Resultat • Ventilöffnungszeit äquivalent zur Durchflußrate. • Pulsationen und elektromagnetische Verzögerungen ergeben Ungenauigkeiten.
- 18. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden Criteria ExV PWM Notes Überhitzungsregelung PWM kann keinen stabilen ÜH halten, hat eine Verzögerung, eine langsamere Reaktion und eine geringere Auflösung. Energieeinsparung Tests im Labor und im Feld zeigten eine Energieeinsparung zwischen 4,5% und 10%, direkt an die Ventiltechnik gebunden. Rohrleitungssystem PWM erzeugt starke Vibrationen (Schäden) Hersteller schlagen die Verwendung größerer Rohre vor (Kosten) Geräusche ExV erzeugt kein pulsierendes Geräusch. Elektrische Sicherheit ExV = 24V / PWM = 230V Inbetriebnahme PWM-Spule kann überhitzen, wenn sie nicht an das Ventil angeschlossen ist. ExV vs PWM - Zusammenfassung
- 19. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden Telefon: +43 (0) 662 455 777-0 E-Mail: office@schiessl.at CAREL-Vertriebsweg in Österreich
- 20. This document and all its contents are for Carel internal use only and strictly CONFIDENTIAL All unauthorized use, reproduction or distribution of this document or the information contained in it, by anyone other than Carel employees is severely forbidden Vielen herzlichen Dank für Ihre Zeit und Aufmerksamkeit Roland Mayer 20
Hinweis der Redaktion
- Elektronische Expansionsventile bringen durch Energieeffizienz kurzfristige Amortisationszeiten und erfüllen weitere Kundenanforderungen, wie Sicherheit, Kosteneinsparungen, Konformität, Nachhaltigkeit etc. EEV sind die Voraussetzung für die Zukunft der Kältetechnik: Digitalisierte Kältetechnik! Die kontinuierliche Kältemittelmassenstromregelung iund dadurch die Quadratur des Kältekreislaufes ist in vollem Gang. Ich fordere Sie alle auf, die Zukunft der Kältetechnik mitzugestalten in dem Sie neues wagen und Mut zeigen innovative Technik einzubauen bzw. zu kaufen, die es ermöglicht, dass Kältetechnik ihren Beitrag zu den Herausforderungen leisten kann: Unsere Kunden wettbewerbsfähig zu halten und für deren Kunden nachhaltige Lösungen zu schaffen. Auch bei EEV gibt es ständig neue Ventilkonstruktionen (z.B. neue Carel-Ventile E2V-Z), welche öhere Flexibilität, sowohl bei Kältemittelauswahl als auch bei Installation und Service bieten. Welche Produktmerkmale eine höhere Energieeffizienz und Benutzerfreundlichkeit ermöglichen, wie dieser Nutzen dem Endkunden gewinnbringend verkauft werden kann und was bei Verkauf, Installation und Service beachtet werden muss, um optimale Ergebnisse zu erzielen, das beantwortet dieser Vortrag. In diesem Vortrag geht es aber auch um Veränderung und Wandel in der Kältetechnik! Warum z.B. werden immer noch so viele, eigentlich nicht mehr zukunftsorientierte Systeme, verkauft und eingebaut, obwohl es bereits bessere Lösungen gibt? Was verhindert, dass wir viel bessere Technologien zum Wohle unserer Kunden einsetzen? Möglichkeiten: Wir sind zu bequem (der Mensch ist faul). Wir haben Angst vor Veränderung, möchten gerne, dass alles so bleibt, wie es ist. Uns fehlt die Einsicht und das Wissen um Zusammenhänge besser zu erkennen. Uns fehlt der Wille und Strategien um Veränderung anzupacken. Fehlende Verkaufskompetenz, fehlende Technikkompetenz. Das wir traditionell faul und bequem sind, wird immer so bleiben, weil wir Menschen sind. Aber der Angst vor Veränderung können wir begegnen in dem wir Zusammenhänge erkennen und in die Zukunft schauen können. Wir können uns Wissen aneignen um unsere Zukunft zu gestalten und mit der richtigen Strategie und einem Handlungsplan sowie der Aneignung von Kompetenz im Bereich Technik und Verkauf können wir damit beginnen uns zu verändern und auf die Anforderungen unserer Kunden besser eingehen. Genau das bringt dem, der es tut, nichts Minderes als Wettbewerbsvorteile und bessere Kundenbeziehungen für ein nachhaltigeres Business!
- Auch bei der Wahl eines Expansionsventils geht es im Prinzip nur um die Herausforderung zur Lösung von Problemen damit diese dem Kunden nicht entstehen. Die traditionellen on-off/Analog-Techniken , wie z.B. Verdichter in Stufenschaltung und thermostatische Expansionsventile haben uns eine lange Zeit begleitet doch können diese uns nicht mehr weiter helfen, wenn es um die zukünftigen Anforderungen unserer Kundschaft geht. Deshalb sollten wir den Kunden mit einer verständlichen Sprache wieder kundig machen, damit er sich sicher ist, die richtige Entscheidung getroffen zu haben, nämlich für unsere Technik. Das traditionell eingesetzte thermostatische Expansionsventil kann sich zumindest gut an sich veränderte Arbeitsbedingungen anpassen. Nachteile sind: Eingeschränktes Anwendungsgebiet (Leistung). Einzelkältemittel spezifisch. Langsame Reaktion auf Lastschwankungen. Muss regelmäßig neu (sich verändernde Betriebsbedingungen) abgestimmt werden. Es erfordert ein Magnetventil auf der Flüssigkeitsleitung. Fixierte Kondensationstemperatur während des ganzen Jahres. Völlig unbeobachtetes Verhalten. Es wird aber noch sehr häufig eingesetzt. Warum?
- Die Anforderungen an Energieeffizienz und Kühlgutqualität erfordern im wesentlichen, wenn nicht gar einzig und alleine, ein gemeinsames wichtiges Merkmal: Konstanter Kältemittelmassenstrom. Um einen konstanten Kältemittelmassenstrom im gesamten Kältekreislauf zu gewährleisten, müssen beide Schnittstellen zwischen Hoch- und Niederdruckseite des Kältekreislaufes berücksichtigt werden: Der Verdichter und das Expansionsventil. Wo auf der Verdichtungsseite das Hubvolumen des Verdichters durch einen entsprechenden Drehzahlregler (Inverter) eingestellt wird, so sorgt auf der Expansionsseite der Schrittmotor und der entsprechende Treiber des Expansionsventils für eine Anpassung des Kältemittelmassenstroms auf die jeweiligen Bedingungen. Expansionsventil: Ventilkegel wird durch Schrittmotor angetrieben, Schrittmotor wird durch Treiber/Regler angesteuert. Verdichter: Verdichter wird durch Elektromotor angetrieben, Elektromotor wird durch einen Inverter/Regler angetrieben. Die Schrittmotortechnik am Expansionsventil regelt den Kältemittelfluss im Verdampfer zu jedem Zeitpunkt perfekt und konstant. Dadurch steigert sie die Systemeffizienz (Anlagenwirkungsgrad) und die Regelungsstabilität (Kühlgutqualität). Kombiniert mit Energiesparalgorithmen erfolgt die Regelung im Verdampfer mit nach den jeweiligen Arbeitsbedingungen perfekt kalibriertem Kältemittel. Energiesparalgorithmen: Überhitzungsregelung (Verdampfereffizienz / Verdichterschutz) Saugdruckregelung (hoch) Verflüssigungsdruckregelung (niedrig) Smooth-Line-Regelung (stetig) Verkaufsargument: „Das elektronische Expansionsventil sorgt dafür, dass der Luftkühler „jederzeit“ mit genügend Kältemittel gefüllt ist. Damit kann man Anlagenkomponenten (Verdampfer) kleiner dimensionieren und somit Investitionskosten sparen. Aber viel wichtiger ist, dass damit Betriebskosten (Energiekosten), welche 80% der Lebenszykluskosten ausmachen, reduziert werden können. Nebenbei kann durch die konstanteren Temperaturen die Kühlgutqualität deutlich verbessert werden.»
- Eine der wichtigsten Anforderungen sind Stabilität und Sicherheit. Der Kunde zieht immer die stabile Lösung der kostengünstigen Lösung vor. Energieeffizienz ist nur ein zwar wohlgemeintes aber nicht belastbares Verkaufsargument um sich von anderen zu unterscheiden. Doch denken wir langsfristig, dann müssen wir wissen, dass wir um das Thema Energieeffizienz im Umfeld von Nachhaltigkeit, Kostenreduktion und Ökologie nicht vorbeikommen. Doch durch die Kombination verschiedener Merkmale ist beides Möglich: Ein energieeffizienter Betrieb (Nutzenargument «kollektiver Nutzen», «Kostensenkung» und ein sicherer Betrieb (Konzentration aufs Kerngeschäft). Diese Merkmale, welche im Endeffekt zu einem höheren Nutzen führen, sind: Entfernbarer und reinigbarer Filter (Servicekosten) Verschluss geschützt (Betriebssicherheit) Öffnung in der Patrone enthalten (weniger Teile) Universal Ventilkörper für alle Patronengrößen (Servicefreundlichkeit) IP69K Stator (Max Druck: Betrieb 60 barg, Standby 90 barg) IP67 Superseal-Anschluss Erhältlich in: Komplettpaket, Einzelkomponentenpakete Frage: Was jedoch ist der Nutzen, welcher aus diesen meist servicefreundlichen Merkmalen entsteht? Was ist Service- oder Benutzerfreundlichkeit? Antwort: Die Service- oder Benutzerfreundlichkeit führt ebenfalls zu niedrigeren Service- und Betriebskosten und damit in Folge zu einem höheren Deckungsbeitrag beim Fachbetrieb oder bei Weitergabe der Kosteneinsparunen an den Endkunden zu höherer Kundenzufriedenheit und damit zu mehr Kundenbindung und damit zu nachhaltigeren Geschäften. Eine noch höhere Benutzerfreundlichkeit wurde für Anwendungen entwickelt, die aus wartungstechnischen Gründen den Einsatz von demontierbaren Ventilen erfordern. Der integrierte Filter ermöglicht eine perfekte Reinigung auch nach Inbetriebnahme der Anlage. Der neue integrierte Ventilverschluss schützt die Bewegungsmechanik vor zufälligen Stößen. Benutzerfreundlichkeit: E2V-Z wurde für Anwendungen entwickelt, die aus wartungstechnischen Gründen den Einsatz von demontierbaren Ventilen erfordern. Der integrierte Filter ermöglicht eine perfekte Reinigung auch nach Inbetriebnahme der Anlage. Der neue integrierte Ventilverschluss schützt die Bewegungsmechanik vor zufälligen Stößen. 2) Einfache Installation: Die Möglichkeit der Trennung von Ventilkörper, Aktor und Stator vereinfacht die Installation. Nur der Ventilkörper ist dem Lötprozess ausgesetzt, wodurch potenziell schädliche Übertemperaturen vermieden werden. Die Wahl und Montage des Ventils erfolgen während des Herstellungsverfahrens. Während der elektrischen Verdrahtung werden der passende Stator und das Anschlusskabel kombiniert. Gleichprozentige Ventilkennlinie Regelungsgenauigkeit unter allen Arbeitsbedingungen, vom Teillastbetrieb bis zum Volllastbetrieb. Perfekte Abdichtung in Schließposition In Schließposition garantiert das Ventil eine vorzügliche Kältemittelabdichtung: Dafür sorgt der kalibrierte Federschließmechanismus, der den Dichtungsverschluss am Öffnungsrand komprimiert. Der Einsatz der speziellen Ultracap-Module macht Magnetventile überflüssig. Höchste Zuverlässigkeit Der Ventilbewegungsmechanismus und die getriebelose Bauweise zusammen mit Intensivtests bis zu 1,2 Milliarden Zyklen unter Extrembedingungen bestätigen die große Zuverlässigkeit der Lösung für die gewählte Anwendung.
- Die Erbringung der geforderten Leistung ist, genau so, wie die Erfüllung der Anforderung nach bester Kühlgutqualität und Zuverlässigkeit eine Basisanforderung. Das dabei Kosten durch Anschaffung und Betrieb beachtet werden müssen, versteht sich bei Verwendung von Produkten als Investitions- und Produktionsgut von selbst. Nur Energieeffizienz führt direkt zu geringeren Betriebskosten und zwar von Betriebsstunde zu Betriebsstunde, während der Nutzen von den Merkmalen Benutzerfreundlichkeit und Zuverlässigkeit auch dann eine Rolle spielen, wenn die Anlage auf Stand-by-Betrieb ist. Nur das Merkmal Umweltschutz ist ein Merkmal von kollektivem Nutzen und gleichzeitig fördert es Glaubwürdigkeit und Vertrauen unseres Kunden bei seinen Kunden. Was ist wichtiger als Vertrauen und Glaubwürdigkeit?
- Sprecher: Erklärung und Hinweis auf kommende Verbreitung der kontinuierlichen Massenstromregelung (z.B. BLDC-Technik) in Kombination mit IoT (Cloud-Anwendungen). In der Grafik erkennen wir das viel schnellere Schließverhalten des EEV gegenüber einem mechanischen Ventil in Folge der Erreichung der gewünschten Soll-Temperatur. Im Extremfall schliesst das Ventil innerhalb von 25 Sekunden. Die Kühlstellen erreichen in einer kürzeren Zeit die vom Kunden gewünschten Temperaturen. Doch das elektronische Expansionsventil ist nur ein Teil innerhalb eines vollmodulierten Kältemittelmassenstroms. In Kombination mit einem drehzahlgeregelten BLDC-System (Brush-less-DC oder bürstenloser Gleichstrom-Kompressor) sind noch bessere Werte hinsichtlich erwünschtem Verhalten und Effizienz möglich.
- Wenn wir uns fragen, wie sich der Kältemittelmassenstrom zum Grad der Ventilöffnung verhält, dann helfen uns folgende im Labor ermittelte Diagramme. Das linke Diagramm zeigt das Verhätnis von Massenstrom und Ventilöffnung im unteren Leistungsbereich, das rechte Diagramm im oberen Leistungsbereich. Auf der horizontalen Achse sehen wir den Ventilöffnungsgrad und auf der vertikalen Achse den Kältemittelmassenstrom, jeweils in Prozent. Die in der Kurve abgebildete nicht-lineare Funktionscharakteristik ist das Ergebnis einer speziellen Form der Ventilnadel (Spitzbogenform). Im rechten Diagramm sieht man 11,3 – 8,3 = 3 3 : 8,3 = 0,36 = ca. 36% Fazit: Im unteren Leistungsbereich führt eine Veränderung der Ventilöffnung von 10% zu einer Durchflußveränderung von 36%. Im linken Diagramm sieht man: 53,7-39,4 = 14,3 14,3 : 39,4 = ca. 36% Fazit: Auch im unteren Leistungsbereich führt eine Veränderung der Ventilöffnung um 10% zu einer Durchflußveränderung von 36%. Unten links ist erkennbar, dass das Ventil eine tote Zone hat und erst nach 25 Schritten öffnet. Dann folgen 480 Regelschritte zur Abarbeitung von 15 mm Hub, der vollständigen Ventilöffnung, also 0,03125 mm je Schritt, ohne Ventildrehung (lineare, verschleißfreie Bewegung). Dieses Verhaltensmerkmal ist die Voraussetzung für ein optimales Teillastverhalten, welches über 60-70% der Betriebszeit innerhalb eines Betriebsjahres gegeben ist. Weitere Vorteile sind eine präzise Regelung im unteren, eine schnelle Reaktion im oberen Leistungsbereich. Das wiederum führt zu höherer Kühlgutqualität (inbesondere im Lebensmittelbereich) und zu einer besseren Energieeffizienz denn: Schnelligkeit und Präzision führt immer zu höherer Qualität. Qualität heisst: Verfügbarkeit von Kälte Niedrige Kosten durch Investition, Instandaltung, Energie, Recycling Einhaltung der Gesetze, Richtlinien, Normen etc. Doch wie verkaufen wir das dem Endkunden jetzt am verständlichsten? Beziehungsweise, worin liegt nun der Nutzen? Wie erinnnern uns an die einfache Formel: Sicherheit (Wettbewerbsfähigkeit) Senkung der Kosten (Wettbewerbsfähigkeit) Gesetze (Erfüllung von gesetzlichen Anforderungen) Unternehmensphilosophie (Umwelt & Nachhaltigkeit, Zukunftsfähigkeit) und vielleicht noch 4.: Die Bequemlichkeit bzw. Das Bestreben jedes Einzelnen sich nicht noch mehr aufhalsen zu wollen. Die Reaktionsfähigkeit des Ventils sich auf jede gewünschte Anforderung einzustellen, ermöglicht einen sanften Betrieb und dadurch eine niedrige Beanspruchung der Bauteile. Das EEV sorgt, insbesondere im Zusammenspiel mit drehzahlgeregelten Verdichtern, für hohe Energieeffizienz und damit für niedrige Energiekosten. Durch die Notwendigkeit von Datenverarbeitung besteht die Möglichkeit der Datenüberwachung und damit zusätzliche Einsparungen im Service. Energie und Servicekosten machen 80% der Gesamt-Lebenszykluskosten aus. Mehrinvestitionen in diesem Bereich amortisieren sich außerordentlich schnell.
- Smooth-Line ist eine Bezeichnung für die Auswirkung eines im Ventiltreibers integrierten Algorithmus. Smooth-Line ist nichts anderes, wie die Regelung der Verdampferleistung auf Grundlage der reellen Anforderung. Während mechanische Expansionsventile der Willkür von Drücken und Temperaturen ausgesetzt sind, führen EEV den Prozess! Der Smooth-Line-Algorithmus dient der Stabilisierung der Betriebsdynamik und Abschwächung der typischen Effekte der Ein- und Aussregelung. Das Ergebnis ist eine bessere Nutzung der Verdampferfläche (Betriebskostensenkung durch Effizienzgewinn und Senkung der Investitionskosten durch Vermeidung von Überdimensionierung). Dazu braucht der Regelprozess im wesentlichen nur 3 Parameter: Verdampfungsdruck Überhitzungstemperatur Thermodynamische Daten des Kältemittels In den Grafiken kann man gut erkennen, wie die Smooth-Line-Regelung zu einem Einschwingen in Richtung eines stabilen Signals führt. Die Verschwendung durch ein “Einzappeln”, wie bei TEV, wird zu einer Selbstregulation mit einem konkreten Ziel: Dem stabilen Signal. Verkauf: “Wo bisher auf Signale re-agiert wurde und das Ergebnis mittelmäßig war, haben wir erstmals die Möglichkeit den Prozess zielgerichtet zu führen um alle Anforderungen zu erfüllen.” Zur Wiederholung: Anforderung: Betriebssicherheit = Verfügbarkeit von Kälteenergie zu jedem gewünschten Zeitpunkt. Zum niedrigsten Preis durch Energie- und Wartungseffizienz (welche 80% der Gesamtkosten ausmachen). Bei Erfüllung aller externer Anforderungen durch Gesetzgeber. Bei Erfüllung der Anforderungen nachfolgender Generationen (Nachhaltigkeit und Umwelt als Unternehmensphilosophie inbesondere im Einzelhandel) Aus dem Handbuch: Das Hauptziel der Smooth-Line-Funktion ist es, die Temperatur der Kühlstelle in Sollwertnähe extrem stabil zu halten und häufige Ein- und Ausschaltzyklen zu vermeiden. Funktionsprinzip: Erreicht die Regeltemperatur den Sollwert + die Hälfte der Schaltdiff erenz, wird die Kühlung nicht gestoppt. Ein spezieller PID-Algorithmus erhöht den Überhitzungssollwert, um das Expansionsventil zu modulieren. Dieser spezielle Algorithmus wird angewandt, solange die Regeltemperatur nicht unterhalb die Schwelle St – PLt sinkt.
- Im rechten Diagramm sieht man wie unterschiedlich sich die Leistungsvermögen (COP) von TEV und EEV in Winter und Sommer tendenziell verhalten. Das EEV gestattet geringere Drücke und Druckschwankungen, was sich auch positiv auf die Effizienz des Verflüssigers auswirkt. Im Winterbetrieb ist der COP des TEV niedrig, da es einen entsprechenden Betriebs- oder Arbeitsdruck benötigt um zu funktionieren. Das EEV bekommt seine Arbeitskraft durch den Schrittmotor und ist somit von den Drücken, wie Saugdruck, Überhitzung und Flüssigkeitsdruck völlig unabhängig. Zusammen mit der Verdichterregelung, inbesondere bei BLDC-Verdichtern, wird es möglich durch spezielle Algorithmen den Druck- bzw. Arbeitsbereich des Verdichters zuin seinen optimales Niveau zu führen, welches einerseits den Verdichter schützt und andererseits den höchsten Wirkungsgrad (COP/EER) gewährleistet. Durch die bessere Verdampfernutzung bzw. Erhöhung des Kältemittelmassenstroms können wir entsprechend Q = m x c x TD eine geringere Temperaturdifferenz und somit eine höhere Verdampfungstemperatur erreichen. Durch die mögliche geringere Verflüssigungstemperatur kann die Druckdifferenz gegen die der Kompressor arbeiten muss ebenfalls reduziert werden. Kleinere Dimensionierung oder Kosteneinsparung und höhere Effizienz sind die Folge. Niedrigere Verflüssigungstemperatur: „Schwimmende Kondensation“ → höhere Kühlleistung (COP/EER) → geringerer Stromverbrauch FC erlaubt dem Überhitzungsmanagement eine höhere Effizienz des Verdampfers und damit weitere Energieeinsparung.
- Vergleichstest: TEV vs. EEV Für die Durchführung eines leistungstechnischen Vergleichstests zwischen dem Thermostatventil (TEV) und dem elektronischen Expansionsventil (EEV) unter gleichen Bedingungen müssen beiden Ventile in denselben Kältekreislauf eingebaut werden. Für das EEV-Ventil kommt zum Hauptsteuergerät für Kühlräume (Ultracella) ein elektronischer Treiber (EVD-Modul) dazu. Dieses Gerät erfasst die Systembedingungen und regelt das Ventil für einen optimalen Kältemitteldurchfluss durch den Verdampfer. Die Installation ist im Schema dargestellt. Eine externe Logik schaltet den Kältemittelfluss abwechselnd alle 3 Tage zwischen den Ventilen um. In beiden Fällen wird der Energieverbrauch (kWh) unter Berücksichtigung aller kältetechnischen Lasten gemessen.
- Dieses Dokument zeigt die Verbrauchsdaten eines vollen Jahres von Anfang April 2015 bis Ende März 2016 auf. Der Feldtest lief von Anfang November 2014 bis Ende Juni 2016. Es geht hervor, dass die Energieverbrauchsdaten während des Jahres aufgrund der variierenden Außentemperaturen (bei konstanter Kühlrauminnentemperatur von −20 °C) schwanken. Der mit dem Thermostatventil (in Grau) geregelte Kühlraum weist im Vergleich zum Schrittmotorventil (in Rot) einen rund 7 % höheren Energieverbrauch in den Sommermonaten und einen 25 % höheren Energieverbrauch im Winter auf. Das elektronische Expansionsventil erzielt eine durchschnittliche jährliche Energieeinsparung von 13 % gegenüber der alten Thermostatventil-Lösung.
- Unter Berücksichtigung der effektiven Energiekosten (für diesen Test auf 0,12 €/kWh geschätzt) bewirkt die EEV-Lösung eine Einsparung von 362 € pro Jahr, was einen durchschnittlichen Profit von 30 € pro Monat ausmacht. Die Investitionskostendifferenz zwischen der CAREL-EEV-Technologie und der traditionellen TEV-Technologie kann vom Endbenutzer in nur 1 Jahr amortisiert werden.
- Durch im Treiber hinterlegte thermodynamische Daten aller verfügbaren Kältemittel ist der Betrieb für nahezu jede Anwendung möglich. Ein individueller (kundenspezifischer) Betrieb mit anderen Kältemitteln ist durch Eingabe der thermodynamische Daten des Kältemittels durch den Anwender möglich.
- Sprecher: Kurze Erläuterung der Tabelle (selbsterklärend). TEV braucht eine feste Kondensationstemperatur um den notwendigen Arbeitsdruck zu erreichen. Das EEV hat einen entsprechenden Algorithmus, welcher ermöglicht, dass die Kondensationstemperatur niedrig gehalten werden kann. Die einfachste Erklärung ist die, dass kein Kältemittel aufgestaut wird, weil der Treiber anstrebt, dass der Verdampfer eine optimale Füllung hat.
- Aufgrund der, im Gegensatz zu einem von einem Schrittmotor bewegten Expansionsventil, recht groben Regelung, kann der momentane Kältemitteldurchfluss bei einem pulsweitenmodulierenden Ventil den momentanen Bedarf übersteigen. Das führt u.U. zu ungewollten Flüssigkeitsanteilen im Sauggas, oder im umgekehrten Falle zu ungenutzter Kühlkapazität am Verdampfer. Durch ein ständiges Unterbrechen des Massenstromes kann die Bildung von Turbulenzflüssigkeit den Wärmeübergang erhöhen. Im Verkaufsgespräch kann das folgendermaßen übersetzt werden: Der Einsatz der neueren Technik führt zu einem kontinuierlicheren Kältemittelstrom im Luftkühler. Die Technik ist schnell und präzise, so dass immer die richtige Menge an Kältemittel an die richtige Stelle geführt wird. Zu wenig Kältemittel würde zu einer ineffizienten Nutzung des Luftkühlers führen und zu viel Kältemittel in flüssiger Form könnte den Verdichter, dass teuerste Bauteil im System, schädigen. Somit kann exakt die richtige Wärmemenge aus dem System abtransportiert werden, nicht mehr nicht weniger. Das führt zum zu einer höheren Energieeffizienz und schützt zum anderen Ihre Anlage dauerhaft vor Beschädigungen. Das macht durch niedrigere Investitionskosten (durch kleinere Dimensionierung der Bauteile) und niedrigere Betriebskosten bemerkbar. Die Betriebskosten, welche aus Energiekosten und Instandhaltungskosten bestehen machen 80% der gesamten Lebenszykluskosten aus. Was halten Sie davon?
- Begriffe: Modulieren: lat. modulatio = Takt, Rhythmus Pulsweitenmodulation: Modulationsart, bei der eine technische Größe (z. B. elektrische Spannung) zwischen zwei Werten wechselt. Kontrolle: Die messtechnische Kontrolle ist eine Kontrolle der Messgenauigkeit, bei der die Einhaltung der zulässigen Fehlergrenzen mit Messfunktion überprüft wird. Regulation: Überbegriff für eine Fülle von Prozessen, die der Aufrechterhaltung oder Wiederherstellung der Integrität eines Systems dienen, somit also unmittelbar mit den Begriffen Fließgleichgewicht (dynamisches Gleichgewicht) verknüpft ist. Was heisst das für den Techniker? PWM: Die Kontrollgenauigkeit je Arbeitszyklus darf nicht unter 100 ms liegen, mit einer Auflösung von nur 60 Schritten. EEV: Die Ventilposition kann mehr als einmal pro Sekunde in einem Bereich von 480 Schritten geändert werden. Was heißt das für den Verkauf? Wie wichtig ist Ihnen, dass die Temperatur möglichst konstant ist? Um die Temperatur möglichst genau einzuhalten, benötigen wir zunächst einmal eine dazu geeignete Technik. Doch welche Technik ist dazu geeignet? Lösung A: In einem Supermarkt entnehmen Kunden eine bestimmte Ware (Joghurt-Becher) aus dem Fach eines Kühlregales. Wenn zu wenig Ware im Fach des Regales ist, wird dieses entnommen und u.U. nicht rechtzeitig aufgefüllt. Ein Kunde oder Mitarbeiter stellt den Leerstand fest, es wird Ware aufgefüllt, wahrscheinlich zu spät. Möglicherweise wird der eine oder andere Kunde nicht gekauft haben, der Umsatz nimmt ab (Ineffizienz). Wird zu viel Ware in ein Fach aufgefüllt, welches nicht groß genug ist, so besteht die Gefahr, dass Ware herunterfällt und beschädigt wird. Lösung B: Die Kanban-Methode (Hol-, Zuruf- oder Pull-Prinzip). Das ursprüngliche Kanban-System wurde 1947 von Taiichi Ohno in der japanischen Toyota Motor Corporation entwickelt. „Es müsste doch möglich sein, den Materialfluss in der Produktion nach dem Supermarkt-Prinzip zu organisieren, das heißt; ein Verbraucher entnimmt aus dem Regal eine Ware bestimmter Spezifikation und Menge; die Lücke wird bemerkt und wieder aufgefüllt“. (Taiichi Ohno)
- Kanban ist eine Methode der Produktionsprozesssteuerung. Das Vorgehen orientiert sich ausschließlich am tatsächlichen Verbrauch von Materialien am Bereitstell- und Verbrauchsort. Kanban ermöglicht eine Reduktion der lokalen Bestände von Vorprodukten in und nahe der Produktion, die dort in Produkten der nächsten Integrationsstufe verbaut werden. Ziel der Kanban-Methode ist es, die Wertschöpfungskette auf jeder Fertigungs-/Produktionsstufe einer mehrstufigen Integrationskette kostenoptimal zu steuern. Dabei erfolgen die Entnahmen aus den jeweiligen Pufferlagern und das Nachliefern in dieselben Pufferlager asynchron. Durch das Verteilen der Pufferlager in der Produktion entlang der Integrationskette wird mit einfachen Mitteln der Information und mit kurzen Wegen des Transports eine einfache Lösung erreicht. (Wikipedia) Fazit: Jeder Supermarkt muss seine Logistik optimal steuern damit der Raum (Verkaufsraum, Regal, Fach) optimal genutzt wird. Warum also sollten unsere Kunden nicht eine genau so effiziente Technik bekommen? Oder anders gesagt; Wir sollten lernen so zu denken, wie unsere Kunden und in ihrer Sprache sprechen lernen. Gleichzeitig sollten wir dafür Sorge tragen, dass unsere Technik sich genau so weiterentwickelt, wie die unserer Kunden.
- Sprecher: Kurze Erläuterung der Tabelle (selbsterklärend).