Einleitung

Mit Frequenzumrichtern kann die Kälteleistung des Verdichters durch Drehzahlregelung stufenlos an den Kältebedarf der Anlage angepasst werden. Der nachfolgende Leitfaden erläutert Auslegung, Betrieb, Einsatzbereiche und Besonderheiten von

BITZER Schraubenverdichtern
in Kombination mit externen, separat montierten Frequenzumrichtern zur Drehzahlregelung, z.B. dem Bitzer Varipack.

Alle BITZER Schraubenverdichter sind konstruktiv für einen Betrieb ober- und unterhalb der Netzfrequenz ausgelegt und können damit über ein besonders breites Leistungsspektrum betrieben werden.

Vorteile des Betriebs mit Frequenzumrichter (FU):

höhere Anlageneffizienz insbesondere bei Teillast
genauere Temperaturführung möglich
exakte Medienvorlauftemperatur bei kritischen Prozesskühlungen und Wärmepumpen
höhere effektive Verdampfungstemperaturen, dadurch geringere Austrocknung unverpackter Lebensmittel und Rohstoffe in Kühlräumen sowie geringere Vereisung am Verdampfer
weniger Verdichteranläufe
geringere Belastung des Motors und des Stromnetzes durch integrierten Sanftanlauf: Anlaufstrom geringer als bei Direktanlauf, Sanftanlauf, Stern-Dreieck- oder Teilwicklungsanlauf
höhere Kälteleistung durch Betrieb oberhalb der Netzfrequenz in vielen Fällen möglich (erlaubt Einsatz eines Verdichters mit geringerem Fördervolumen bei Netzfrequenz 50 oder 60 Hz, ggf. niedrigere Kosten pro kW Kälteleistung)

Die Abbildung unten zeigt die geringeren Temperaturschwankungen bei Regelung mit Frequenzumrichter:

Ein/Aus-Regelung, linkes Drittel: große Temperaturschwankungen, relativ niedrige mittlere effektive Verdampfungstemperatur (dünne gepunktete Linie)
Gestufte mechanische Regelung, mittleres Drittel: reduzierte Temperaturschwankungen durch schnellere Regelung, höhere mittlere effektive Verdampfungstemperatur und dadurch höhere Effizienz
Regelung mit Frequenzumrichter, rechtes Drittel: sehr gleichmäßige Raumtemperatur bzw. Mediumvorlauftemperatur (± 0,5 K möglich) durch stufenlose Regelung, höhere mittlere effektive Verdampfungstemperatur und dadurch höhere Effizienz sowie z.B. geringere Entfeuchtung unverpackter Lebensmittel und Rohstoffe

Durch den Einsatz eines Frequenzumrichters lässt sich die mittlere Verdampfungstemperatur z.B. von -7 auf -4,5°C steigern. Eine um 1 K höhere Verdampfungstemperatur erhöht die Anlageneffizienz um bis zu 3%.

Leistungsregelung mit Frequenzumrichter (FU) im Vergleich zur Ein/Aus- und gestuften mechanischen Leistungsregelung

Die Kälteleistung in Abhängigkeit von der Last ist in der folgenden Grafik dargestellt. Der Frequenzumrichter ist v.a. bei Teillast-Betrieb im Vorteil.

Vergleich der Leistungsregelungs-Effizienzcharakteristik von Schraubenverdichtern mit Schieberregelung vs. Frequenzumrichter (FU): Leistungszahl COPr/EER (Verhältnis Kälteleistung zu aufgenommener Leistung) in Abhängigkeit von der Last. Gepunktete Kurve: CSW mit Schieberregelung, Verdichterserie ist optimiert für Volllast-COPr/EER. Durchgezogene Kurve: CSVW mit FU-Regelung, Verdichterserie ist optimiert für Teillast-COPr/EER (Regelbereich 6,2:1).Betriebsbedingungen: R134a, tO: 5°C / tC: 38°C / Δtoh: 5 K. Bei der Schieberregelung liegt das Optimum immer bei 100%, bei FU-Betrieb liegt es im Teillastbereich und lässt sich durch Auslegung des Verdichters und des Regelbereiches verschieben. Durch den Zielkonflikt zwischen hohem Volllast-COPr/EER und hoher Teillasteffizienz ist bei der Auslegung ein Kompromiss erforderlich. — Vergleich der Leistungsregelungs-Effizienzcharakteristik von Schraubenverdichtern mit Schieberregelung vs. Frequenzumrichter (FU): Leistungszahl COP_r/EER (Verhältnis Kälteleistung zu aufgenommener Leistung) in Abhängigkeit von der Last.
Gepunktete Kurve: CSW mit Schieberregelung, Verdichterserie ist optimiert für Volllast-COP_r/EER.
Durchgezogene Kurve: CSVW mit FU-Regelung, Verdichterserie ist optimiert für Teillast-COP_r/EER (Regelbereich 6,2:1).
Betriebsbedingungen: R134a, t_O: 5°C / t_C: 38°C / Δt_oh: 5 K.
Bei der Schieberregelung liegt das Optimum immer bei 100%, bei FU-Betrieb liegt es im Teillastbereich und lässt sich durch Auslegung des Verdichters und des Regelbereiches verschieben. Durch den Zielkonflikt zwischen hohem Volllast-COP_r/EER und hoher Teillasteffizienz ist bei der Auslegung ein Kompromiss erforderlich.

Zusätzlich folgende technische Dokumente beachten

SB-100: Betriebsanleitung Halbhermetische Schraubenverdichter HS.53 .. 74
SB-110: Betriebsanleitung Halbhermetische Schraubenverdichter HS.85 .. 95
SB-170: Betriebsanleitung Halbhermetische Kompaktschraubenverdichter CS.65 .. 105
SB-500: Betriebsanleitung Offene Schraubenverdichter OS.53 .. 74
SB-520: Betriebsanleitung Offene Schraubenverdichter OS.85, OS.95, OS.105
CB-110 und CB-111: Betriebsanleitungen Varipack - externe Bitzer Frequenzumrichter