ΔΡΑΣΗ ΕΘΝΙΚΗΣ ΕΜΒΕΛΕΙΑΣ. «ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ 2009» ΠΡΑΞΗ Ι:«Συνεργατικά έργα μικρής και μεσαίας κλίμακας»

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ, ΔΙΑ ΒΙΟΥ ΜΑΘΗΣΗΣ ΚΑΙ ΘΡΗΣΚΕΥΜΑΤΩΝ ΕΙΔΙΚΗ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΔΡΑΣΕΩΝ ΣΤΟΥΣ ΤΟΜΕΙΣ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΑΣ (ΕΥΣΕΔ-ΕΤΑΚ) ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΑ «ΑΝΤΑΓΩΝΙΣΤΙΚΟΤΗΤΑ & ΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ» ΚΑΙ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΩΝ ΣΕ ΜΕΤΑΒΑΣΗ ΕΘΝΙΚΟ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΕΣΠΑ ΔΡΑΣΗ ΕΘΝΙΚΗΣ ΕΜΒΕΛΕΙΑΣ «ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ 2009» ΠΡΑΞΗ Ι:«Συνεργατικά έργα μικρής και μεσαίας κλίμακας» Τίτλος Έργου: Γεωθερμικές Αντλίες Θερμότητας Τεχνολογικής Αιχμής και Υψηλής Απόδοσης Ακρωνύμιο: «ΓΕΩΑΙΧΜΗ» Κωδικός Έργου : 09ΣΥΝ Παραδοτέο 3.1 (Π3.1): Πρωτότυπο 1-Γεωθερμική Αντλία θερμότητας GEO15 (15KW) Υπεύθυνος Φορέας Παραδοτέου: ΙΝΤΕΡΚΛΙΜΑ ΑΒΕΕ

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Εισαγωγή Τελική επιλογή εξαρτημάτων των πρωτοτύπων Τροποποιήσεις των προ-πρωτοτύπων Τεχνικά χαρακτηριστικά Περίβλημα Συμπιεστής Πλακοειδείς Εναλλάκτες Θερμότητας Εξατμιστής Συμπυκνωτής Σύστημα ελέγχου με μικροεπεξεργαστή Ψυκτικό κύκλωμα Προαιρετικά εξαρτήματα λειτουργίες - Προαιρετικές παραλλαγές στο σύστημα ελέγχου Προδιαγραφές Μονογραμμικό διάγραμμα ψυκτικού κυκλώματος ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ

3 1. Εισαγωγή Η νέα σειρά Γεωθερμικών αντλιών θερμότητας Νερού-Nερού, GEO-15-80, κατάλληλη για Γεωθερμικές εφαρμογές αποτελείται από 6 μεγέθη που καλύπτουν ψυκτικές αποδόσεις από 15,2 έως 78,2 KW και θερμαντικές αποδόσεις από 16,9 έως 84,8 KW. Η σειρά αυτή είναι το αποτέλεσμα μελέτης και σχεδίασης της ομάδας έρευνας και ανάπτυξης των φορέων Κ.Α.Π.Ε, ΙΝΤΕΡΚΛΙΜΑ ΑΒΕΕ και Τ.Ε.Ι Χαλκίδος στα πλαίσια του έργου ΓΕΩΑΙΧΜΗ για τη δημιουργία μιας μεσαίας σειράς ψυκτών/αντλιών θερμότητας με στόχο υψηλή απόδοση, αξιοπιστία, υψηλά ποιοτικά κριτήρια και ελαχιστοποίηση διαστάσεων. Η εταιρεία ΙΝΤΕΡΚΛΙΜΑ ανέλαβε τη μελέτη και κατασκευή 6 γεωθερμικών αντλιών θερμότητας υψηλής απόδοσης στα μεγέθη 15, 20, 30, 40, 60 και 80 kw. Η εταιρεία για την κατασκευή των συγκεκριμένων μηχανημάτων επέλεξε να χρησιμοποιήσει υλικά από τους πλέον αξιόπιστους κατασκευαστικούς οίκους της αγοράς έτσι ώστε τα μοντέλα αυτά να μπορούν να κατασκευαστούν για εμπορική κυρίως χρήση. Η σειρά καλύπτει τις υψηλότερες απαιτήσεις τόσο από αισθητική όσο και από τεχνική άποψη και χρησιμοποιεί το περιβαλλοντικά εγκεκριμένο ψυκτικό μέσο R410A, που έχει μηδενικό συντελεστή διάχυσης του όζοντος, καλή απόδοση και μεγάλη διείσδυση στην αγορά του κλιματισμού. Στο παρόν παραδοτέο παρουσιάζεται το Πρωτότυπο 1 που αντιστοιχεί στη Γεωθερμική Αντλία θερμότητας GEO15 (15kW). 2. Τελική επιλογή εξαρτημάτων των πρωτοτύπων Η μελέτη των υπολογιστικών προγραμμάτων των κατασκευαστών για τα επιμέρους εξαρτήματα και ο συνδυασμός αυτών είχε σαν αποτέλεσμα την τελική επιλογή και χρήση των κάτωθι: Συμπιεστών σπειροειδούς τύπου, scroll, υψηλής απόδοσης κατάλληλου μεγέθους για τις ανωτέρω αποδόσεις, της εταιρείας COPELAND. Εναλλακτών ψυκτικού μέσου/νερού, πλακοειδείς ανοξείδωτους υψηλής απόδοσης κατάλληλους για λειτουργία με R-410A, της εταιρείας SWEP. Ηλεκτρονικής εκτονωτικής βαλβίδας και σύστημα ελέγχου, της εταιρείας CAREL. Όπως αναφέρθηκε και ανωτέρω, τα υλικά που επιλέχθηκαν για την κατασκευή των πρωτοτύπων είναι από τα καλύτερα της αγοράς, αξιόπιστα και με τις υψηλότερες αποδόσεις. 3

4 2.1 Τροποποιήσεις των προ-πρωτοτύπων Μετά την ολοκλήρωση της αρχικής μελέτης και κατασκευής των 6 προ-πρωτοτύπων (Παραδοτέα 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 και 2.6) πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις στα εργαστήρια της εταιρείας όπου και προέκυψε το συμπέρασμα ότι υπάρχει δυνατότητα περαιτέρω αύξησης του βαθμού απόδοσης των γεωθερμικών αντλιών. Λόγω της μονοσήμαντης επιλογής του μεγέθους του συμπιεστή αναφορικά με την εκάστοτε ισχύ στις δεδομένες συνθήκες, μελετήθηκε εκ νέου το σύστημα και καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι η αύξηση της επιφάνειας των εναλλακτών θα μπορούσε να έχει καλύτερα αποτελέσματα, δεδομένου ότι η διάταξη εκτόνωσης λόγω ηλεκτρονικής ρύθμισης είναι εξαιρετικά ακριβής. Στη συνέχεια έγιναν νέες επιλογές εναλλακτών της ίδιας εταιρείας με σχεδόν διπλάσια επιφάνεια εναλλαγής. Αφού ολοκληρώθηκαν οι τροποποιήσεις, ακολούθησαν νέες μετρήσεις οι οποίες έδειξαν καλύτερους βαθμούς απόδοσης εξαντλώντας κυριολεκτικά τα όρια των συμπιεστών. 3. Τεχνικά Χαρακτηριστικά 3.1 Περίβλημα Το περίβλημα κατασκευάζεται από ισχυρά γαλβανισμένα χαλυβδο-ελάσματα που φέρουν διαμορφώσεις για εξασφάλιση της αναγκαίας ακαμψίας. Όλα τα μεταλλικά μέρη, μετά την κατασκευή τους, υφίστανται επιφανειακή επεξεργασία η αποία συνίσταται σε απολίπανση, φωσφάτωση, έκπλυση και ηλεκροστατική βαφή με χρώμα πούδρας απόχρωσης RΑΙ 9002 σε πάχος 60-70μm. Η όλη διαδικασία είναι τελείως αυτόματη και εξασφαλίζει, πέραν της άψογης εμφάνισης του προϊόντος, πολύ υψηλή αντοχή σε διάβρωση ακόμα και στις πλέον αντίξοες συνθήκες. Η αντοχή σε διάβρωση υπερβαίνει τις 500 ώρες δοκιμής σε αλατονέφωση κατά ΑSΤΜ Β-117. Η συναρμολόγηση του προϊόντος γίνεται αποκλειστικά με κοχλίωση. Έτσι αποφεύγονται τελείως οι ηλεκτροσυγκολλήσεις, που μπορούν να καταστρέψουν το γαλβάνισμα και να δημιουργήσουν εστίες διάβρωσης. Η σχεδίαση του προϊόντος έχει μελετηθεί λεπτομερώς από τη μηχανολογική ομάδα της ΙΝΤΕΡΚΛΙΜΑ και έχει επιτευχθεί ελαχιστοποίηση διαστάσεων, που επιτρέπει την εύκολη μεταφορά, εγκατάσταση και συντήρηση σε περιορισμένους από άποψη διαστάσεων χώρους. Σε όλα τα προϊόντα της σειράς προβλέπονται αφαιρετές πόρτες επίσκεψης με ειδικά κλείστρα, για την εύκολη πρόσβαση στα εσωτερικά τμήματα μόνο από εξουσιοδοτημένους τεχνικούς. Τα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά εξαρτήματα που απαιτεί η μονάδα για τη σωστή λειτουργία της, βρίσκονται εντός ενός στεγανού ηλεκρικού πίνακα με εύκολη πρόσβαση μέσω ειδικού κλειδιού. 4

5 3.2 Συμπιεστής Χρησιμοποιούνται ερμητικοί συμπιεστές σπειροειδούς (scroll) τύπου, ιδιαίτερα χαμηλής στάθμης θορύβου και χωρίς καθόλου κραδασμούς, βελτιστοποιημένοι για λειτουργία με ψυκτικό μέσο R410A. Οι συμπιεστές έχουν επιλεγεί από οίκο διεθνούς εμβέλειας, τον σημαντικότερο παγκοσμίως κατασκευαστή συμπιεστών αυτής της κατηγορίας. Είναι εφοδιασμένοι με ηλεκτρική αντίσταση ελαιοθαλάμου, για τον διαχωρισμό ελαίου-ψυκτικού μέσου όταν δεν λειτουργεί η συσκευή. Φέρουν επίσης εσωτερική ηλεκτρονική διάταξη προστασίας έναντι υπερφόρτισης. Η έδρασή τους γίνεται μέσω ειδικών ελαστικών βάσεων, που εκμηδενίζει τη μεταφορά οποιουδήποτε θορύβου μέσω της βάσης του μηχανήματος. 3.3 Πλακοειδείς Εναλλάκτες Θερμότητας Εξατμιστής Συμπυκνωτής Οι εναλλάκτες είναι πλακοειδούς κλειστού τύπου, ειδικοί για λειτουργία με ψυκτικό υγρό R410A υψηλής πίεσης, αυστηρά επιλεγμένοι από οίκο παγκοσμίου εμβέλειας. Κατασκευάζονται από ειδικά διαμορφωμένες πλάκες από ανοξείδωτο χάλυβα (ΑΙSI 316) για βέλτιστη μετάδοση θερμότητος. Οι πλάκες είναι επάλληλες και συναρμολογούνται μεταξύ τους με αυτοματοποιημένη διαδικασία με τη μέθοδο της επαγωγής. Οι επάλληλες πλάκες επιτρέπουν την διέλευση του ψυκτικού υγρού από την μία πλευρά και του νερού από την άλλη σε αντίθετη ροή ώστε να προσδίδεται ή να απάγεται όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ποσότητα θερμικής ενέργειας από το ψυκτικό υγρό προς το νερό. Ο εναλλάκτης διαθέτει μόνωση κατάλληλου πάχους. 3.4 Σύστημα ελέγχου με μικροεπεξεργαστή Το σύστημα ελέγχου είναι ηλεκτρονική διάταξη υψηλού τεχνολογικού επιπέδου, που συνδυάζει ευφυία και απλότητα χειρισμών. Το σύστημα διαχειρίζεται σε μόνιμη βάση όλες τις παραμέτρους λειτουργίας και ασφαλείας του μηχανήματος και εξασφαλίζει μεταξύ άλλων: Αυτόματη λειτουργία των συμπιεστών ανάλογα με τη θερμοκρασία επιστροφής του νερού. Λειτουργία απόψυξης. Έλεγχο αντλιών υδραυλικού κυκλώματος. Έλεγχος σειράς εκκίνησης συμπιεστών για τη μείωση του ρεύματος εκκίνησης. Εναλλαγή συμπιεστών, προς εξασφάλιση ισόχρονης λειτουργίας. Χρονική καθυστέρηση στο ξεκίνημα του κάθε συμπιεστή. Καταγραφή ωρών λειτουργίας των συμπιεστών. Καταγραφή ωρών λειτουργίας αντλίας. 5

6 Διαχείριση άνω των 150 παραμέτρων λειτουργίας. Αυτοδιαγνωστική διαδικασία σταματήματος του μηχανήματος σε περίπτωση χαμηλής παροχής νερού/υψηλής-χαμηλής πίεσης λειτουργίας/υπερφόρτισης συμπιεστή. Αυτοδιαγνωστική διαδικασία και ψηφιακή ένδειξη 30 περίπου πιθανών προβλημάτων συμπεριλαμβανομένης πιθανής αστοχίας των αισθητήρων μέτρησης. Ψηφιακές ενδείξεις διαφόρων μετρούμενων μεγεθών, όπως θερμοκρασίες εισόδου/εξόδου νερού, στοιχείου κ.α. Δυνατότητα εξωτερικού διακόπτη Οn-Οff και μεταγωγέα ψύξης-θέρμανσης. Διάταξη επιτήρησης ηλεκτρικής τάσης με έλεγχο διαδοχής, ασυμμετρίας και απώλειας φάσεων. 3.5 Ψυκτικό κύκλωμα Όλα τα μηχανήματα της σειράς GEO αποτελούνται από ένα ψυκτικό κύκλωμα με έναν ή δύο συμπιεστές. Το κύκλωμα περιλαμβάνει φίλτρο-ξηραντή, ηλεκτρονικές εκτονωτικές διατάξεις, πιεσοστάτη χαμηλής πίεσης αυτόματης επαναφοράς και υψηλής πίεσης, τετράοδη βαλβίδα αναστροφής, διαχωριστή υγρού/αερίου, βαλβίδα αντεπιστροφής και μανόμετρα υψηλής-χαμηλής πίεσης. 3.6 Προαιρετικά εξαρτήματα λειτουργίες - Προαιρετικές παραλλαγές στο σύστημα ελέγχου Εξωτερικό χειριστήριο με οθόνη φωτεινών ενδείξεων. Δυναμικός προγραμματισμός του σημείου λειτουργίας μέσω αναλογικού σήματος 4-20 mα. Δυνατότητα σύνδεσης σε σύστημα κτιριακής διαχείρισης (ΒΜS) μέσω πρωτοκόλλου Μodbus. Παράλληλη λειτουργία περισσοτέρων μονάδων μέσω επέκτασης του συστήματος ελέγχου. Κλειδί αναπρογραμματισμού του επεξεργαστή. Άλλα προαιρετικά εξαρτήματα/παραλλαγές. Διάταξη προστασίας του εναλλάκτη νερού έναντι παγώματος ελεγχόμενη από το κεντρικό σύστημα ελέγχου. Βαλβίδα υπερπίεσης στην κατάθλιψη του συμπιεστή. Υδραυλικό συγκρότημα χωρίς δοχείο αδρανείας. Ηχητική μόνωση θαλάμου συμπιεστών. 6

7 4. Προδιαγραφές Τύπος GEO 15 Ονομαστική ψυκτική απόδοση 1 kw 15,2 RT 4,3 Btu/h Ονομαστική θερμική kw 17,3 απόδοση 2 Κατασκευή Υλικό / χρώμα Γαλβανισμένα χαλυβδοελάσματα με πολυεστερική βαφή πούδρας (RAL 9002) Scroll Συμπιεστής Ποσότητα 1 Βήματα λειτουργίας 0-100% Απορροφούμενη ισχύς kw 3,1 Ονομαστικό ρεύμα A 5,95 λειτουργίας Μέγιστο ρεύμα A 11,8 λειτουργίας Εναλλάκτης Πλακοειδής ανοξείδωτος συγκολλητός γεωθερμίας Ποσότητα 1 Μέγιστη πίεση Πλευρά 25 λειτουργίας νερού bar Πλευρά ψυκτικού 45 μέσου bar Υδραυλικές συνδέσεις 1 ¼" Ονομαστική παροχή νερού lit/h 2,997 Εναλλάκτης Χρήσης Πλακοειδής ανοξείδωτος συγκολλητός Ποσότητα 1 Μέγιστη πίεση Πλευρά λειτουργίας νερού bar 25 Πλευρά Μέγιστη πίεση ψυκτικού λειτουργίας μέσου bar 45 Υδραυλικές συνδέσεις 1 1/4" Ονομαστική παροχή νερού lit/h 3,750 Ηλεκτρικά 400V/3Ph/50Hz χαρακτηριστικά Συνολική απορροφούμενη ισχύς kw 3,1 Συνολικό ρεύμα λειτουργίας A 6,0 Αντίσταση συμπιεστή W 90 Ορια λειτουργίας V V Ψυκτικό κύκλωμα Αριθμός κυκλωμάτων 1 7

8 Εκτονωτική διάταξη ηλεκτρονική εκτονωτική βαλβίδα Τύπος ψυκτικού μέσου R410A Πλάτος mm 600 Μήκος mm 600 Διαστάσεις Ύψος mm Η ονομαστική ψυκτική απόδοση δίνεται για τις ακόλουθες συνθήκες: Θερμοκρασία νερού γεωθερμίας 20 0 C, Θερμοκρασία εισόδου/εξόδου νερού ψύξης 12/7 0 C 2 Η ονομαστική θερμική απόδοση δίνεται για τις ακόλουθες συνθήκες: Θερμοκρασία νερού γεωθερμίας 10 0 C, Θερμοκρασία εισόδου/εξόδου νερού ψύξης 40/45 0 C 8

9 4.1 Μονογραμμικό διάγραμμα ψυκτικού κυκλώματος Στο παρακάτω μονογραμμικό διάγραμμα παρουσιάζεται το ψυκτικό κύκλωμα των Γεωθερμικών Αντλιών Θερμότητας WAY ΥΠΟΜΝΗΜΑ 1. ΣΥΜΠΙΕΣΤΗΣ 6. ΦΙΛΤΡΟ-ΞΗΡΑΝΤΗΣ 2. ΔΙΑΧΩΡΙΣΤΗΣ ΥΓΡΟΥ ΑΕΡΙΟΥ 7. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΘΕΡΜΟΕΚΤΟΝΩΤΙΚΗ ΒΑΛΒΙΔΑ 3. ΤΕΤΡΑΟΔΗ ΒΑΛΒΙΔΑ 8. ΒΑΛΒΙΔΕΣ ΑΝΤΕΠΙΣΤΡΟΦΗΣ 4. ΠΛΑΚΟΕΙΔΗΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΣ 5. ΠΛΑΚΟΕΙΔΗΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΣ 9

10 Εικόνα 1. Πρωτότυπο GEO

11 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 11

12 Νέα Επιλογή Εναλλάκτη 12

13 SSP G7 NEW HEAT EXCHANGER FOR GEO 15 EVAPORATOR - Design Heat Exchanger : B80x38 Fluid Side 1 : Fluid Side 2 : Flow Type : R410A Water Counter-Current DUTY REQUIREMENTS Side 1 Side 2 Heat load kw 14,55 Inlet vapor quality 0,20 Outlet vapor quality 1,00 Inlet temperature C 3,90 10,00 Evaporation temperature (dew) C 3,80 Superheating K 4,00 Outlet temperature C 7,80 7,00 Flow rate kg/s 0, ,156 - inlet vapor kg/s 0,01680 Fluid vaporized kg/s 0,06584 Max. pressure drop kpa 50,0 50,0 PLATE HEAT EXCHANGER Side 1 Side 2 Total heat transfer area m² 2,16 Heat flux kw/m² 6,74 Mean temperature difference K 4,98 H.T.C. (available/required) W/m², C 1340/1350 Pressure drop -total* kpa 5,37 25,5 - in ports kpa 0,160 0,865 Pressure drop in fluid distribution kpa 0,000-0,000 Operating pressure - outlet kpa 897 Number of channels Number of plates 38 Oversurfacing % 0 Fouling factor m², C/kW -0,008 Port diameter mm 33,0/33,0 33,0 (up/down) Recommended inlet connection diameter mm From 5,39 to 8,52 Recommended outlet connection diameter mm From 11,4 to 25,4 Reynolds number 788 Outlet port velocity m/s 2,97 1,35 SWEP International AB Address :Box 105, SE Landskrona, Sweden Date Page 1(3)

14 SSP G7 PHYSICAL PROPERTIES Side 1 Side 2 Reference temperature C 3,87 8,47 Liquid - Dynamic viscosity cp 0,158 1,37 - Density kg/m³ ,8 - Heat capacity kj/kg, C 1,552 4,196 - Thermal conductivity W/m, C 0,1116 0,5771 Vapor - Dynamic viscosity cp 0, Density kg/m³ 32,53 - Heat capacity kj/kg, C 0, Thermal conductivity W/m, C 0, Latent heat kj/kg 0,2162 Film coefficient W/m², C Minimum wall temperature C 5,98 6,12 Channel velocity m/s 0,625 0,269 TOTALS Total weight (no connections) kg 8,56-12,1 Hold-up volume, inner circuit dm³ 2,00 Hold-up volume, outer circuit dm³ 2,11 PortSize F1/P1 mm 33,0 PortSize F2/P2 mm 33,0 PortSize F3/P3 mm 33,0 PortSize F4/P4 mm 33,0 NND F1/P1 mm 36,0 NND F2/P2 mm 36,0 NND F3/P3 mm 36,0 NND F4/P4 mm 36,0 DIMENSIONS A mm 526 +/-2 B mm 119 +/-1 C mm 470 +/-1 D mm 63,0 +/-1 E mm 27,1 (opt. 45,1) +/-1 F mm 89,1 to 99,8 +/-2% G mm 2,00 to 6,00 +/-1 O mm 4,00 R mm 23,0 Note : Superheat less than 5 K can cause underperformance. SWEP International AB Address :Box 105, SE Landskrona, Sweden Date Page 2(3)

15 SSP G7 Disclaimer: Data used in this calculation is subject to change without notice. Calculation is intended to show thermal and hydraulic performance, no consideration has been taken to mechanical strength of the product. Product restrictions - such as pressure, temperatures and corrosion resistancecan be found in SWEP product sheets and other technical documentation. SWEP may have patents, trademarks, copyrights or other intellectual property rights covering subject matter in this document. Except as expressly provided in any written license agreement from SWEP, the furnishing of this document does not give you any license to these patents, trademarks, copyrights, or other intellectual property. *Excluding pressure drop in connections. SWEP International AB Address :Box 105, SE Landskrona, Sweden Date Page 3(3)