SILVERBULLET. 270 kw ITALIANO ENGLISH. ...since 1963

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1 C o n c e p t C h i l l e r 270 kw...since 1963 ITALIANO ENGLISH

2 RC GROUP, leader mondiale nel condizionamento per il settore tecnologico, investe in ricerca oltre il 5% del proprio fatturato. Sempre attenta all evolversi delle nuove tecnologie, in occasione di Mostra Convegno 2004, anticipa le tendenze future presentando ufficialmente SILVER BULLET, il Concept Chiller basato su due elementi innovativi: la tecnologia Oil Free ed il controllo della potenza frigorifera tramite inverter. LA TECNOLOGIA OIL-FREE Nei circuiti frigoriferi tradizionali l olio serve a lubrificare i cuscinetti o le bronzine dei compressori. L olio si trova all interno del circuito frigorifero dove si miscela in varia misura con il refrigerante. La sua presenza è una complicazione perché da un lato diminuisce le prestazioni energetiche, in quanto peggiora i coefficienti di scambio, dall altro richiede un accurato disegno delle tubazioni e dei componenti del circuito frigorifero per consentirne il ritorno verso il compressore. Nei sistemi oil-free, invece, la manutenzione diventa molto più semplice, perché si eliminano tutti i problemi connessi alle reazioni chimiche provocate dal contatto tra l olio estere, usato con i refrigeranti ecologici, ed eventuali residui di umidità nel circuito, che possono portare alla creazione di acidi estremamente dannosi. Eliminando completamente l olio si migliora l efficienza energetica di oltre il 5%. RC GROUP, world leader in air conditioning for hi-tech. applications, invests more than 5% of its turnover in research. Following the new technologies evolution, in Mostra Convegno 2004 RC GROUP anticipates the future trends and formally presents SILVER BULLET, the based on two innovative elements: Oil-Free technology and the cooling power control through inverter. OIL-FREE TECHNOLOGY In traditional cooling circuits oil is needed to lubricate the compressors bearings. The oil is inside the cooling circuit where it is mixed with the refrigerant. Its presence is a complication because it decreases the energy performances worsening the exchange coefficients, and on the other hand it requires a precise design of cooling circuit ducts and components to assure its return to the compressor. In Oil-Free systems, the maintenance is easier without oil presence, because we avoid all the problems linked to chemical reactions between ester oil, used with green refrigerants, and humidity traces in the circuit, which can lead to the creation of dangerous acids. By totally eliminating the oil, the energy efficiency increases of more than 5%.

3 PERCHÉ INVESTIRE NELLA TECNOLOGIA OIL-FREE La tendenza del futuro sarà quella di costruire compressori che non richiedano la presenza di olio lubrificante. Tentativi di eliminare l olio sono stati compiuti in passato su compressori a vite, con risultati contrastanti. Il problema è legato alla lubrificazione dei cuscinetti tradizionali, che nei vite e nei centrifughi risultano particolarmente sollecitati. I costruttori di compressori stanno lavorando sui cuscinetti, cercando soluzioni alternative, derivate dall industria aeronautica. A fianco dei cuscinetti ceramici, attualmente utilizzati da alcuni prototipi, si stanno vedendo le prime applicazioni di sospensione magnetica. Gli alberi e le giranti dei compressori levitano durante la rotazione e galleggiano su un cuscino magnetico prodotto dai cuscinetti. WHY MAKING INVESTMENTS IN OIL-FREE TECHNOLOGY The future trend will be the manufacturing of compressors which won t require the lubricating oil presence. In the past some attempts to remove the oil have been made on screw compressors, with contrasting results. The problem is connected with the lubrication of traditional bearings, which are particularly stressed in screw and centrifugal compressors. The compressor manufacturers are working on bearings, trying to find alternative solutions, taken from the aeronautic industry. Besides ceramic bearings, currently used for a few prototypes, the magnetic levitation is also being used. The compressors shafts and impellers levitate during rotation and float on a magnetic field, produced by bearings. cuscinetto assiale cuscinetti radiali albero axial bearing z shaft radial bearings y x L assenza dell olio permette e richiede la sostanziale riprogettazione del circuito frigorifero, in particolare delle batterie condensanti e dell evaporatore. Lo studio richiede tempo e, soprattutto, molte ore di sperimentazione nel campo. E una ricerca che dura degli anni. Per questo RC GROUP ha deciso di investire da subito in questa particolare tecnologia, per formarsi il necessario know-how ed essere pronta non appena i compressori Oil-Free saranno disponibili sul mercato. IL CONTROLLO DELLA POTENZA FRIGORIFERA ME- DIANTE INVERTER Il sistema di controllo della potenza è molto importante in quanto influisce molto sull efficienza energetica in parzializzazione. Generalmente, parlando di efficienza energetica di un gruppo frigorifero, si intende il valore di EER alle condizioni nominali. E una posizione sbagliata: nessuno comprerebbe mai un automobile interessandosi del suo consumo alla massima velocità. Non avrebbe senso: la massima velocità, viene mantenuta per pochi chilometri, assolutamente irrilevanti per il consumo di carburante annuale. Quello che realmente ci interessa è il consumo medio quindi l efficienza in parzializzazione. Con i compressori a vite e centrifughi il sistema di regolazione della potenza frigorifera più efficiente è quello a variazione continua del numero di giri tramite inverter. Rispetto ai sistemi tradizionali, l aumento di rendimento medio è del 20% per i vite e del 35% ed oltre per i compressori centrifughi. La differenza sta nel loro principio di funzionamento. Senza entrare in dettagli tecnici, si può dire che i vite sono dei compressori volumetrici, mentre i centrifughi sono dei turbocompressori, maggiormente influenzati, in senso positivo, dalla variazione del numero di giri. Oil absence allows and requires a global redesign of the cooling circuit, in particular of the condensing coils and of the evaporator. This study requires time and, moreover, many training hours on site. It is a year lasting research. This is the reason why RC GROUP decided to invest immediately in this particular technology, in order to gain the necessary know-how and to be ready as soon as the Oil-Free compressors are available. COOLING CAPACITY CONTROL THROUGH INVERTER The cooling power control system is very important because it affects the energy efficiency in partial load conditions very much. As a general rule, when we talk about the energy efficiency of a chiller, we often mean the EER at nominal conditions. This is wrong. For example: nobody would buy a car on the basis of its consumption at maximum speed. As a matter of fact, the maximum speed is maintained for a few kilometres, which is absolutely irrelevant for the annual fuel consumption. On the contrary, we are interested in average consumption, which means the efficiency at partial load conditions. In screw and centrifugal compressors the most efficient cooling capacity control system is the one with RPM stepless inverter control. Compared to the traditional systems, the increase in the average efficiency is of 20% for screw compressors and of 35% and more for centrifugal ones. The difference lies in their working logic. Avoiding any technical detail, we can state that screw compressors are displacement compressors, while centrifugal ones are dynamic compressors, positively affected by the RPM step-less control.

4 SilverBullet: Il di RC GROUP Per produrre il proprio SILVER BULLET, RC GROUP ha svolto una ricerca tra i costruttori di compressori per trovare quello più evoluto, tra quelli costruiti con tecnologia Oil-Free. La scelta è caduta su un compressore centrifugo di piccola taglia, 270 kw, di costruzione canadese, prossimo ad essere introdotto sul mercato anche in modelli più potenti. RC GROUP è stata la prima azienda a testarlo in Europa, visto che le prove sono cominciate già nel novembre del Questo compressore è caratterizzato da un sistema di cuscinetti a sospensione magnetica. Gli alberi e le giranti dei compressori levitano durante la rotazione e galleggiano su un cuscino magnetico, prodotto dai cuscinetti. Sono utilizzati due cuscinetti magnetici radiali ed uno assiale. Il sistema è controllato da sensori a retroazione in grado di misurare in tempo reale gli scostamenti dell albero dai punti corretti di funzionamento. A riposo, l albero è supportato su degli appoggi in materiale composito al carbonio. Ciò permette di lavorare ad elevato numero di giri (superiore ai giri/minuto), in modo da ridurre consistentemente le dimensioni della girante e dell intero compressore. Il peso è limitato a meno di 120 kg, contro gli oltre 700 kg di un vite di pari potenza. La regolazione della potenza avviene mediante un sistema ad inverter + palette di prerotazione. All avviamento i cuscinetti attivano il campo magnetico e l albero inizia a girare lentamente, annullando completamente gli spunti elettrici. Una batteria tampone mantiene in funzione il campo magnetico in caso d interruzione della rete, in modo che l albero non ricada sui suoi supporti quando ancora sta girando velocemente. Il primo prototipo costruito è stato un gruppo frigorifero condensato ad acqua, dove sono stati utilizzati diversi tipi di evaporatore, sia a secco che allagati. Alla fine è stato scelto l evaporatore ideale, costruito appositamente per RC GROUP da un suo Partner. Contemporaneamente sono stati provati vari tipi di economizzatore e sono stati testati i software di controllo del compressore e della valvola termostatica elettronica. Poi il costruttore di compressori ha fornito alcuni modelli adatti per la condensazione ad aria: da qui è nato SILVER BULLET. Un gran lavoro è stato fatto per ottimizzare la geometria e la circuitazione delle batterie condensanti. I risultati ottenuti sono ottimi. Dopo le prove in laboratorio, sono cominciate le prove in campo I RISULTATI DELLE PROVE ore di funzionamento forse non sono sufficienti per dare un giudizio completo, ma sicuramente sono abbastanza per dare un idea delle possibilità di questo nuovo compressore. Ne sono bastate molto meno per capire che il prodotto è SilverBullet: The RC GROUP To produce its SILVER BULLET, RC GROUP carried out a research among the compressors manufacturers to find out the most developed compressor produced with Oil-Free technology. RC GROUP choice has been a small size, 270 kw, Canadian compressor, about to be put on the market also with more powerful models. RC GROUP has been the first company to test it in Europe, having the tests already been started in November This compressor is characterized by the magnetic levitation bearing system. The compressors shafts and impellers levitate during rotation and float on a magnetic field, produced by bearings. Two radial and an axial magnetic bearings are used. The system is controlled by feedback sensors that can measure in real time the deviations of the shaft from correct working points. When stopped, the shaft is supported by rests made of carbon composite material. This makes it possible to work at a high number of revolutions (more than 40,000 rpm), so as to consistently reduce the dimensions of the impeller and the whole compressor. The weight is limited to 120 kg, against 700 kg and more typical of a screw compressor with the same capacity. The capacity control is assured by an inverter + prerotation blade system. At the start-up, the bearings activate the magnetic field and the shaft starts revolving slowly, thus zeroing the starting current. A buffer battery maintains the magnetic field in case of mains failure, so that the shaft does not fall on its supports while it is still revolving at high speed. The first prototype to be produced was a water-cooled liquid chiller where different kinds of evaporators were used, both dry and flooded. Finally the ideal evaporator was found. It was produced for RC GROUP by one of its Partner s. In the meantime both different economizer kinds and control software for compressor and electronic thermostatic valve were tested. Afterward the compressors manufacturer supplied some suitable models for air-cooling, thus giving birth to SILVER BULLET. A demanding job was made to optimize the condensing coils design and circuits. The achieved results are excellent. After the tests in laboratory, also the test on site started. TEST RESULTS Maybe 7,000 working hours are not enough to express and exhaustive opinion, but they are surely enough to present the possibilities of this new compressor. It required less time to understand that the product is valid, but not as easy as a scroll compressor. Besides the problems connected to the use of an inverter (filtering is required to prevent electromagnetic

5 valido, ma non facile quanto uno scroll. Al di là dei problemi connessi all utilizzo dell inverter (necessità di filtraggio per evitare fenomeni di disturbo elettromagnetico), è stato subito evidente come le prestazioni energetiche, soprattutto in parzializzazione, fossero fortemente influenzate dagli altri componenti del circuito, in particolare dagli scambiatori. La mancanza d olio nel circuito permette una sostanziale riprogettazione sia delle tubazioni che degli scambiatori, in particolare delle batterie condensanti. Durante le prove sono state utilizzate varie soluzioni, con scambiatori dal disegno diverso, evaporatori a secco ed allagati, valvole termostatiche sia elettroniche che meccaniche. Inoltre, essendo il compressore a due stadi, è possibile utilizzare anche degli economizzatori. A seconda della tipologia dei componenti le prestazioni possono migliorare anche del 30%, rispetto a sistemi ottimizzati per compressori diversi. L efficienza raggiunta in parzializzazione è stata molto incoraggiante (in alcune situazioni si sono registrati dei valori in doppia cifra!), a fronte di un affidabilità sicuramente incoraggiante per un prodotto non ancora di larga serie. disturbances), we have realized that the energy performance, especially in partial load operation, has been deeply affected by the other components of the circuit, in particular by exchangers. The lack of oil in the circuit allows a substantial redesigning of both piping and exchangers, in particular of condensing coils. A variety of solutions has been used during the tests, with exchangers featuring a different design, dry and flooded evaporators, electronic and mechanical thermostatic valves. Furthermore, in the presence of a two-stage compressor, economizers can also be used. According to the type of components, the performance may improve also by 30%, compared to systems optimized for different compressors. The efficiency reached in partial load operation is very promising (two-digit values have been recorded in a few situations!), with a reliability that seems to be heartening for a product still far from mass production. Grafico comparativo dell efficienza energetica (EER) tra un chiller con compressore a vite e SilverBullet Comparison diagram of the energy index (EER) between a screw chiller and SilverBullet EER % CARICO / LOAD Chiller a vite Screw chiller IPLV = 4,9 SilverBullet IPLV = 7,7 IPLV: Indice energetico (Integrated Partial Load Value) secondo ARI STANDARD 550/590. IPLV: Energy index (Integrated Partial Load Value) according to ARI STANDARD 550/590. SILVER BULLET non è un statico, ma un prototipo perfettamente funzionante, già operativo in 3 installazioni critiche. ECCEZIONALI PRESTAZIONI ACUSTICHE Di sicuro l aspetto più interessante riguarda il rumore e le vibrazioni. Il livello di potenza sonora è almeno 10 db(a) inferiore rispetto ad un vite di taglia uguale. Per quanto riguarda la trasmissione delle vibrazioni basta un solo dato: i compressori sono dotati di giunti antivibranti con lo scopo di difendere il compressore, isolandolo dalle vibrazioni trasmesse al chiller dall impianto! SILVER BULLET is not a static, but a perfectly running prototype, already working in three critical applications. EXCELLENT NOISE PERFORMANCES Of course the most interesting aspect concerns noise and vibration. The sound power level is at least 10 db(a) lower than a screw compressor of the same size. As for the vibration transmission, a single datum is sufficient: the compressors are equipped with antivibrating joints, so as to protect the compressor and isolate it from the vibration transmitted to the chiller by the plant!

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