POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY AUTOMATYKA CHŁODNICZA Temat : Racje techniczne i energetyczne stosowania płynnej regulacji wydajności chłodniczej w chłodziarkach domowych Autor : Marcin Beczek
Zawartość : Wstęp ( urządzenie chłodnicze? ) Współpraca sprężarki z parownikiem Podział sposobów regulacji Wpływ zmniejszenia wydajności na moc efektywną sprężarki Podsumowanie Wstęp : Urządzenia chłodniczego charakteryzuje się zmiennością parametrów pracy zadaniem urządzenia jest odprowadzenie ciepła od danego obiektu chłodniczego w określonym czasie lub w sposób ciągły i przekazywanie tego ciepła przez skraplacz do otocznia. Aby spełnid swoje zadanie urządzenie chłodnicze musi posiadad odpowiednią wydajnośd chłodniczą dobraną do konkretnych potrzeb. Wydajność chłodniczą - wydajność sprężarki, obsługującej dany obiekt chłodniczy, przy ściśle określonych temperaturach parowania i skraplania.
Obciążenie cieplne w większości urządzeń podlega znacznym wahaniom, a między innymi: Różnicą temperatur otoczenia pomiędzy dniem a nocą, Różnicą temperatur podczas ich eksploatacji w porze zimowej i letniej, ma znaczne różnice w stratach przenikania ciepła przez przegrody budowlane, co związane jest ze zmianami obciążenia cieplnego, Różnicą w zapełnianiu komór chłodniczych towarami oraz ich temperaturą podczas załadunku, Różnicą wykorzystania pomieszczeń w okresie tygodnia roboczego oraz w dni świąteczne. WSPÓŁPRACA SPRĘŻARKI Z PAROWNIKIEM :
W punktach przecięcia charakterystyk pokazanych na, zachodzi równowaga między wydajnością sprężarki, skraplacza i parownika. Są to punkty pracy urządzenia chłodniczego podczas jego działania w okresie letnim i zimowym. Z ich położenia wynika, że zapotrzebowanie na wydajność chłodniczą wynoszące w lecie Q0 spadnie w zimie do Q0. Obniży się przy tym temperatura w komorze, od tr do t R. Podział ze względu na płynność regulacji: -regulacja ciągła -regulacja skokowa Nie wszystkie sposoby regulacji nadają się do wszystkich typów sprężarek Regulacja skokowa : Okresowe wyłączenie sprężarki z ruchu, Wyłączenie poszczególnych cylindrów sprężarki Stosowanie silników wielobiegowych Stosowanie automatycznych zaworów upustowych Okresowe połączenie cylindra sprężarki z dodatkową przestrzenią szkodliwą
Ciągła regulacja : Płynna zamiana prędkości obrotowej silnika sprężarki Dławienie zasysanej pary czynnika w specjalnym zaworze Upust czynnika ze strony tłocznej na stronę ssawną Zmiana objętości przestrzeni szkodliwej Automatyczne otwieranie zaworów ssawnych w czasie części suwu sprężania Zmiana prędkości obrotowej sprężarki teoretycznie najbardziej korzystny sposób regulacji wydajności możliwa przy zastosowaniu silników prądu stałego lub specjalnych układów elektronicznych w silnikach prądu zmiennego umożliwiała regulację wydajności sprężarki tylko do 40% wartości nominalnej. Automatyka : W przewodzie ssawnym należy umiesić przekaźnik ciśnieniowy, którego impulsy służą do regulacji prędkości obrotowej silnika napędzającego
W systemie tym zmniejszeniu wydajności chłodniczej, przy stałej temperaturze środowiska chłodniczego, towarzyszy wzrost temperatury parowania czynnika. Zmiana objętości przestrzeni szkodliwej Objętość przestrzeni szkodliwej ma wpływ na stopień dostarczania sprężarki.(zwiększając objętość tej przestrzeni można wpływać na wydajność chłodniczą bez zmian temperatury środowiska chłodniczego)
Automatyka : Polega na zastosowaniu czujnika, który pod działaniem np. ciśnienia parowania, wpływa na położenie pomocniczego tłoka regulującego objętość dodatkowej przestrzeni szkodliwej Pomocniczy tłok, przesuwa się automatycznie, zmniejszając objętość dodatkowej przestrzeni szkodliwej,dzięki czemu istnieje możliwość zmiany wydajności sprężarki od znamionowej do zera.
Regulacja przez upust czynnika ze strony tłocznej na ssawną Przy pracy w wydajnością nominalną cewka elektromagnetyczna nie jest zasilana prądem. Sprężona para czynnika chłodniczego przepływa przez zawór regulacyjny do komory tłocznej. Podczas pracy przy częściowym obciążeniu cewka elektromagnetyczna zostaje pobudzona i dzięki czemu czynnik przepływa przez zawór główny z powrotem na stronę ssawną. Przepływ taki jest ekonomiczny, gdyż płyn roboczy z odciążanego cylindra kierowany jest na stronę ssawną bez sprężania. Silnik w cylindrze wykona tylko pracę biegu jałowego pokonując siły tarcia i bezwładności. Stosowana jest najczęściej w agregatach chłodniczych instalowanych między innymi w kontenerach Gdy obciążenie parownika obniży się, spada w nim jednocześnie ciśnienie, stanowiące sygnał do otwierania się zaworu. Część przegrzanych par czynnika z kolektora tłocznego jest dławiona do ciśnienia ssania i mieszana z zimnymi.
Regulacja wydajności chłodniczej w chłodziarkach domowych Zatrzymanie i uruchomienie sprężarki Urządzenie sterujące składa się wyłącznika niskiego ciśnienia (presostatu) połączonego z przewodem ssawnym sprężarki lub termostatu, którego czujkę umieszcza się w pomieszczeniu chłodniczym.
Termostat : Niepożądanemu podnoszeniu się temperatury w lodówce zapobiega zainstalowany w niej termostat, który włącza agregat, gdy temperatura podnosi się i wyłącza go, gdy za bardzo spada. Tym samym powoduje, że lodówka nie pracuje na okrągło, przez co zmniejsza się zużycie energii elektrycznej. Zasada działania termostatu Po przekroczeniu przez temperaturę T1 progu temperatury zadanej Tz następuje załączenie przekaźnika. Po obniżeniu temperatury T1 do wartości Tz Th następuje wyłączenie przekaźnika aż do ponownego wzrostu temperatury powyżej Tz gdzie następuje ponowne załączenie przekaźnika.
Podsumowanie : Gdyby urządzenia chłodnicze nie posiadały regulacji wydajności to wraz ze spadkiem obciążenia cieplnego spadała by temperatura w komorze chłodniczej nawet o kilka stopni, co jest negatywnym skutkiem, ponieważ w pomieszczeniu klimatyzowanym chcemy mieć temperaturę 18 C plus minus 1 C, a w chłodni bananów 13 C plus minus 0,1 C. Dlatego regulacja wydajności jest potrzebna we wszystkich urządzeniach chłodniczych. Dla tej wielkości regulację wydajności zapewnia się poprzez odpowiednie zaprojektowanie całego urządzenia chłodniczego, np. wyposażenie go w termostat, który to w zależności od obciążenia będzie włączał i wyłączał sprężarkę. Płynna regulacja wydajności poprawia parametry techniczne powietrza w pomieszczeniu jak również powoduje znaczne obniżenie kosztów eksploatacyjnych. Regulacja niesie także niekorzystne skutki i zagrożenia dla sprężarki miedzy innymi: - rozwarstwianie się olejów - pienienie się oleju, - możliwość wystąpienia uderzenia hydraulicznego, - problemy z powrotem oleju do sprężarki z układu.
Domowe urządzenie chłodnicze Regulacja wydajności jest niezbędna zawsze i w każdym urządzeniu chłodniczym, ze względu na to że urządzenia te muszą utrzymać zadane parametry w każdych warunkach (przy różnych obciążeniach cieplnych). Główną metodą regulacji wydajności w tych urządzeniach jest zatrzymanie i uruchamianie sprężarki, rzadziej ale również stosowaną metodą jest regulacja prędkości obrotowej, jest to rozwiązanie drogie i skomplikowane. W urządzeniach tej wielkości stosowane są najczęściej sprężarki tłokowe lub spiralne ( są to sprężarki bez regulacji wydajności ) W urządzeniach o wydajności 5 do 10 kw regulacja ta jest realizowana, poprzez odpowiednio zaprojektowane całe urządzenie, cały układ (np. przez zamontowanie termostatu, który będzie okresowo włączał i wyłączał sprężarkę w zależności od obciążenia komory chłodniczej).