1 - Patrz.pl
advertisement
2. Wybrane zagadnienia z podstaw wymiany ciepła. a) Przewodzenie ciepła – proces wymiany ciepła między ciałami o różnej temperaturze pozostającymi ze sobą w bezpośrednim kontakcie. Proces prowadzi do wyrównania temperatury między ciałami. Ciepło płynie tylko wtedy, gdy występuje różnica temperatur, w kierunku od temperatury wyższej do temperatury niższej. Ilość energii przekazanej przez jednostkę powierzchni w jednostce czasu jest proporcjonalna do różnicy temperatur Dla ustalonego przepływu ciepła przez ścianę płaską, po scałkowaniu, równanie Fouriera przyjmuje postać: gdzie: ∆T - różnica temperatur po obu stronach przewodnika ciepła d - grubość ścianki przewodnika ciepła Q - natężenie przepływu ciepła (ilość ciepła wymieniona w jednostce czasu) λ - współczynnik przewodzenia ciepła A - powierzchnia wymiany ciepła Przewodzenie ciepła jest jednym z trzech rodzajów cieplnego przepływu energii. b) Przejmowanie ciepła Wymiana ciepła przez konwekcję jest związana z ruchem płynu jako ośrodka przenoszącego ciepło. Przejmowanie ciepła to zjawisko wymiany ciepła między powierzchnią ciała stałego, a opływającym ją płynem. Konwekcja – proces przekazywania ciepła związany z makroskopowym ruchem materii w płynie; gazie, cieczy bądź plazmie, np. powietrzu, wodzie, plazmie gwiazdowej. Czasami przez konwekcję rozumie się również sam ruch materii związany z różnicami temperatur, który prowadzi do przenoszenia ciepła. Ruch ten precyzyjniej nazywa się prądem konwekcyjnym. c) Przenikanie ciepła Przenikanie to przenoszenie ciepła przez przegrodę. Zjawisko przenikania obejmuje przejmowanie ciepła z jednego ośrodka, przewodzenie przez przegrod ę i przejmowanie ciepła przez drugi ośrodek. Ciepło przenika przez ścianę z ośrodka o temperaturze wyższej tz1 do ośrodka o temperaturze niższej tz2 1 Wzór na obliczanie strumienia ciepła przenikającego przez przegrodę ma postać: q = k*Δt gdzie k to współczynnik przenikania ciepła, a Δt = tz1-tz2 Natężenie strumienia cieplnego po lewej stronie wynosi: q = α1(tz1-tw1) α1-opór cieplny ośrodka cieplejszego (konwekcyjny) tz1- temperatura ośrodka cieplejszego tw1- temperatura przy powierzchni przegrody ta sama ilość jest przewodzona przez przegrodę q = λ/δ(tw1-tw2) i jest przenoszona po prawej stronie q = α2(tw2-tz2) po przemnożeniu otrzymuje się : a) q/α1 = tz1-tw1 to tw1= tz1 - q/α1 b) q *δ/λ= tw1-tw2 c) q/α2= tw2-tz2 to tw2= tz2 - q/α2 po podstawieniu a i c do b otrzymujemy: q *δ/λ= tz1 - q/α1- tz2 - q/α2 2 po uporządkowaniu: q/α1 + q *δ/λ + q/α2 = tz1 - tz2 q = (tz1 - tz2) / (1/α1 + δ/λ + 1/α2 ) współczynnik 1/ (1/α1 + δ/λ + 1/α2 ) jest nazywany współczynnikiem przenikania ciepła i jest oznaczany literą k, ma wymiar [W/m2K]. Dla ścian i dachów k<=0.3. d) Współczynnik przenikania ciepła (U, również (zwłaszcza dawniej) - k) - współczynnik określany dla przegród cieplnych, szczególnie w budownictwie, umożliwiający obliczanie ciepła przenikającego przez przegrodę cieplną, a także porównywanie własności cieplnych przegród budowlanych. Ciepło przepływające przez przegrodę wyznacza wzór: Z tego wynika: gdzie: Q - ilość przepływającego ciepła w jednostce czasu (moc cieplna), U - współczynnik przenikania ciepła, S - powierzchnia przegrody, ΔT - różnica temperatur po obu stronach przegrody. Współczynnik przenikania ciepła jest odwrotnością współczynnika oporu cieplnego: gdzie: RT: współczynnik oporu cieplnego [m²K/W] 2. Budowa i zasada działania sprężarkowego urządzenia chłodniczego (SUCH). Chłodziarka sprężarkowa Najprostszy układ chłodniczy następujących elementów: składa się z 1. skraplacza, 2. elementu dławiącego (w urządzeniach domowych rolę tę pełni rurka kapilarna), 3. parownika. 3 4. sprężarki. W parowniku, który jest umiejscowiony w środowisku chłodzonym, panuje niskie ciśnienie więc i temperatura. Znajdujący się tam czynnik chłodniczy wrze, intensywnie odbierając ciepło. Następnie jest zasysany i sprężany przez sprężarkę po czym trafia do skraplacza, gdzie pod wysokim ciśnieniem ulega skropleniu. Ciekły czynnik o temperaturze wyższej od temperatury otoczenia trafia do elementu dławiącego, ponieważ jego ciśnienie musi zostać obniżone do ciśnienia panującego w parowniku. Podczas dławienia część czynnika odparowuje powodując spadek temperatury pozostałej cieczy. Zimna mieszanina cieczowo-parowa trafia do parownika i cykl się powtarza. Budowa i zasada działania sprężarkowej pompy ciepła (SPC). Działanie pompy ciepła przedstawia rysunek: W obiegu zamkniętym krąży czynnik chłodniczy, który pobiera ciepło z powietrza, wody lub gruntu (dolne źródło ciepła), odparowuje i oddaje ciepło poprzez wymiennik (górne źródło ciepła) wodzie lub powietrzu. Zmiany faz zachodzą w parowniku i skraplaczu, rozprężanie w zaworze, sprężanie w sprężarce. Temperatura, jaką osiąga czynnik nie przekracza 55°C i do skutecznego przekazania energii do ogrzewanych pomieszczeń stosuje się źródła ciepła niskotemperaturowe (ogrzewanie powietrzne, podłogowe, grzejniki konwektorowe...). Pompa ciepła pracując na zasadzie obniżania temperatury dolnego źródła i podnoszenia temperatury górnego źródła, pozwala na odwrócenie procesu, co w efekcie daje możliwość klimatyzacji pomieszczeń w okresie letnim. Najczęściej stosowanymi dolnymi źródłami ciepła są: 4 - gruntowa instalacja pozioma, - gruntowa instalacja pionowa, - zbiorniki wodne, - woda głębinowa. Pompa ciepła jest urządzeniem grzewczym, którego zadaniem jest przekazywanie ciepła do środowiska ogrzewanego zwanego górnym źródłem ciepła (np. do powietrza w pomieszczeniu, bądź do ciepłej wody użytkowej). W tradycyjnych układach wykorzystywanych w ogrzewnictwie, doprowadzona do nich energia (np. w postaci energii chemicznej zawartej w paliwie, albo energii elektrycznej) jest z pewną sprawnością zamieniana na ciepło do ogrzewania. Natomiast pompa ciepła, dzięki dostarczeniu energii napędowej, umożliwia transport ciepła z niższego poziomu temperaturowego na wyższy. Transport ciepła w sprężarkowej pompie ciepła jest możliwy dzięki realizacji lewobieżnego, parowego obiegu Lindego. Zasada działania tego urządzenia jest więc identyczna, jak w przypadku każdego sprężarkowego urządzenia chłodniczego. Analogiczna jest też budowa układu (rys. 1). Na strumień ciepła przekazywany ze skraplacza do górnego źródła ciepła składa się strumień ciepła odebrany przez czynnik chłodniczy w parowniku ze źródła dolnego, powiększony o cieplny ekwiwalent mocy napędowej niezbędnej do pracy urządzenia. W przypadku sprężarkowej pompy ciepła, moc napędowa P jest dostarczana do silnika sprężarki pod postacią strumienia energii elektrycznej. 4. Cechy obiektów wyposażonych w instalacje grzewcze, chłodnicze i klimatyzacyjne (typowe zakłócenia) Wskaźnik sezonowego zapotrzebowania na ciepło E- jest to zapotrzebowanie energii do ogrzewania w standardowym sezonie grzewczym w odniesieniu do 1 m2 powierzchni ogrzewanej [kWh/m2rok]. Określa ile rzeczywiście energii będzie zużywał budynek w trakcie eksploatacji podczas standardowego (przeciętnego) sezonu grzewczego. Wskaźnik powierzchniowy- jest to zapotrzebowanie na strumień ciepła (moc cieplną), w odniesieniu do 1 m2 powierzchni. Określa jaką moc musi zapewnić system grzewczy dla ogrzania budynku przy szczególnie niskich- obliczeniowych temperaturach zewnętrznych. 5. Zasady opracowywania bilansów cieplnych i ich konsekwencje dla kompletacji podstawowych elementów urządzenia: 5 - elementy typowego bilansu cieplnego dla komory chłodniczej Qd - ciepło przenikające przez ściany, sufit i podłogę komory chłodniczej, Qw - ciepło odprowadzane od chłodzonego towaru, QL - ciepło oddane przez powietrze, które zostało wprowadzone do komory w sposób niezamierzony, czyli np. przez otwarte drzwi, Qv - ciepło związane z pracą wentylatora chłodnicy powietrza, Qah - ciepło wydzielane podczas przeprowadzania procesu odszraniania, QMa - ciepło pochodzące od oświetlenia, maszyn oraz podobnych urządzeń znajdujących się w chłodni, QMe - ciepło wydzielane przez ludzi, QS - dodatkowa założona wcześniej ilość ciepła na wypadek gdyby nastąpiły jakieś nieprzewidziane zmiany obciążenia komory chłodzonej. Zatem bilans chłodni ma następującą postać: Q=Qd+Qw+QL+Qv+Qah+QMa+QMe+QS [Wh] Obciążenie cieplne komory chłodniczej jest wyznaczane jako dobowe, czyli dla 24 godzin. - zasady komplementacji podstawowych elementów urządzenia chłodniczego Bilans cieplny opiera się na 1-szej i 2-giej zasadzie termodynamiki. W każdym przypadku kiedy jesteśmy zmuszeni go sporządzić powinniśmy trzymać się dwóch podstawowych zasad. Bilans sporządzamy przy założeniu, że: 1. na zewnątrz chłodni panują najwyższe temperatury otoczenia (lato); 2. komora chłodnicza jest maksymalnie obciążona (całkowite wypełnieni komory towarem oraz maksymalny czas pracy komory). 6 Przez większość czasu użytkowania instalacji sprężarka skraplacz i parownik są przewymiarowane (stąd też potrzeba zastosowania automatyki chłodniczej w celu zachowania stabilności pracy układu). - niestabilne warunki pracy urządzenia i celowość regulacji jego wydajności a. Cele procesu regulacji urządzeniach chłodniczych W urządzeniach chłodniczych regulacje stosuje się po to, żeby osiągnąć wymagane parametry w przestrzeni chłodzonej przy zachowaniu stabilnej pracy układu i to wszystko musi się odbywać niezależnie od warunków zewnętrznych i wewnętrznych oddziałujących na wszystkie elementy wchodzące w skład instalacji. b. Cel regulacji temperatury? Regulacji temperatury dokonuje się po to żeby: - wszystkie procesy związane z utrwalaniem produktów przez obniżanie ich temperatury zachodziły w optymalnych dla danego produktu warunkach. Tzn. po to żeby maksymalnie wydłużyć czas przechowywania produktu przy jak najmniejszym obniżeniu jakości tego produktu w odniesieniu do jego stanu początkowego (przed schładzaniem, zamrażaniem itp.); Bilans energetyczny urządzenia chłodniczego Podstawowa zasada bilansu energetycznego: wydajność chłodnicza ≥ obciążenie cieplne Obciążenie cieplne jest to suma wszystkich zysków i strat cieplnych obiektu chłodniczego, a są to: - ciepło przenikania przez przegrody izolowane i mostki cieplne, - ciepło wprowadzone do pomieszczenia przez powietrze wentylacyjne i wnikające do pomieszczeń chłodzonych przez drzwi i różne otwory, - ciepło wychładzania i zamrażania towarów, - ciepło oddychania produktów ‘żywych’ (owoców i warzyw), - ciepło oddawane do otoczenia przez pracujące maszyny (np. wentylatory, pompy), oświetlenie oraz ludzi, - ciepło dostarczone do chłodnic podczas odtajania. Wydajność chłodnicza – (moc) wydajność sprężarek chłodniczych obsługujących dany obiekt chłodniczy, przy ściśle określonej temperaturze parowania i temperaturze skrapiania, uwzględniającej spadki ciśnień w rurociągach. 6. Wpływ podstawowych parametrów na działanie urządzenia chłodniczego i pompy ciepła: - wpływ zmian ciśnienia skraplania, - wpływ zmian ciśnienia parowania. 7 Wpływ ciśnienia skraplania na sprawność układu chłodniczego: Podwyższenie ciśnienia skraplania skutkuje nieefektywną pracą całego urządzenia chłodniczego, bowiem powoduje zwiększenie zapotrzebowania na energię napędową. Ponadto prowadzi do przyspieszonego zużycia (większa rozpiętość wartości ciśnień roboczych bardziej obciąża sprężarkę). Znaczne obniżenie ciśnienia skraplania i odzysk tylko samego ciepła przegrzania korzystnie wpływa na warunki pracy urządzenia chłodniczego i obniża jego energochłonność. 7. Zadania i klasyfikacja elementów automatyki do zasilania parowników działania + budowa + zastosowanie ): ( zasada - termostatyczny zawór rozprężny ( regulator typu P ), - modulacyjny zawór rozprężny typu ON/OFF, - przykłady zastosowań w urządzeniach chłodniczych i pompach ciepła. Klasyfikacja: - rurka kapilarna jako element rozprężny o stałym przekroju - presostatyczne zawory rozprężne - termostatyczne zawory rozprężne Termostatyczny zawór rozprężny (TZR) jest regulatorem bezpośredniego działania o prawie prostoliniowym przebiegu charakterystyki statycznej. Jego zadaniem jest maksymalne 8 wykorzystanie powierzchni parownika, z zapewnieniem utrzymania określonego przegrzania par, bez względu na wahania jego obciążenia cieplnego. Jako regulator proporcjonalny, charakteryzuje się obecnością stałego uchybu między wartością rzeczywistą wielkości regulowanej i jej wartością zadaną. Przykład działania tego typu regulatora Rys. Przebieg regulacji proporcjonalnej wraz ze schematem regulatora typu P 1- wrzeciono zaworu 2- popychacz 3- mieszek 4- czujnik y- położenie grzybka zaworu w zaworze nastawczym x(t)- temperatura w pomieszczeniu chłodzonym W chwili 0 pojawia się zakłócenie obciążenia cieplnego istniejącą Q 0 w obiekcie. Po pewnym okresie, zależnym od opóźniającego oddziaływania q0 ponad wartość dotychczas instalacji w pomieszczeniu chłodzonym, co ma miejsce w chwili wartości zadanej, przekazywane jest przez 1 . Odchylenie x(t) od czujnik TZR-u do elementu porównującego, wymuszającego ruch grzybka od jego położenia wyjściowego y0 , zajmowanego przed 9 pojawieniem się wielkości zakłócającej, co w efekcie powoduje wzrost natężenia przepływu czynnika chłodniczego, dostarczanego do parownika. W regulatorze proporcjonalnym typu wartość y jest proporcjonalna do przyrostu ciśnienia czujniku, stąd y k1 x (t ) Termostatyczny zawór rozprężny reguluje natężenie przepływu czynnika chłodniczego do parownika tak, aby w miejscu zainstalowania jego czujnika temp. przegrzania Tp , niezależnie od chwilowych zmian obciążenia cieplnego wymiennika wyrównała się wartości zadanej, zwykle od 5 do 7K. Zawór ten nie utrzymuje stałego ciśnienia parowania, jak również stałej temp. w obiekcie chłodzonym. Jest stosowany w instalacjach z jednym i z wieloma parownikami, podłączonymi do wspólnego przewodu ssawnego. Zasada działania i budowa TZR Do zaworu rozprężnego dopływa przechłodzony czynnik chłodniczy w stanie ciekłym. W trakcie przepływu przez zawór następuje skokowy spadek ciśnienia od pk do p0, wskutek czego część czynnika odparowuje, obniżając temp. do wartości T0. Proces ten zachodzi przy stałej entalpii właściwej. Opór przepływu przez zawór nie dopuszcza do spadku ciśnienia po stronie tłocznej urządzenia. Rys. Schemat ideowy termostatycznego zaworu rozprężnego Ciekły czynnik chłodniczy dopływa przez filtr 6 do przestrzeni pod iglicą 3. Położenie iglicy zamykającej dyszę zależy od sumy sił P1 i P2, P3 działających na membranę (mieszek) 2. Ruch membrany przekazywany jest na iglicę poprzez popychacz. Naprężenie sprężyny 4 regulowane jest za pomocą śruby nastawczej 5. Czujnik zaworu 8 połączony jest z rurką kapilarną 7 z przestrzenią nad membraną. 10 Znajdują zastosowanie w instalacjach z jednym lub kilkoma obiegami chłodniczymi jak zamrażarki, instalacje głęboko mrożące, urządzenia do schładzania mleka, schładzacze cieczy, urządzenia klimatyzacyjne, chłodnie oraz pompy ciepła. Można stosować w układach dla pojedynczego i wielopunktowego wtrysku, przy małych i dużych oporach, dla wszystkich rodzajów rozdzielaczy cieczy. Termostatyczne Zawory Rozprężne ze stałą dyszą mają zastosowanie w seryjnej produkcji urządzeń. Typowym przykładem zastosowania są pompy ciepła, chillery, komory chłodnicze, zamrażarki, urządzenia do głębokiego mrożenia, wytwornice lodu/lodów, kompaktowe urządzenia do chłodzenia i klimatyzacji. 8. Termostatyczny zawór rozprężny ( TZR ): - pojęcie minimalnego sygnału stabilnego ( MSS ), Parownik osiąga maksymalną wydajność chłodniczą przy przegrzaniu równym 0 K. Praktycznie jednak w każdym parowniku nie można przekroczyć pewnego minimalnego przegrzania, aby panująca w nim minimalna temperatura nie stała się niestabilna. Ta charakterystyczna wielkość nosi nazwę MSS (Minimal Stable Signal). W parowniku musi więc być osiągane przegrzanie większe od sygnału MSS. Optimum przegrzania znajduje się zwykle przy około 0,65Δt, gdzie Δt jest różnicą między temperaturą w komorze i temperaturą parowania czynnika chłodniczego. - charakterystyka statyczna zaworu, - kryterium stabilności: parownik – TZR, 11 - TZR z wewnętrznym i zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia Wewnętrzne TZR z wewnętrznym wyrównaniem ciśnienia Jego zasada działania określona jest wzajemnym współudziałem trzech sił pochodzących od: F1- ciśnienia panującego w zespole czujnika p1, zależnego od jego temperatury i napełnienia, działającego na membranę jako siła otwierająca zawór F0- ciśnienia p0A, na wlocie do parownika, które działa na membranę jako siła zamykająca F2- siły od napięcia sprężyny regulacyjnej, działającej także w kierunku zamykania zaworu Dopóki te trzy siły znajdują się w równowadze, stan otwarcia zaworu nie zmienia się. Jeżeli jednak czujnik się ogrzeje, co nastąpi gdy do parownika dostarczona zostanie zbyt mała ilość ciekłego czynnika chłodniczego, wówczas panujące w nim wyższe ciśnienie zadziała przez membranę w kierunku większego otwarcia zaworu. Wolny przekrój między iglicą i dyszą powiększy się i do parownika wtryśnięta zostanie większa porcja czynnika. Podobne działanie tego regulatora zostanie wywołane obniżeniem się ciśnienia parowania p0. Z kolei obniżająca się temperatura czujnika i rosnące ciśnienie parowania spowodują przesunięcie iglicy zaworu w kierunku zamykania jego przelotu. Gdy po osiągnięciu ustawionej temperatury w komorze chłodniczej sprężarka zostanie zatrzymana, wtedy ciśnienie parowania p0 szybko rośnie na skutek braku odsysania par z parownika i omawiany zawór zamyka się. Po ponownym uruchomieniu sprężarki zawór ponownie się otwiera, po obniżeniu się ciśnienia p0. Jak z powyższego widać, ciśnienie w zespole czujnika oraz ciśnienie parowania działają na organ 12 porównujący regulatora jednocześnie i bezpośrednio. Określają one stan otwarcia iglicy zaworu w zależności od aktualnego poziomu napełnienia parownika i powodują możliwie najlepsze wykorzystanie jego powierzchni. Podczas pracy urządzenia iglica zaworu znajduje się w ciągły ruchu i rzeczywiste przegrzanie w miejscu zamocowania czujnika waha się wokół wartości nastawionej za pomocą sprężyny regulacyjnej. Jest oczywiste, że im mniejsze są odchylenia od zadanej wartości tej wielkości, tym korzystniejsza jest regulacja zasilania parownika takim regulatorem. Nacisk sprężyny regulacyjnej określa, przy jakiej różnicy między ciśnieniem w zespole czujnika i ciśnieniem parowania, a więc przy jakim przegrzaniu statycznym, zawór zacznie się otwierać. Generalnie można stwierdzić, że wielkość przegrzania odpowiada stopniowi wykorzystania parownika. Im silniej dociśnięta jest sprężyna regulacyjna, tym wyższa musi być temperatura czujnika( przegrzanie par czynnika na wylocie z parownika) dla otwarcia zaworu, i tym mniejsza powierzchnia parownika jest efektywnie wykorzystywana w procesie odparowywania czynnika niskowrzącego, stąd też należy dążyć do pracy z możliwie małym przegrzaniem. Istnieją jednak pewne ograniczenia w tym zakresie, wynikające z konieczności uniknięcia niebezpieczeństwa spływania ciekłego czynnika do sprężarki. Wielkość przegrzania zależy od konstrukcji parownika, różnicy temperatur między temperaturą w komorze i temperaturą parowania t0 (która nie może być wyższa od temperatury w komorze) oraz od czułości progowej zaworu. Zewnętrzne Badając rozkład ciśnienia w parowniku można stwierdzić, że wraz ze zwiększaniem odległości jego przewodów rosną w nim opory przepływu, a zatem powiększa się spadek ciśnienia, czyli różnica między ciśnieniem parowania na początku parownika p0A i na jego końcu p0E. Ten spadek ciśnienia prowadzi do obniżenia się temperatury parowania t0 w końcowej części rur parownika. Przy zastosowaniu w takim przypadku TZR-u z wewnętrznym wyrównaniem ciśnienia na jego membranę działa większe ciśnienie p0A. W związku z tym dla otwarcia zaworu wymagane jest przez to większe ciśnienie w zespole czujnika (większe przegrzanie). Skutkiem tego strefa przegrzewania par w parowniku ulega zwiększeniu, a to powoduje że przestaje on być w pełni efektywnie wykorzystany. Zastosowanie TZR z wewnętrznym wyrównaniem ciśnienia w przypadku parowników charakteryzujących się dużymi oporami przepływu (spadkami ciśnienia) jest ekonomicznie nieuzasadnione. 13 TZR z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia Jeżeli jednak doprowadzić pod membranę niższe ciśnienie z końca parownika p0E, wówczas nastąpi większe otwarcie zaworu i więcej czynnika chłodniczego wpłynie do tego wymiennika. W efekcie tego strefa przegrzania znów będzie odpowiadać wartości nastawionej za pomocą sprężyny regulacyjnej i powierzchnia parownika zostanie efektywniej wykorzystana dla procesu odparowania. Zasilanie parownika wężownicowego TZRem z wyrównaniem ciśnienia a)zewnętrznym b) węwnętrznym Ponieważ ciśnienie p0E z końca parownika przekazywane jest do korpusu zaworu przez przewód impulsowy (wyrównujący ciśnienie), stąd też nazywany jest on TZR z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia. Zasada jego działania jest identyczna jak TZR-u z wewnętrznym wyrównaniem ciśnienia. Ten typ termostatycznego zaworu rozprężnego należy stosować 14 wówczas gdy spadek ciśnienia na parowniku przekracza wartość 0.2 bar. Producenci parowników zwykle podają, przy jakiej ich wielkości należy zastosować TZR z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia. Zawsze jednak należy to uczynić w przypadku: parownika o wielopunktowym wtrysku realizowanym przez rozdzielacz cieczy przewodów rurowych parownika dłuższych niż 30 metrów Przy wyborze TZR należy zwracać szczególną uwagę na to, aby wymagana wydajność chłodnicza parownika leżała w granicach wydajności zaworu. W przypadku komór zamrażalniczych i szybkiego (szokowego) zamrażania, temperatura parowania a wraz z nią wydajność chłodnicza zmieniają się w szerokim zakresie. Termostatyczne zawory rozprężne pracują stabilnie jeszcze przy 25% (częściowo także przy 15%) swej wydajności nominalnej. Wybór zbyt dużego zaworu prowadzi do niekorzystnego, niestabilnego działania, natomiast zbyt małego- do nadmiernego powiększania się strefy przegrzania w parowniku. Warto pamiętać, że napełnienie zespołu czujnika jest zawsze dostosowane do określonego rodzaju czynnika chłodniczego w urządzeniu. Na fakt ten należy zwracać uwagę przy doborze zaworu. W katalogach dane o jego wydajności podawane są w zależności od temperatury parowania t0 i skraplania tk, zwykle w formie tabelarycznej lub w postaci odpowiednich charakterystyk. W celu dokładnego wyboru zaworu, szczególnie przy dużych wydajnościach parownika, należy dokonywać odpowiedniej korekty dla każdej temperatury jego pracy i rzeczywistego spadku ciśnienia w urządzeniu chłodniczym, tak jak to zaleca np. firma ALCO. - wady regulatorów proporcjonalnych Mała dokładność, mała szybkość regulacji, uchyb w stanie ustalonym 9. Regulatory o działaniu nieciągłym ( zasada działania + budowa + rodzaje + zastosowanie ): presostaty, termostaty, zawory elektromagnetyczne. Presostaty- są to przekaźniki elektryczne, sterowane sygnałem ciśnienia ( jego wzrostem lub spadkiem). Ich zasada działania jest podobna do zasady działania termostatów. Rurka kapilarna z czujnikiem temperatury zastąpiona została w nich bezpośrednim podłączeniem ciśnieniowym. Dzięki temu odpowiednie ciśnienie czynnika chłodniczego, zależnie od celu zastosowania presostatu i związanego z tym jego podłączenia do instalacji urządzenia, działa bezpośrednio na membranę mieszka. Presostaty służą do kontroli, sterowania i regulacji działania urządzeń chłodniczych. W zależności od przypisanych im zadanych wartości, mogą one włączać nadajniki sygnału optycznego lub akustycznego, zawory elektromagnetyczne lub styczniki napędu elektrycznego. Biorąc pod uwagę ich przeznaczenie rozróżnia się następujące typy tych przekaźników: presostaty niskiego ciśnienia, nazywane wyłącznikami minimalnymi( stosuje je się tylko w połączeniu z TZRami) presostaty wysokiego ciśnienia, nazywane wyłącznikami maksymalnymi presostaty różnicowe ciśnienia oleju 15 presostaty odszraniania Termostaty: komorowy- włącza sprężarkę, lub w podłączeniu „pump-down” zawór elektromagnetyczny zamontowany w przewodzie cieczowym, w zależności od temperatury panującej w obiekcie chłodzonym. Jego czujnik posiada kształt spirali, która umieszczona jest bezpośrednio, np. w komorze chłodniczej. W celu ułatwienia wyregulowania termostatu, jest on wyposażony w skalę temperatury punktu wyłączania oraz skalę nastaw różnic temperatury. Podczas jego montażu w komorze należy zwrócić szczególną uwagę na to, aby nie był on umieszczony w bezpośredniej bliskości drzwi lub strumienia powietrza z wentylatora, gdyż mogłoby to prowadzić do zakłócenia sygnału regulacyjnego, a w efekcie wadliwego działania urządzenia. Parownikowy- stosuje się do sterowania pracą chłodziarek w których wtrysk czynnika do parownika odbywa się przez rurkę kapilarną lub AZR. Do tej grupy należą różnorodne termostaty, których czujniki wykonane są z rurki kapilarnej i przymocowane do powierzchni parownika z zapewnieniem dobrego kontaktu metalicznego. W tym przypadku temperaturę w przestrzeni chłodzonej reguluje się pośrednio przez temperaturę powierzchni parownika. Element ten musi trwale zabezpieczać sprężarkę, aby nie dostawał się do niej ciekły czynnik chłodniczy. W celu uzyskania wysokiej czułości progowej zespół czujnika napełnia się gazem. Sam czujnik mocuje się w końcowej części parownika, co zapewnia wystarczające przegrzanie opuszczających go par. Rurka kapilarna zespołu czujnika nie może dotykać parownika, aby nie doprowadzić do skraplania w e niej jej napełnienia. Cieczy- służy on do regulacji temperatury cieczy, np. solanki. Czujnik temperatury tego termostatu musi być umocowany pod poziomem lustra cieczy. Należy zwrócić uwagę, aby czujnik ten leżał bezpośrednio na powierzchni parownika. Jego budowa jest taka sama jak termostatu parownikowego. Strumienia powietrza przetłaczanego przez wentylator- czujnik termostatu umocowany jest w strumieniu powietrza opuszczającego parownik. Nastawia się go tak, aby wyłączenie wentylatora następowało przy temperaturze ok. 1 K wyżej niż temperatura ponownego włączenia urządzenia chłodniczego. Osiąga się dzięki temu znaczne oszczędności energii w porównaniu do ciągłego przepływu powietrza oraz zmniejszenie wysychania chłodzonych towarów (mniejsza ich ususzka). Końca odszraniania- powinien on po osiągnięciu nastawionej na nim temperatury zakończyć proces odszraniania parownika, zarówno przy metodzie elektrycznej jak i z użyciem gorącego gazu oraz spowodować ponowne uruchomienie urządzenia chłodniczego. W porównaniu do nastawionego na stałe za pomocą przekaźnika zegarowego czasu odszraniania, sposób ten pozwala osiągnąć znaczne oszczędności energii. Często jako zabezpieczenie, stosuje się drugi termostat, nastawiony a nieznacznie wyższą temperaturę. 16 Różnicowe- układ rozłączalnych kontaktów tego termostatu posiada dwa elementy stykowe dla dolnego i górnego punktu przełączania. Można dzięki nim ustawić pewien przedział regulowanej wielkości, w którym element wykonawczy znajduje się w stanie spoczynkowym (w tym obszarze nie odbywa się jego zamykanie). Tego typu termostaty stosuje się np. do sterowania pracą zespolonych agregatów chłodniczych. Kontaktowe- połączenie termometru i termostatu, gdyż można na nim bezpośrednio odczytać temperaturę, np. w komorze chłodniczej i jednocześnie ustawić jej wartość, przy której nastąpi włączanie urządzenia. Jego zastosowanie jest ograniczone głównie do ustawienia temperatury, np. w hodowli ryb lub w chłodziarkach laboratoryjnych. Montowany jest on na zewnątrz przestrzeni chłodzonej. Temperaturze jego czujnika odpowiada określone panujące w nim ciśnienie, które przekazywane jest rurką kapilarną na membranę. Zawór elektromagnetyczny Schemat ideowy zaworu elektromagnetycznego bezpośredniego działania: 1. Styki elektryczne 2. Cewka 3. Rdzeń 4. Grzybek zaworu 5. Przyłącze rurowe Podstawowymi elementami omawianego zaworu są: korpus, grzybek i elektromagnes, składający się z rdzenia i cewki. Doprowadzenie napięcia elektrycznego do cewki powoduje wytworzenie się pola magnetycznego, powodującego uniesienie rdzenia i związanego z nim grzybka do góry, dzięki czemu zawór się otwiera i strumień może przepływać. W stanie 17 niewzbudzonym (brak zasilania) wszystkie zawory elektromagnetyczne używane w małym chłodnictwie pozostają zamknięte. Sterowanie pracą tego typu zaworu może zachodzić bezpośrednio za pomocą czujnika temperatury lub ciśnienia, albo też poprzez pomocnicze kontakty stycznika. Przyjmując jako kryterium rodzaj źródła energii zaworów elektromagnetycznych, rozróżnia się zawory bezpośredniego działania i zawory z energią pomocniczą, stosowane do większych wydajności. Obok dotychczas opisanych zaworów dwudrożnych stosuje się również zawory trójdrożne, wykorzystywane np. do przestawiania skraplacza na pracę w opcji odzysku ciepła. Biorąc pod uwagę ich funkcje, wyróżnia się zawory elektromagnetyczne 2-, 3-, i 4-drożne, natomiast ze względu na stan fizyczny płynu dzieli się je na cieczowe i gazowe. Do średnicy 16 mm stosuje się w nich zarówno przyłącza kołnierzowe jak i lutowane, chociaż z uwagi na większą szczelność instalacji preferować należy przyłącza lutowane. Małe zawory są sterowane bezpośrednio, z kolei większe za pomocą siłownika ( są to tzw. serwozawory). Najmniejsza różnica ciśnień występująca w zaworach sterowanych siłownikiem wynosi Δp=0,05 bar. Cewki zaworów wykonane są zarówno dla prądu przemiennego jak i na prąd stały. Doboru zaworów elektromagnetycznych dokonywać można zarówno według wymaganych wydajności chłodniczych jak i wymiarów doprowadzeń rurowych wykorzystując do tego odpowiednie programy komputerowe lub tabele. 10. Przykłady zastosowania regulatorów automatycznych w instalacji chłodniczej i instalacji pompy ciepła: - dynamiczne charakterystyki pracy sprężarkowego urządzenia chłodniczego. 18
