Racje techniczne i energetyczne stosowania płynnej regulacji

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) .