Klimat dla pieczarek. Ochrona przeciwzamroŜeniowa

Biuletyn Producenta Pieczarek
1/2010
Dr inŜ. Michał Michałkiewicz
ELMAK Zakład Automatyki
Klimat dla pieczarek.
Ochrona przeciwzamroŜeniowa
Jak co roku początek zimy przypomina, Ŝe obniŜanie temperatury wody poniŜej
pewnego poziomu (ok. 4 OC) zamiast zmniejszania powoduje wzrost jej objętości. Nierzadko
dochodzi wówczas do uszkodzenia bądź nawet zniszczenia instalacji i urządzeń. Tak długo
jak choćby w części instalacji znajduje się woda (zwykle jest to układ ogrzewania) niezbędny
jest jakiś system ochrony przed zamarznięciem.
Skuteczne funkcjonowanie układu przecizamroŜeniowego wymaga w pierwszej
kolejności stwierdzenia, czy i gdzie istnieje moŜliwość zbytniego spadku temperatury wody
znajdującej się w zamkniętej przestrzeni, a następnie podjęcie działania ochronnego. Zwykle
w układach klimatyzacyjnych najbardziej zagroŜonymi elementami są lamelowo-rurowe
wymienniki ciepła, poniewaŜ ich budowa specjalnie przystosowana do skutecznego
przewodzenia ciepła między cieczą (wodą) wewnątrz rurek a powietrzem opływającym
lamele powoduje, Ŝe woda łatwo osiąga temperaturę bliską temperatury powietrza. Z tego
powodu układy przeciwzamroŜeniowe w większości przypadków chronią wymienniki
napełnione wodą.
Szczególnej staranności wymaga właściwe umieszczenie czujników temperatury.
Struga powietrza przechodzącego przez wymiennik jest niejednorodna i moŜe się zdarzyć,
Ŝe punktowy pomiar temperatury nie wychwyci zagroŜenia. Z kolei instalowanie wielu
czujników na całej powierzchni wymiennika i kierowanie się najniŜszym wskazaniem jest
trudne do wykonania i kosztowne (praktycznie nie stosowane). Pozostaje instalowanie
pojedynczych czujników w miejscach, gdzie moŜemy liczyć na to, Ŝe powietrze jest moŜliwie
najbardziej wymieszane, a nieuniknioną niejednorodność brać pod uwagę przy nastawianiu
progu zadziałania zabezpieczenia.
1
Rys.1. Rozmieszczenie czujników układów przeciwzamroŜeniowych
Często miejscem instalowania czujnika temperatury jest komora mieszania w miejscu,
gdzie powietrze kierowane jest na chłodnicę (Rys.1., punkt Tm). Dla średnich połoŜeń
przepustnicy (Rys.1.A) powietrze w części centralnej komory mieszania jest dość
jednorodne, a na podstawie temperatury w punkcie Tm moŜna sterować urządzeniem
zabezpieczającym. Sytuacja pogarsza się, gdy przepustnice znajdują się bliŜej skrajnych
połoŜeń. Wtedy czujnik Tm moŜe znaleźć się w strudze powietrza recyrkulowanego
(Rys.1.B) i zagroŜenie nie zostanie rozpoznane albo w strudze mroźnego powietrza świeŜego
(Rys.1.C) i zabezpieczenie będzie na stałe pobudzone chociaŜ działanie ochronne moŜe być
zbędne. W praktyce dzięki turbulencjom rozdział między strugą powietrza świeŜego,
recyrkulowanego i mieszanego nie jest tak ostry jakby to wynikało ze szkiców na Rys.1.,
a obszar zadowalającego działania jest na tyle duŜy, Ŝe układy z tak umieszczonym
czujnikiem
temperatury
bywają
stosowane
jako
wyłączne
zabezpieczenie
przeciwzamroŜeniowe.
Pewną korzyść moŜna odnieść przenosząc czujnik temperatury z komory mieszania
do przestrzeni między chłodnicą a nagrzewnicą (Rys.1.D,punkt Tm’). JeŜeli temperatura
powietrza mieszanego osiąga niebezpiecznie niską wartość, wtedy z pewnością przepływ
czynnika chłodniczego jest odcięty przez zawór regulacyjny. Powietrze przechodząc przez
chłodnicę nie podlega więc obróbce termicznej, a jest bardziej jednorodne niŜ w komorze
mieszania.
2
Warto równieŜ zwrócić uwagę, Ŝe gdy pomiar temperatury dokonywany jest przed
chronionym wymiennikiem nie bez znaczenia jest równieŜ prędkość wentylatora, poniewaŜ
ilość ciepła odbieranego z wody zaleŜy nie tylko od temperatury, ale teŜ od ilości
przepływającego powietrza.
Oprócz przetworników temperatury w zabezpieczeniach wymienników stosuje się
równieŜ specjalnej konstrukcji termostaty. Pozwalają one w pewnym stopniu uniknąć
ograniczeń związanych z punktowym pomiarem temperatury powietrza. Sonda termostatu
przeciwzamroŜeniowego ma postać cienkiej, kilkumetrowej rurki (kapilary), którą montuje
się równomiernie na całej powierzchni wymiennika. Spadek temperatury poniŜej
nastawionego progu na dowolnym odcinku kapilary o długości nie mniejszej niŜ 20-30cm
powoduje zadziałanie termostatu. Oznacza to, Ŝe przy pomocy jednego urządzenia
monitorowane są przekroczenia dopuszczalnej temperatury w wielu punktach wymiennika
jednocześnie. Sygnałem wyjściowym jest Otwarcie/Zamknięcie styku elektrycznego.
W układach, w których mamy zagwarantowany ciągły i dostatecznie intensywny
przepływ wody przez wymiennik, cenną informację stanowi temperatura czynnika na króćcu
wyjściowym.
KaŜdy z wymienionych sposobów ma pewne zalety i ograniczenia, dlatego wskazane
jest łączenie wybranych źródeł sygnałów we wspólnym systemie.
Dysponując wiarygodnymi pomiarami w krytycznych punktach układu klimatyzacji
naleŜy w razie potrzeby podjąć działanie ochronne. W najprostszym przypadku jest to:
zatrzymanie wentylatora, zamknięcie przepustnicy zewnętrznego powietrza, pełne otwarcie
zaworu nagrzewnicy i uruchomienie alarmu. Nietrudno przewidzieć, Ŝe po krótkim czasie
parametry klimatu w hali uprawowej staną się dalekie od optymalnych ze wszelkimi
konsekwencjami dla uprawy. Odcięcie dopływu świeŜego, mroźnego powietrza stworzy
warunki dla powrotu temperatur do dopuszczalnych wartości. Przepustnice, zawory wrócą
do normalnych, technologicznych połoŜeń i … zabezpieczenie natychmiast zadziała
ponownie. Działanie takie będzie się powtarzać do czasu, kiedy zmaleje zapotrzebowanie na
świeŜe powietrze lub wzrośnie temperatura zewnętrzna.
Aby przeciwdziałać cyklicznemu uaktywnianiu zabezpieczeń stosowany bywa
mechanizm programowy polegający na tym, Ŝe wyprzedzająco, zanim temperatury osiągną
wartości graniczne, zmniejszany jest w pewnym zakresie dopływ świeŜego powietrza.
Wprawdzie klimat w hali przestaje dokładnie odpowiadać wymaganiom technologicznym,
ale odstępstwa są na tyle niewielkie, Ŝe często bez znaczących strat pozwalają przetrwać do
czasu poprawy warunków atmosferycznych. Oczywiście takie „prawie normalne” działanie
nie jest moŜliwe przy długotrwale utrzymującej się bardzo niskiej temperaturze zewnętrznej.
Radykalnym rozwiązaniem problemu zamarzania jest zastosowanie wstępnej obróbki
świeŜego powietrza zarówno w postaci systemu z kanałem centralnym jak i indywidualnych
układów dla kaŜdej hali (Rys.1.D). Nagrzewnica wstępna, napełniona dla bezpieczeństwa
cieczą niezamarzającą, pozwala w kaŜdych warunkach uzyskać temperaturę nieujemną juŜ
w kanale dolotowym (Twst>0), chroniąc przed zamarzaniem nie tylko wymienniki ciepła,
ale takŜe filtr i przepustnicę świeŜego powietrza.
3