Sposoby regulacji ciśnienia skraplania w układach chłodniczych. Oszczędzanie energii.

Utrzymanie ciśnienia skraplania na odpowiednim poziomie jest bardzo ważna rzeczą. Stabilizacja ciśnienia skraplania pozwala na prawidłowe działanie zaworu rozprężnego i tym samym całego układu chłodniczego.

Należy pamiętać, że zbyt wysokie ciśnienie skraplania powoduje zmniejszenie wydajności chłodniczej przy określonej temperaturze odparowania. Ze wzrostem temperatury skraplania wzrasta również zużycie energii elektrycznej i zmniejsza się współczynnik wydajności chłodniczej.

Ogólnie wiadomo, że im niższe ciśnienie skraplania, tym wydajność chłodnicza układu jest większa. Jednak zbyt niskie ciśnienie skraplania nie jest również zjawiskiem pożądanym. Jeżeli ciśnienie skraplania jest niskie, to różnica ciśnień na zaworze rozprężnym również zmniejsza się, co w konsekwencji prowadzi do zmniejszenia strumienia masy czynnika chłodniczego wtryskiwanego przez zawór do parownika. Optymalne warunki jego zasilania występują wtedy, gdy wydajność chłodnicza urządzenia oraz wydajność zaworu rozprężnego są sobie równe.

Optymalne temperatury skraplania dla pracy układu chłodniczego leżą w zakresie 30 ÷ 40OC (w niektórych przypadkach 25 ÷ 45OC). Dlatego w praktyce zaleca się następujące temperatury skraplania w zależności od temperatury parowania:

•  dla układów klimatyzacyjnych (temp. parowania ok. -5OC) zalecany zakres temperatur skraplania to 40 ÷ 45OC,

• dla układów chłodniczych (temp. parowania ok. -10OC) zalecany zakres temperatur skraplania to 35 ÷ 45OC,

• dla układów mrożniczych (temp. parowania ok. -25OC) zalecany zakres temperatur skraplania to 30 ÷ 40OC.

Skraplacze chłodzone powietrzem

Najczęściej stosowanym sposobem regulacji ciśnienia skraplania w skraplaczach powietrznych jest zmiana natężenia przepływu powietrza. Najprostszym i najtańszym sposobem jest regulacja skokowa. Polega ona na załączaniu lub wyłączaniu kolejnych wentylatorów skraplacza. W przypadku jednego wentylatora regulacja jest dość ograniczona. Wentylator jest włączony lub wyłączony, co daje tylko dwa stopnie regulacji. Dość często silniki wentylatorów posiadają jednak dwie prędkości obrotowe. Daje to już w tym przypadku trzy stopnie regulacji: wyłączony, włączony z mniejszą prędkością obrotową i włączony z maksymalną prędkością obrotową. Ogólnie można stwierdzić, że im więcej wentylatorów ma skraplacz, tym wahania ciśnienia skraplania są mniejsze.

Zdecydowanie lepszym sposobem regulacji ciśnienia skraplania jest płynna regulacja obrotów wentylatorów skraplacza. Zaletą tej regulacji jest przede wszystkim: stałe ciśnienie skraplania, zmniejszenie zużycia energii przez sprężarkę i wentylatory, obniżenie średniego poziomu hałasu, mniejsze obciążenia silnika oraz łożysk sprężarki. Ze względu na cenę unika się regulacji poprzez stosowanie silników z przełączanymi biegunami, przetwornic częstotliwości oraz regulowanych transformatorów. Najczęściej używana jest elektroniczna regulacja napięciem osiągana za pomocą triaka. Ze zmianą doprowadzanego napięcia zmienia się liczba obrotów wentylatora skraplacza. Ten sposób regulacji zalecany jest przede wszystkim w przypadku skraplaczy jednowentylatorowych.

W skraplaczach wyposażonych w wentylatory odśrodkowe przepływ powietrza reguluje się najczęściej przez odpowiednie ustawienie przepustnic dławiących. Wadą tego typu regulacji jest ciągła praca wentylatorów oraz duża bezwładność.

Innym sposobem regulacji ciśnienia skraplania jest spiętrzenie ciekłego czynnika chłodniczego w skraplaczu. W ten sposób zmniejsza się aktywną powierzchnię wymiany ciepła. Taką regulację uzyskuje się np. za pomocą regulatora ciśnienia skraplania typu KVR w połączeniu z regulatorem różnicy ciśnienia NRD. Wadą tego systemu jest m. in. wymagana większa ilość czynnika chłodniczego i większy zbiornik. Dlatego ten rodzaj regulacji jest coraz rzadziej stosowany.

W skraplaczach chłodzonych powietrzem istnieje jeszcze możliwość regulacji ciśnienia skraplania poprzez utrzymanie stałej temperatury dopływającego powietrza. W tym przypadku skraplacz jest wyposażony w komorę mieszania, kanał przyłączeniowy dla powietrza zewnętrznego i wewnętrznego oraz układ przepustnic (żaluzji) regulujących dopływ powietrza zewnętrznego i wewnętrznego w odpowiednich proporcjach. Jeżeli np. ciśnienie skraplania się obniży, wówczas mechanizm nastawczy uchyli bardziej przepustnicę recyrkulacji, dzięki czemu część ciepłego powietrza zostanie skierowana powtórnie na skraplacz.

Skraplacze chłodzone wodą

Podstawowym sposobem regulacji ciśnienia skraplania w skraplaczach chłodzonych wodą jest utrzymanie strumienia przepływu wody chłodzącej na odpowiednim poziomie. Na dopływie wody chłodzącej skraplacz instaluje się zawór dławiący. Sterowany jest on temperaturą lub ciśnieniem skraplanego czynnika chłodniczego. Dzięki temu możemy utrzymywać ciśnienie skraplania na stałym poziomie. Jednym z tego typu zaworów jest regulator ciśnienia skraplania typ WVFX. Z jednej strony zawór ten podłączony jest do układu chłodniczego. Ciśnienie panujące w skraplaczu lub zbiorniku czynnika chłodniczego musi pokonać z drugiej strony siłę wstępnie ściśniętej (napiętej) sprężyny regulacyjnej. Jeżeli ciśnienie skraplania jest wyższe od siły napiętej sprężyny to element mieszkowy tego regulatora ulega ściśnięciu, przenosząc swój ruch przez popychacz na grzybek zaworu, co powoduje otwarcie lub zwiększenie przepływu wody. Ciśnienie skraplania reguluje się przez odpowiednią nastawę napięcia wstępnego sprężyny regulacyjnej. Dzięki temu zawór ten przepuszcza zawsze taką ilość wody chłodzącej, jaka jest aktualnie wymagana. Przy wzroście temperatury skraplania zawór ten zwiększa jej przepływ, natomiast przy spadku temperatury skraplania zmniejsza przepływ wody przez skraplacz. W przypadku wyłączenia sprężarki przepływająca przez skraplacz woda powoduje jego przechłodzenie i tym samym spadek ciśnienia w skraplaczu. W konsekwencji powoduje to całkowite zamknięcie automatycznego zaworu wodnego.

Innym sposobem regulacji ciśnienia skraplania w skraplaczach chłodzonych wodą jest zastosowanie zaworu trójdrogowego za skraplaczem. Dostarczona woda do chłodzenia skraplacza zostaje rozdzielona na dwa strumienie. Część wody przepływa przez skraplacz, natomiast pozostały strumień wody chłodzącej przepływa przez tzw. bocznik z pominięciem skraplacza. Dzięki odpowiedniej regulacji zaworu trójdrożnego do skraplacza dopływa zawsze taka ilość wody, która jest aktualnie potrzebna do utrzymania założonej temperatury skraplania.

W skraplaczach chłodzonych wodą można również regulować strumień wody chłodzącej skraplacz, stosując pompę elektroniczną. Pompa elektroniczna pozwala na zmienny przepływ w zależności od odpowiedniego sygnału wejściowego, którym może być np. temperatura wody wypływającej ze skraplacza, jak również ciśnienie lub temperatura skraplania.

Innym sposobem regulacji ciśnienia skraplania jest utrzymywanie stałej temperatury wody chłodzącej. W tym przypadku strumień przepływającej wody jest stały. Zmieniając natomiast temperaturę wody chłodzącej, możemy wpływać na ciśnienie skraplania. Najczęściej uzyskuje się to poprzez zastosowanie zespołu mieszającego (pompa + zawór trójdrogowy). Regulatory tego typu mogą być sterowane ciśnieniem skraplania, temperaturą skraplania lub temperaturą wody opuszczającej skraplacz.

Pompa o stałym przepływie zasila bezpośrednio skraplacz w wodę o odpowiedniej temperaturze. Zainstalowany przed pompą zawór trójdrogowy w zależności od zmian ciśnienia (temperatury) skraplania zawraca odpowiednią ilość wody opuszczającej skraplacz. Poprzez podwyższenie temperatury wody na zasilaniu skraplacza, wzrasta nam ciśnienie skraplania. Dopuszczając natomiast więcej wody chłodnej, a mniej opuszczającej skraplacz, uzyskujemy niższą temperaturę wody na wejściu do skraplacza.

Autor:

Przemysław Flagmański

Źródło: instalator.pl