Niniejszy artykuł jest kontynuacją tematu podejmowanego w sierpniowym wydaniu CH&K. Tym razem autorzy skupili uwagę na korzyściach wynikających z modulacji przepływu czynnika chłodniczego i zaletach sterowania mikroprocesorowego.
Cechą mechaniczną elektronicznie sterowanego zaworu rozprężnego, która pozwala na szeroki zakres regulacji wydajności (w najbardziej zaawansowanych modelach ze sterowaniem proporcjonalnym) jest duży skok dyszy, który osiąga dziesiątki (a nawet więcej) milimetrów. W ten sposób sterowanie jest bardziej precyzyjne, a nawet lepsze, niż przy zastosowaniu tradycyjnych zaworów termostatycznych.
Dzięki znacznej rozdzielczości i precyzji funkcjonowania zaworu i kontroli przepływu czynnika bardzo zyskujemy na jakości regulacji. We wszystkich systemach chłodniczych jak i klimatyzacyjnych, osiągnięcie bardziej stabilnej kontroli przegrzania czynnika (a gdy jest to potrzebne jego niższej wartości) jest niewątpliwie znaczną korzyścią.
Specjalną uwagę należy poświęcić zaworom dwukierunkowym, które zapewniają liniowy przepływ czynnika w obu jego kierunkach: wykres poniżej (rys. 1) pokazuje dane eksperymentalne uzyskane z badań przeprowadzonych na zaworze E2V24 firmy Carel.
Rys. 1.
Dla obydwu stopni otwarcia zaworu – największego i najmniejszego – widoczna jest niemal idealna liniowość przepływu czynnika chłodniczego. Szczegółowa analiza korzyści uzyskanych dzięki precyzyjnej modulacji przepływu czynnika, mającego wpływ na kontrolę jego przegrzania, została opisana poniżej.
Korzyści z modulacji przepływu czynnika
Stabilne przegrzanie czynnika
Kontrola przegrzania czynnika osiągana dzięki wykorzystaniu elektronicznie sterowanych zaworów rozprężnych w większości przypadków jest bardziej stabilna i bardziej precyzyjna niż w układach z zaworami termostatycznymi. Punkt nastawy jest regulowany w zależności od: warunków pracy, sezonu, oraz od zmiany cyklu pracy urządzenia chłodniczego. W związku z tym uzyskuje się stałą wydajność chłodniczą urządzenia z błyskawiczną stabilizacją warunków po jego uruchomieniu. Nie ma też konieczności ponownego programowania punktu nastawy po zmianie warunków pracy.
Niska wartość przegrzania
Oprócz stabilności można także uzyskać obniżenie wartości przegrzania czynnika poprzez zmniejszenie punktu nastawy do odpowiedniej wielkości. Ta cecha elektronicznie sterowanych zaworów rozprężnych nie niesie ze sobą ryzyka powstania wahań (lub niestabilności) parametrów pracy systemu, co jest typowe dla zaworów termostatycznych. Wykres na rysunku 2 pokazuje efekt przełączenia pracy chillera z termostatycznego na elektronicznie sterowany zawór rozprężny. Oczywiste jest obniżenie i ustabilizowanie średniej wartości przegrzania czynnika, oraz ciśnienia pracy. Obniżenie punktu nastawy przegrzania czynnika oznacza wzrost wydajności urządzenia, co wynika ze zwiększenia ciśnienia parowania, oraz lepszego wykorzystania powierzchni wymiany ciepła parownika.
Rys. 2.
Dwa kierunki przepływu czynnika
Jeżeli zostanie zastosowany dwukierunkowy elektroniczny zawór rozprężny (np.: E2V firmy Carel – rys. 3) dla systemu z rewersyjną pompą ciepła to wystarczy tylko jeden zawór zamiast dwóch termostatycznych w rozwiązaniu tradycyjnym. W przypadku rewersyjnej pompy ciepła elektroniczny zawór rozprężny sprawdzi się idealnie. Oprócz uzyskania korzyści ekonomicznych i technicznych, które są wspólne dla wszystkich aplikacji, redukuje się koszty instalacji, ponieważ jest wykorzystywany tylko jeden zawór, oraz upraszcza się układ chłodniczy.
Rys. 3.
Sterowanie mikroprocesorowe
Elektronicznie sterowany zawór rozprężny kontrolowany jest przez sterownik mikroprocesorowy, który działa zarówno jako generator sekwencyjny poszczególnych kroków operacyjnych, oraz jako urządzenie inteligentne, decydujące o bieżącej ilości czynnika wtryskiwanego do parownika. Stwierdzenie powyższe może wydać się zbyt oczywiste i zbędne, ponieważ opisywane zawory są w istocie sterowane elektronicznie. W rzeczywistości ze względu na fakt, że zawory te ustawiane są wyłącznie w położeniu ustalanym przez sterownik ich możliwości wykraczają poza prostą kontrolę przegrzania czynnika oferowaną przez tradycyjne zawory termostatyczne. W związku z tym stwierdzenie „...jako urządzenie inteligentne decydujące o bieżącej i użytecznej ilości wtryskiwanego czynnika...”. oznacza, że wykorzystanie przegrzania jedynie jako sygnału sterującego nie zawsze jest poszukiwanym najlepszym rozwiązaniem. Procedury regulacji, takie jak MOP (Maksymalne Ciśnienie Pracy) i LOP (Najniższe Ciśnienie Pracy) to pierwsze, które przychodzą na myśl, natomiast są jeszcze liczne inne funkcje, które można zastosować za pomocą sterowania mikroprocesorowego. W każdym przypadku można to znacznie uprościć poprzez wykorzystanie elektronicznie sterowanego zaworu rozprężnego zamiast termostatycznego. Dodatkowo możliwość ustawienia zaworu w wymaganym położeniu pozwala na wykorzystanie opisanej techniki na wiele innych sposobów, według określonych wymagań technicznych (dwa punkty nastawy, specjalne procedury załączenia lub wyłączenia, specjalne funkcje, takie jak praca układu z zalanym parownikiem, itd.). Rzeczywiście nie ma ograniczeń, jeżeli chodzi o możliwości rozwijania programów sterujących. (...)
Korzyści z zastosowania elektronicznie sterowanego zaworu rozprężnego
MOP (Maksymalne Ciśnienie Pracy) (...)
LOP (Najniższe Ciśnienie Pracy) (...)
Funkcja „HiTcond” (...)
Niski poziom hałasu (...)
***
Artykuł został opracowany na podstawie materiałów firmy Carel. |