Reklama
 
 
 
Termostatyczny czy elektroniczny?
Ocena użytkowników: / 0
SłabyŚwietny 
Data dodania: 23.11.2017

Każdy parowy, sprężarkowy układ chłodniczy, bez względu na to czy działa na potrzeby klimatyzacji, chłodnictwa czy też ogrzewania w trybie pompy ciepła, posiada element rozprężny. Umieszczony jest on za skraplaczem, a przed parownikiem. 

 

Rola i rozwój ZR

 

Do zadań elementu rozprężnego należą: 

 

  • zdławienie przepływu ciekłego czynnika chłodniczego w taki sposób, aby obniżyć ciśnienie skraplania do poziomu ciśnienia parowania, 
  • dozowanie czynnika do parownika w taki sposób, aby utrzymywać wydajność chłodniczą na optymalnym poziomie, 
  • utrzymywanie wartości przegrzania na stałym poziomie, 
  • zapobieganie zalania sprężarki ciekłym czynnikiem.

 

Najstarszym i najprostszym rozwiązaniem, które do dziś stosowane jest w małych układach chłodniczych jest rurka kapilarna, wykonana jako długi zwój miedzianego przewodu o małej średnicy. Niewielka odległość między ściankami rurki sprawia, że dławienie przepływu powoduje częściowe odparowanie czynnika chłodniczego i powstanie pary mokrej.

 

W małych urządzeniach chłodniczych o stałym obciążeniu stosuje się również automatyczne zawory rozprężne sterowane ciśnieniem parowania.

 

Jednak wzrost wymagań dotyczących precyzji pracy elementu rozprężnego zmusił producentów do wprowadzenia termostatycznego zaworu rozprężnego, który obecnie jest bardzo powszechnym rozwiązaniem. Dzięki swojej budowie może on utrzymywać stałe przegrzanie czynnika w parowniku i nie wymaga żadnych dodatkowych urządzeń. Kolejnym krokiem technologicznym było wprowadzenie elektronicznych zaworów rozprężnych, które dzięki wykorzystaniu czujników i sterownika są w stanie precyzyjnie regulować nie tylko wartość przegrzania, ale także wydajność chłodniczą.

 

Obydwa rodzaje zaworów posiadają swoje wady i zalety, a zastosowanie wybranego rozwiązania zależne jest od danej aplikacji, wymagań regulacyjnych oraz rachunków ekonomicznych.

 

 

Zasada działania termostatycznego zaworu rozprężnego

 

Rolą termostatycznego zaworu rozprężnego w układzie chłodniczym jest napełnianie parownika odpowiednim strumieniem czynnika chłodniczego poprzez utrzymywanie stałej wartości przegrzania. Odbywa się to w zależności od zmian ciśnienia w czujniku temperatury zamontowanym na rurociągu ssawnym, za parownikiem. Zawór termostatyczny nie ma więc możliwości sterowania bezpośrednio wydajnością parownika, a jedynie utrzymuje stałą wartość przegrzania. Budowę zaworu termostatycznego z wewnętrznym wyrównaniem ciśnienia pokazano na rysunku 1.

 

 

 2017 8 84 1

Rys. 1. Przekrój przez termostatyczny zawór rozprężny Danfoss serii TE 55 [2]

 

 

Zgodnie z rysunkiem 1. zawór wyposażony jest w komorę niskiego ciśnienia, do której trafi a ciekły czynnik chłodniczy ze skraplacza. Następnie przez szczelinę, pomiędzy grzybkiem a gniazdem zaworowym, czynnik przepływa do komory niskiego ciśnienia, skąd poprzez króciec przedostaje się do parownika. Stopniem otwarcia zaworu (przesuwem trzpienia grzybka) steruje siła pochodząca od ciśnienia panującego w zamontowanym za parownikiem czujniku temperatury. Siła ta musi przeciwdziałać sile sprężyny oraz sile wywieranej przez ciśnienie w komorze niskiego ciśnienia. Zmniejszenie obciążenia chłodniczego (spadek temperatury w otoczeniu parownika) wpływa na spadek temperatury czynnika za parownikiem, co powoduje spadek ciśnienia w czujniku. Ciśnienie to oddziałuje na membranę znajdującą się w górnej części zaworu i połączoną na stałe z trzpieniem zaworu. Prowadzi to do przesunięcia grzybka zaworu ku górze, czyli domknięcia zaworu. Dzięki temu mniej czynnika chłodniczego przedostanie się z komory wysokiego ciśnienia do komory niskiego ciśnienia zaworu i dalej do parownika. Zwiększenie obciążenia chłodniczego (wzrost temperatury w otoczeniu parownika) spowoduje, że czynnik chłodniczy odparuje szybciej, a jego temperatura za parownikiem będzie wyższa. Doprowadzi to do wzrostu ciśnienia w czujniku temperatury oraz siły działającej na grzybek z góry. W wyniku tego większa objętość czynnika przedostanie się do komory niskiego ciśnienia i dalej parownika. Stopień otwarcia dyszy można regulować poprzez obrót śruby nastawczej umieszczonej najczęściej u dołu zaworu (regulacja docisku sprężyny). Jest to jedyny sposób regulacji temperatury przegrzania czynnika w parowniku. Wpływ napięcia sprężyny regulacyjnej na stopień przegrzania przedstawiono na rysunku 2.

 

 

2017 8 84 2

Rys. 2. Wpływ napięcia sprężyny regulacyjnej na wielkość przegrzania statycznego Δt, przy zmianie ciśnienia parowania [1]

 

 

Wypełnienie czujnika temperatury może być w postaci adsorpcyjnej (najczęściej CO2 i żel silikonowy), ciekłej lub gazowej (para mokra). Dzięki zastosowaniu wypełnienia w postaci pary mokrej lub adsorpcyjnego można skorzystać z funkcji MOP (Maximum Operating Pressure), która chroni sprężarkę przed zbyt wysokim ciśnieniem ssania. Punkt ten określa się poprzez wartość temperatury, w której cała objętość czynnika w czujniku odparuje i dalszy wzrost temperatury nie spowoduje wzrostu siły działającej na membranę zaworu.

 

W przypadku, gdy w parowniku zachodzi duży spadek ciśnienia, tj. większy niż odpowiadający spadkowi temperatury o 1 K (wartość Δp zależy od rodzaju czynnika chłodniczego), należy zastosować zawór rozprężny z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia, którego przekrój na przykładzie produktu Danfoss przedstawiono na rysunku 1. Natomiast rysunki 3.−5. przedstawiają widoki zewnętrzne przykładowych TZR różnych producentów. Dodatkowy króciec w przestrzeni pomiędzy komorą niskiego ciśnienia, a membraną powoduje, że ciśnienie w komorze niskiego ciśnienia równe jest ciśnieniu panującemu w parowniku. Połączony jest on bezprzeponowo z rurociągiem ssawnym za parownikiem. Zasadę działania TZR z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia przedstawiono na rysunku 6., gdzie Pb oznacza ciśnienie panujące w czujniku temperatury, Ps ciśnienie wywierane przez sprężynę zaworu, a Pe to ciśnienie na początku lub na końcu parownika (w zależności od typu zaworu).

 

 

2017 8 84 3

Rys. 3. Termostatyczny zawór rozprężny Danfoss [2]

 

 

2017 8 85 1

Rys. 4. Termostatyczny zawór rozprężny Sanhua [3]

 

 

2017 8 85 2

Rys. 5. Termostatyczny zawór rozprężny Sporlan [5]

 

 

2017 8 85 3

Rys. 6. Zasada działania termostatycznego zaworu rozprężnego z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia [6]

 

 

W przypadku montażu TZR w rewersyjnej pompie ciepła, warto jest wykorzystać zawór o przepływie dwukierunkowym. Dzięki temu nie ma konieczności montażu dwóch zaworów i rozbudowy instalacji. Jednak konstrukcja i ruch trzpienia z grzybkiem zaworu są przyczyną zwiększenia oporów przepływu przez zawór.

 

Termostatyczny zawór rozprężny działa jak regulator proporcjonalny o charakterystyce statycznej zbliżonej do liniowej. Nie zawsze gwarantuje to idealne dostosowanie przepływu czynnika przez parownik do aktualnego zapotrzebowania na moc chłodniczą.

 

 

Zasada działania elektronicznego zaworu rozprężnego

 

(...)

 

 

Podsumowanie

 

Rozwój techniki napędza wzrost wymagań dotyczących regulacji i sterowania urządzeń chłodniczych, klimatyzacyjnych i pomp ciepła, co często determinuje wybór elektronicznych zaworów rozprężnych. Jednak tradycyjne zawory termostatyczne wciąż znajdują zastosowanie w urządzeniach mniejszej wydajności, o mniejszych wymaganiach regulacyjnych, czy po prostu urządzeniach o niższych kosztach produkcyjnych.

 

Wpływ zmiany zaworu termostatycznego na elektroniczny na przykładzie produktów Carel przedstawiono grafi cznie na rysunku 13. Z wykresu można wywnioskować, że zmiana wpłynęła znacznie na obniżenie i ustabilizowanie się temperatury przegrzania, a także zauważalnie na stabilizację ciśnień skraplania i parowania. Można również stwierdzić, że ciśnienie parowania zostało zwiększone, co również jest korzystnie energetycznie.

 

 

2017 8 87 1

Rys. 13. Wpływ zmiany TZR na EZR [4]

 

 

Pomimo często znacznie wyższej ceny zaworu elektronicznego, korzyści ekonomiczne wynikające z jego zastosowania w nowoczesnym układzie chłodniczym mogą sprawić, że zakup okaże się bardziej opłacalny niż w przypadku zaworu termostatycznego.

 

Należy również pamiętać, że w związku z rozwijającą się technologią sprężarek o zmiennych prędkościach obrotowych (inwerterowych) również wzrośnie zastosowanie zaworów elektronicznych, gdyż tylko takie rozwiązanie gwarantuje poprawną współpracę tych podzespołów.

 

 

mgr inż. Maciej GRZEGORSKI
– Systherm D. Gazińska Sp. j. Poznań

mgr inż. Jacek JĘDRUSIAK
– Systherm D. Gazińska Sp.j. Poznań

 

 

LITERATURA:
[1] Hans-Jurgen ULLRICH: Technika Chłodnicza Poradnik. Tom 1. IPPU MASTA. Gdańsk. 1998.
[2] Katalog produktów Danfoss.
[3] Katalog produktów Sanhua.
[4] Katalog produktów Carel.
[5] Katalog produktów Sporlan.
[6] www.acr-news.com

 

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2015

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2016

  • Pompy ciepła 2014

  • Pompy ciepła 2012

  • Pompy ciepła 2013

  • Termografia w podczerwieni 2009

  • Pompy ciepła 2010

Reklama

 

 

  02 ss2  omii   kig 134x45 left  

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.