Minimalizacja energii napędowej w zamrażarce do badania mrozoodporności betonu
Ocena użytkowników: / 0
SłabyŚwietny 
Data dodania: 22.12.2011

Model obliczeniowy dynamiki zamrażarki komorowej do badań wyrobów z betonu, ze sprężarkowym urządzeniem chłodniczym i nagrzewnicą elektryczną, służy do poszukiwania optymalnego sterowania.

 

2011_12_26
Rys. 1. Schemat zamrażarki do badań mrozoodporności – podział na podukłady

 

W pracy [1] przedstawiono problem optymalizacji przebiegu temperatury powietrza owiewającego próbkę badanego na mrozoodporność betonu. Cechą charakterystyczną tego rodzaju badania jest wielokrotne poddawanie próbki naprzemiennym zmianom temperatury powietrza od +20 do -20°C, zgodnie z odpowiednimi wymaganiami normatywnymi [5]. Praktyczna realizacja badań odbywa się w odpowiednio do tego celu zaprojektowanych komorach, wyposażonych zarówno w urządzenia chłodnicze, jak i grzewcze. Umożliwiają one swobodne programowanie wymaganych zmian temperatury w czasie [7, 8].
Artykuł ten jest rozwinięciem pracy [1] i podejmuje temat poszukiwania minimum energii do napędu urządzeń z funkcjami chłodzenia i grzania oraz zmienną w czasie wydajnością. Konieczność projektowania wyrobów, których produkcja i eksploatacja ma możliwie mały wpływ na środowisko (w tym także oznaczania ich odpowiednią klasą efektywności energetycznej), wydaje się dzisiaj oczywista. W Unii Europejskiej wydano w tej sprawie odpowiednie akty prawne (np. [9, 10]). Wszelkiego rodzaju komory testowe trudno zaliczyć wprawdzie do produktów mających znaczny wpływ na globalne zapotrzebowanie na energię, ale również w odniesieniu do nich powinny być stosowane metody optymalnego projektowania i eksploatacji.

 

Symulacja numeryczna działania komory do badań mrozoodporności w warunkach nieustalonych
W celu zbadania możliwości zmniejszenia zapotrzebowania na energię napędową przez odpowiednie sterowanie wydajnością urządzeń, przy cyklicznych zmianach temperatury w komorze testowej określonej konstrukcji, zastosowano eksperyment numeryczny.
Schemat modelowanej zamrażarki, wraz z badanymi próbkami betonu, przedstawia rysunek 1. Obiekt podzielono na piętnaście podukładów o skończonej pojemności cieplnej, przy czym stan każdego z nich określa jednoznacznie temperatura. Podział na poszczególne podukłady jest następujący:
- obudowa komory (blacha zewnętrzna i wewnętrzna, izolacja termiczna podzielona na trzy warstwy),
- powietrze wewnątrz komory,
- parowacz (ścianka wymiennika i czynnik chłodniczy),
- nagrzewnica elektryczna,
- elementy konstrukcyjne wewnątrz komory (półki i ścianka oddzielająca parowacz z nagrzewnicą),
- badana próbka wg [1, 5] (mieszanina zamrażająca, warstwa powietrza, kostka betonowa, arkusz gumowy i izolacja termiczna).

 

Do obliczenia zmiennych w czasie wartości temperatury poszczególnych podukładów wykorzystano metodę bilansów elementarnych [2]. Model obliczeniowy, w postaci nieliniowego układu równań różniczkowych zwyczajnych, został sformułowany z zastosowaniem równań bilansu dla próbki betonu, przedstawionych w [1] oraz algorytmu obliczeń wydajności urządzenia chłodniczego ze sprężarką wyporową na czynnik R507, opisanego w [2]. (...)

 

Wyniki obliczeń (...)

 

Podsumowanie
- Zaproponowany model obliczeniowy można wykorzystać do wyznaczania niezbędnych wydajności urządzeń chłodniczych i grzewczych, stosowanych w termicznych komorach testowych, gdzie programuje się zmienne w czasie temperatury.
- Model może służyć do szybkiej analizy i optymalizacji różnych sposobów sterowania na etapie projektowania urządzenia, gdyż czas obliczeń w stosunku do rzeczywistego procesu jest kilkaset razy krótszy.
- Przeprowadzony eksperyment numeryczny wskazuje, że dla obiektów pracujących z założenia w warunkach nieustalonych istnieje możliwość zmniejszenia łącznej energii do napędu urządzeń, jeśli odpowiednio wykorzysta się rezerwy pochodzące z akumulacji energii w podukładach systemu.
- W analizowanym przykładzie obliczeniowym uzyskano zmniejszenie łącznej energii napędowej o ponad 13 proc. poprzez zastosowanie w pierwszych 16 godzinach cyklu dobowego tylko chłodzenia (ogrzewanie następowało wówczas samoczynnie), a w kolejnych 7 godzinach wyłącznie ogrzewania. Spadek ten spowodowany był przede wszystkim zmniejszeniem energii do ogrzewania powietrza wewnątrz komory.
- Spadkowi zapotrzebowania na energię napędową towarzyszy kilkuprocentowe pogorszenie średniego dobowego współczynnika efektywności energetycznej, wynikające z mniej sprawnej pracy urządzenia chłodniczego. Taki wynik sugeruje możliwość polepszenia efektów, ale wymagałoby to zastosowania bardziej zaawansowanych metod optymalizacji dynamicznej.

 

LITERATURA
[1] ŻAK M.: Optymalna temperatura powietrza w zamrażarkach do badań mrozoodporności materiałów budowlanych. Chłodnictwo i Klimatyzacja. 12/2010.
[2] ŻAK M., ŻÓŁTANIECKI A.: Symulacja numeryczna działania komory niskich temperatur w warunkach nieustalonych. Chłodnictwo. 7/2010.
[3] Praca zbiorowa pod red. S. J. GDULI: Przewodzenie ciepła. PWN. Warszawa, 1984.
[4] BONCA Z. i in.: Czynniki chłodnicze i nośniki ciepła. Własności cieplne, chemiczne i eksploatacyjne. IPPU MASTA. 1997.
[5] PN-EN 1338:2005 Betonowe kostki brukowe. Wymagania i metody badań.
[6] PN-EN 12524:2003 Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe.
[7] www.memmert.com
[8] www.weiss-gallenkamp.com
[9] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE z dnia 21 października 2009 r., ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią.
[10] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/30/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie wskazania poprzez etykietowanie oraz standardowe informacje o produkcie, zużycia energii oraz innych zasobów przez produkty związane z energią.

 

AUTOR:
Marek ŻAK

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Pompy ciepła 2023-2024

  • Pompy ciepła 2021-2022

  • Pompy ciepła 2022-2023

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

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.