W niniejszej publikacji przedstawione zostaną zalety elektronicznych sterowanych zaworów rozprężnych w porównaniu do zaworów tradycyjnych – termostatycznych.

Rozwiązanie tradycyjne – termostatyczne zawory rozprężne
Bardzo często komercyjne oraz przemysłowe urządzenia chłodnicze, zarówno te zaprojektowane dla klimatyzacji jak i dla chłodnictwa, wykorzystują jako element dławiący tradycyjny termostatyczny zawór rozprężny (TZR). TZR ma czujnik w postaci bańki, a w modelach dla większych wydajności podłączenie dla zewnętrznego wyrównania ciśnienia. TZR to proste mechaniczne urządzenie, którego konstrukcja nie zmieniła się od kilkudziesięciu lat. Stopień otwarcia zaworu jest wynikiem równowagi sił pomiędzy sprężyną a ciśnieniem przekazywanym przez bańkę czujnika wypełnionego substancją o podobnych parametrach jak freon w instalacji. Stosowanie takich zaworów w wielu przypadkach ogranicza uniwersalność instalacji oraz parametry regulacyjne możliwe do osiągnięcia w przypadku zastosowania innych technologii. Należy zaznaczyć, iż niektóre rodzaje instalacji freonowych są szczególnie wrażliwe na negatywne aspekty związane ze stosowaniem termostatycznych zaworów rozprężnych. Do tego rodzaju instalacji klasyfikuje się przede wszystkim te ze zmiennym obciążeniem, zmieniającym się sezonowo lub na skutek technologii chłodzenia ciśnieniem skraplania/parowania oraz pracujące w warunkach małego przegrzania par freonu.

Rozwiązanie innowacyjne – elektronicznie sterowane zawory rozprężne
Ewolucją termostatycznych zaworów rozprężnych są zawory sterowane elektronicznie. Są to elektromechaniczne urządzenia z silnikiem krokowym, które od kilku lat są już powszechnie dostępne na rynku. Rozprężają one czynnik chłodniczy poprzez ciągłą modulację, dzięki wykorzystaniu zewnętrznego elektronicznego modułu sterującego oraz czujnika ciśnienia i temperatury przegrzania. Obydwa te czujniki są montowane na końcu parownika, a ich pomiary są przetwarzane przez mikroprocesorowy sterownik, który decyduje o najbardziej optymalnym stopniu otwarcia zaworu w określonym czasie.

Elektroniczne zawory rozprężne proporcjonalne i impulsowe
Istnieje wiele rozwiązań dla uzyskania optymalnego zmiennego przepływu czynnika chłodniczego, ale jest to osiągane głównie poprzez zmianę wielkości przelotu pomiędzy dyszą dławiącą. Niektóre zawory pracują ze zmianą skoku iglicy lub innego elementu ruchomego (zawory proporcjonalne), inne otwierają lub zamykają całkowicie dyszę przez zmienne okresy czasu (zawory impulsowe lub z regulacją ustaloną). Z teoretycznego punktu widzenia nie ma żadnych różnic pomiędzy różnymi rodzajami sterowania tymi zaworami, jeśli weźmiemy pod uwagę wystarczająco długi czas obserwacji – niemniej jednak w zakresie precyzji i sterowania zaleca się typ proporcjonalny, ponieważ modulacja impulsowa wtrysku czynnika chłodniczego może spowodować problemy ze stabilnością i niską efektywnością¹ układu.
Na rysunku 1 pokazano metody i efekty uzyskane w zakresie jakości przy zastosowaniu impulsowych zaworów modulacyjnych (modulacja szerokości impulsu – PWM), oraz zaworów proporcjonalnych.

Inną zasadniczą różnicą pomiędzy zaworami proporcjonalnymi i PWM jest rozchodzenie się pulsacji ciśnienia w przewodach instalacji chłodniczej, a szczególnie wtedy, gdy są one bardzo długie (np.: w supermarketach), oraz obecność wymienników ciepła pomiędzy ciekłym i gazowym czynnikiem. Pulsacje ciśnienia mogą doprowadzić do nieprzewidywalnych awarii nie tylko w zaworze rozprężnym lecz w całej instalacji (przewody cieczowe, parownik, rozdzielacz wtrysku czynnika, wymiennik ciepła,..).

Elektronicznie sterowany zawór rozprężny – zastosowanie i charakterystyka
Omawiane zagadnienia dotyczą wszystkich rodzajów urządzeń chłodniczych, takich jak pompy ciepła, agregaty wody lodowej stosowane komercyjnie i przemysłowo, klimatyzatory pomieszczeń bytowych i ochronnych, ośrodków komputerowych, central telefonicznych, wszystkich zamkniętych urządzeń sterujących, komór i mebli chłodniczych dla wystawianych produktów.

Zarówno zawory termostatyczne jak i sterowane elektroniczne regulują na zasadzie utrzymywania stałego przegrzania par freonu na wylocie z parownika. Cechy, które czynią elektronicznie sterowane zawory rozprężne lepszymi od zaworów termostatycznych to:
● kompatybilność ze wszystkimi typami czynnika chłodniczego oraz bardzo szeroki zakres wydajności;
● precyzja w modulacji przepływu czynnika chłodniczego;
● sterowanie mikroprocesorowe.

Choć te trzy cechy na pierwszy rzut oka nie wydają się przekonywać do zmiany z termostatycznego na elektronicznie sterowany zawór rozprężny, jeśli je zaczniemy szczegółowo analizować to zobaczymy, że elektroniczna regulacja przepływu czynnika rozwiązuje wiele problemów, które istnieją w tradycyjnym rodzaju sterowania, a w konsekwencji daje to dużo korzyści.

Kompatybilność ze wszystkimi rodzajami czynnika i szeroki zakres wydajności
(...)

Logistyka (...)
Zakres regulacji (...)
Temperatura pracy, zmiana punktu nastawy (...)
Oszczędność energii (...)

***

Artykuł został opracowany na podstawie materiałów firmy Carel.

¹ Zawór ze stałą regulacją zawsze wytwarza impulsowy przepływ czynnika, który tylko w wystarczająco długim okresie czasu w umiarkowanym stopniu zmienia jego ciągłość