W pierwszej części artykułu przedstawiono aktualne wymagania i stan faktyczny krajowego chłodnictwa sprężarkowego. Zwrócono uwagę jak powinno wyglądać przejście od obecnego stanu projektowania urządzeń chłodniczych do ekoprojektowania. Celem niniejszego opracowania jest wskazanie niektórych błędów, które występują podczas tworzenia instalacji. Wzięto pod uwagę błędne rozwiązania dotyczące: dopasowania mocy chłodniczej do chwilowej zmiany obciążenia cieplnego obiektu chłodzonego, odolejenie instalacji, odciążenia sprężarek podczas ich rozruchu, doboru średnic rurociągów chłodniczych, instalacji elektrycznych oraz nieracjonalnego pojęcia oszczędzania.

     Wymagania dotyczące ekoprojektowania sprężarkowych urządzeń chłodniczych postawione już obecnie w prawodawstwie Unii Europejskiej i w aktach prawnych krajowych zmierzają w kierunku uporządkowania przepisów oraz określenia dominujących tendencji w latach następnych. Montowane i eksploatowane aktualnie urządzenia pozostawiają wiele do życzenia, a popełnione błędy skutkują konsekwencjami natury technicznej, ekonomicznej, ekologicznej, jak również zagrażają niekiedy życiu ludzi. Skuteczne powstrzymanie takich zagrożeń jest podstawowym zaleceniem dla inżynierów i techników chłodnictwa. Przyczynami stanu zagrożenia mogą być świadomie lub nieświadomie popełniane błędy we wszystkich fazach powstawania instalacji chłodniczej, to znaczy błędy w zakresie:
● projektowania,
● montażu,
● eksploatacji.

Błędy w projektowaniu sprężarkowych urządzeń chłodniczych
     Pierwszym naj istotniejszym błędem w projektowaniu jest zaniechanie wykonania projektu instalacji. W przypadku wystąpienia jakichkolwiek awarii lub nieprawidłowości zachodzi konieczność wykonania prac inwentaryzacyjnych, które w znacznym stopniu utrudniają i przedłużają czas naprawy. Jeżeli mamy projekt instalacji chłodniczej, wówczas źródło błędu popełnionego przez projektanta może dotyczyć pomyłki wynikającej z:
● braku dostatecznej wiedzy upoważniającej do podjęcia prac projektowych,
● braku dostatecznej „wyobraźni” projektanta, potrzebnej do oceny warunków eksploatacji instalacji obecnie i w następnych latach,
● dążenia do minimalizacji kosztów projektowanej instalacji, bez rozważenia wpływu postawionych kryteriów techniczno-ekonomicznych,
● „bezwzględnego zaufania” do producentów nawet przodujących firm, którzy również wprowadzają na rynek konstrukcje z wadliwymi lub niesprawdzonymi w eksploatacji rozwiązaniami.

     Zwróćmy uwagę na często występujący problem związany z pracą i współpracą układów sprężarkowych obsługujących obiekty, o bardzo zmiennym obciążeniu cieplnym, przykładowo takie jak tunele zamrażalnicze, czy też duże centrale klimatyzacyjne z chłodnicami bezpośredniego odparowania. Celem zastosowanych urządzeń chłodniczych jest zabezpieczenie chwilowego zapotrzebowania mocy chłodniczej odpowiadającej obciążeniu cieplnemu w danym momencie. Ogólnie problem polega na tym, aby nastąpiło „dopasowanie” wydajności chłodniczej brutto zespołów sprężarkowych i chłodniczej wydajności netto parowników obsługiwanych przez te zespoły.

Praktyczne metody „dopasowania” wydajności chłodniczej sprężarek do zmiany obciążenia cieplnego w obiekcie chłodzonym
     W praktyce projektowej zwykle grupuje się sprężarki przewidziane do utrzymywania założonego poziomu temperatury parowania, w zależności od wartości obliczeniowej temperatury parowania to (pochodnej względem temperatury medium chłodzonego, np. powietrza w komorze). Eksploatacyjna zmiana temperatury parowania, wynikająca ze zmiany obciążenia cieplnego powoduje zmianę ciśnienia parowania p_o=f(t_o), a stąd ciśnienia w króćcu ssawnym sprężarki chłodniczej. Ogólnie stosowana zasada „dopasowania” wydajności chłodniczej sprężarek do aktualnego zapotrzebowania mocy chłodniczej polega na odłączaniu kolejnych stopni regulacji wydajności w przypadku spadku ciśnienia ssania i na ich załączeniu, gdy ciśnienie ssania wzrośnie.
     Elementami wykonawczymi w opisanym wyżej „dopasowaniu” wydajności sprężarek, zwłaszcza tłokowych były i są presostaty niskiego ciśnienia. W przypadku pojedynczej sprężarki rozwiązanie takie funkcjonuje na ogół sprawnie, jeżeli poprawnie dobrano presostat (rys. 1).

     Rozwiązanie pokazane na rys. 2 należy uznać jako projektowo błędne. Pojawia się tu bowiem problem właściwego ustawienia zakresu ciśnienia na każdym z presostatów, aby zapewnić płynną regulację wydajności chłodniczej układu. Jest to szczególnie ważne dla sprężarek tłokowych, mając na uwadze możliwość osiągania poziomu ciśnienia ssania równego 0,05 MPa i niższego. Biorąc pod uwagę zasadę działania presostatu niskiego ciśnienia (w swojej klasycznej formie) i możliwości regulacji ciśnienia, podany na rys. 2 układ nie będzie działał prawidłowo. Wystąpią duże trudności eksploatacyjne, bowiem presostaty połączone są z przekaźnikami elektrycznymi, powodującymi załączanie poszczególnych stopni regulacji wydajności i pracę typu sekwencyjnego przez załączanie i wyłączanie tych stopni w określonej kolejności. W miarę eksploatacji poszczególnych sprężarek będą one pracować w różnych czasowo przedziałach. Dla granicznych wartości zmiany ciśnienia ssania może dojść do sytuacji, że jedna lub kilka sprężarek zaczną pracę w systemie „włączone-wyłączone” z dużą liczbą cykli (przekraczającą dopuszczalną liczbę załączeń do 6 na godzinę). Z uwagi na wskaźniki energetyczne zjawisko takie należy uznać jako niekorzystne.
     Pokazane wyżej rozwiązanie (występujące niestety często w instalacjach chłodniczych) jest nie tylko mało efektywne, ale również sprzyja powstawaniu awarii. Znacznie lepszym rozwiązaniem jest zainstalowanie elektronicznych sterowników programowalnych (rys. 3). Do regulacji ciśnienia ssania wykorzystano elektroniczny sterownik – przetwornik ciśnienia zamontowany na rurociągu ssawnym. Można w nim dokonywać nastawy zakresu regulacji z dokładnością do ±0,01 MPa. Jeżeli zostanie przekroczony zakres nastawy, wówczas następuje włączenie lub wyłączenie kolejnych stopni regulacji wydajności. Podczas funkcjonowania tego systemu następuje kontrola czasu załączania lub odłączania sprężarek i stopni przez programowalny sterownik. W ten sposób uzyskuje się regulację z tzw. „strefą martwą”, która jest niemożliwa do zrealizowania za pomocą baterii indywidualnych presostatów. Sterowniki tego typu mają wbudowaną funkcję pozwalającą na zliczanie czasu pracy poszczególnych sprężarek i umożliwiającą ich załączania tak, aby czas ich pracy był zbliżony. Nie istnieje więc prosta sekwencja załączenia i wyłączenia, co w tym przypadku jest zaletą. Sterowniki mogą również dodatkowo rejestrować wszystkie ważniejsze sygnały kontrolujące stany pracy i stany awaryjne układu. Przy czym stany awaryjne mogą, w zależności od stopnia zagrożenia, wyłączyć poszczególną sprężarkę lub cały zespół sprężarkowy, co pozwala na ochronę urządzeń przed uszkodzeniem.

     Ma to kapitalne znaczenie podczas identyfikacji nieprawidłowości pracy urządzeń i umożliwia jednoznaczne określenie przyczyny wystąpienia nieprawidłowości. Elektroniczne sterowniki programowalne są produkowane, między innymi, przez takie firmy jak: CAREL, DANFOSS, SIEMENS, EMMERSON ELECTRIC itd. [18].

Problemy odolejania sprężarkowej instalacji chłodniczej
(...)

Problemy projektowe związane z „odciążaniem” sprężarek podczas ich rozruchu
(...)

Błędy projektowe związane z doborem średnicy rurociągów chłodniczych
     Ogólne zasady doboru wymiarów rurociągów chłodniczych są znane [20]. Pomimo tego występują bardzo często błędy projektowe związane z niewłaściwym doborem średnicy rurociągów, skutkujące obniżeniem wydajności chłodniczej instalacji, zwiększonym poborem mocy napędowej i zwiększoną awaryjnością. Obl iczając średnicę rurociągu trzeba uwzględniać najwyższe i najniższe poziomy temperatury skraplania i parowania czynnika chłodniczego oraz zmiany wydajności zespołu sprężarkowego pracującego w tych warunkach. Problem ten występuje bardzo znacząco w instalacjach ze sprężarkami śrubowymi, przy wykorzystywaniu ekonomizerów, w których występują procesy związane ze znacznym dochłodzeniem i zmianą strumienia masy czynnika w przepływie, zwłaszcza po stronie ssawnej sprężarki. W bardzo wielu przypadkach powstają błędy, wynikające ze stosowania programów komputerowych opracowanych dla doboru średnicy rurociągów. Najczęściej może powstać błąd, gdy wykonuje się obliczenia w zakresie, w którym procedury obl iczeniowe nie zostały zweryfikowane eksperymentalnie dla danego czynnika, zwłaszcza nowego.

Błędy związane z architekturą zespołów sprężarkowych
     W pakiecie dokumentów projektowych instalacji powinna się znaleźć dokumentacja montażowa instalacji. Oznacza to, że projektant musi zaproponować takie rozwiązanie montażu elementów instalacji, które będzie odpowiednie nie tylko w momencie realizacji obiektu, ale i przez następny wieloletni okres eksploatacji. Niestety błędy projektowe ujawniają się zazwyczaj podczas usuwania skutków awarii instalacji, gdy trzeba na przykład wyjąć z zespołu sprężarkę o masie kilkuset kilogramów i mieć dostęp do poszczególnych części instalacji, elementów kontrolno-pomiarowych i automatyki. Projektant powinien postępować funkcjonalnie i ergonomicznie, mając na uwadze następujące zasady:
● sprężarki powinny być tak montowane, aby zawsze była możliwość dostępu do ich podstawowych przyłączy rurowych, elektrycznych, grzałek karteru, spustów oleju itp.;
● kolektory ssawne i tłoczne, olejowe, ekonomizery powinny być montowane poniżej lub ewentualnie powyżej (gorszy wariant) sprężarek tak, aby w przypadku konieczności wyjęcia sprężarki z zespołu nie blokować możliwości wykonania tej czynności;
● należy przewidywać możliwość wysunięcia sprężarek z jednej strony, za pomocą ogólnie stosowanych środków transportu wewnętrznego (dotyczy to zwłaszcza sprężarek o masie powyżej 100 kg);
● ramy zespołów projektować z uwzględnieniem, że nie zawsze elementy urządzenia chłodniczego można przemieszczać za pomocą dźwigu;
● wszystkie elementy armatury, zabezpieczeń i urządzeń kontrolno-pomiarowych należy mocować w miejscach neutralnych dla serwisu i służb technicznych oraz zorientować ich elementy manualnej obsługi w kierunku dostępu użytkownika, a nie jak jest taniej;
● unikać montowania rozdzielnic elektrycznych bezpośrednio nad sprężarkami, bowiem uniemożliwia to często wyjęcie sprężarek czy jakikolwiek dostęp serwisowy.

Niektóre błędy związane z projektowaniem instalacji elektrycznej
(...)

Podsumowanie
     Po wejściu Polski do Unii Europejskiej obowiązuje w kraju system prawny, taki jak w innych krajach, w tym dotyczący projektowania, montażu i eksploatacji urządzeń chłodniczych sprężarkowych. Obecnie następuje systemowe uporządkowanie krajowego systemu, w tym ustawodawstwa w zakresie rozporządzeń, norm technicznych i innych uregulowań.
     Docelowym wymogiem w projektowaniu urządzeń chłodniczych jest określenie podstawowych zasad ich ekoprojektowania. Stan obecny chłodnictwa polskiego uznać należy jako niezadowalający. Przejście z obecnego poziomu do ekoprojektowania powinno następować w sposób ewolucyjny, gdyż bardzo dużo problemów natury ogólnej oczekuje na rozwiązanie – w tym zalecenia odnośnie ekologicznych czynników chłodniczych do zastosowania w dalszej perspektywie.
     W opracowaniu zwrócono uwagę, że na każdym etapie powstawania sprężarkowej instalacji chłodniczej mogą mieć miejsce rozwiązania obarczone błędami. Ich wyeliminowanie zależy od stanu wiedzy personelu oraz możliwości wykorzystania poprawnie skonstruowanych i sprawdzonych maszyn i urządzeń.
     Na wybranych przykładach przedstawiono niektóre błędy w projektowaniu sprężarkowych, parowych urządzeń chłodniczych. Wzięto pod uwagę błędne rozwiązania dotyczące: dopasowania mocy chłodniczej do chwilowej zmiany obciążenia cieplnego obiektu chłodzonego, odolejenie instalacji, odciążenia sprężarek podczas ich rozruchu, doboru średnic rurociągów chłodniczych, instalacji elektrycznych oraz nieracjonalnego pojęcia oszczędzania.