Sercem całego układu chłodniczego jest agregat skraplający. To właśnie tu jest podnoszone ciśnienie czynnika, a następnie czynnik ten jest skraplany. Zarówno pracę sprężarek, jak i skraplacza, należy odpowiednio wysterować. Warto również odpowiednio zabezpieczyć cały zespół, by w razie awarii lub nieprawidłowych parametrów nie zniszczyć dosyć drogich urządzeń. Zespoły sprężarkowe i skraplające są urządzeniami ciśnieniowymi, ich najważniejszym parametrem pracy jest ciśnienie. Ciśnienie, które jest mierzone w dwóch miejscach – ciśnienie ssania mierzone przed sprężarką oraz ciśnienie tłoczenia mierzone za sprężarką.

Ciśnienia w układzie chłodniczym

Ciśnienie ssania jest mierzone na kolektorze ssawnym przed sprężarkami. Ciśnienie to powinno być równe ciśnieniu w karterach sprężarek. Zastosowanie jednak filtrów ssawnych może spowodować spadek ciśnienia na nich i w konsekwencji nieco niższe ciśnienie w karterach sprężarek niż ciśnienie ssania. Zawsze starajmy się, by spadek ciśnienia na filtrach ssawnych był jak najmniejszy. Każdy minimalny spadek na rurociągu ssawny znacznie obniża sprawność całego układu. Spadek wartości 0,1 bara to około 1,6°C spadku ciśnienia odparowania. Czyli jak na kolektorze ssawnym mamy ciśnienie -10°C, to sprężarki pracują na odparowaniu -11,6°C. I odpowiednio mniejszej wydajności. Taki sam spadek ciśnienia na tłoczeniu w sposób nieznaczny zmienia sprawność układu. Wracając do ciśnienia ssania, musimy pamiętać, że ciśnienie ssania nie zawsze jest równoznaczne z ciśnieniem parowania. W większości przypadków, pomijając spadki ciśnienia na rurociągu, ciśnienie parowania jest zgodnie z ciśnieniem ssania. Jednakże czasem stosujemy zawory stałego ciśnienia parowania, montowane zaraz za parownikiem, których zadaniem jest utrzymać odpowiednio wysokie ciśnienie parowania w parowniku. Czasem też stosujemy zawory stałego ciśnienia ssania, które mają za zadanie utrzymać odpowiednio niskie ciśnienie ssania. Są one montowane przed kolektorem ssawnym lub też, w przypadku układów jedno sprężarkowych, przed sprężarką. Ciśnienie zmierzone dopiero za tym zaworem jest ciśnieniem ssania. I właśnie pomiar i kontrola tego ciśnienia jest podstawowym parametrem sterującym pracę sprężarek i ich regulacji wydajności.

Ciśnienie tłoczenia jest najczęściej również ciśnieniem skraplania czynnika, choć nie zawsze tak jest. W standardowym i typowym układzie chłodniczym ciśnienie czynnika w skraplaczu jest identyczne z ciśnieniem gorącego gazu zaraz za sprężarką, zresztą takie samo ciśnienie jest również w zbiorniku ciekłego czynnika. Są jednak układy, gdzie ciśnienie tłoczenia może być wyższe od ciśnienia skraplania, a ciśnienie skraplania wyższe niż ciśnienie w zbiorniku.

W układach ze sprężarkami śrubowymi i zewnętrznym, centralnym odolejaczem ciśnienie tłoczenia wpływa bezpośrednio na wielkość ciśnienia oleju. Dokładniej powiedziawszy ciśnienie oleju jest różnicą między ciśnieniem tłoczenia a ciśnieniem ssania. By uzyskać minimalną wartość ciśnienia oleju stosuje się zawory regulacji ciśnienia, które tak regulują ciśnieniem tłoczenia, by było ono zawsze wyższe o określony minimalny dyferencjał od ciśnienia ssania. Zawory są montowane za odolejaczem, ale jeszcze przed skraplaczem. Jeżeli zawór regulacyjny przymknie się, by uzyskać większą różnicę ciśnień, ciśnienie tłoczenia wzrośnie, a ciśnienie skraplania spadnie. W tego typu układach należy zwrócić uwagę, by wszelkie urządzenia ciśnieniowe, które zabezpieczają sprężarki, były podłączone pod kolektor tłoczny, a urządzenia regulujące pracę skraplacza były podłączone już za zaworem regulującym ciśnienie tłoczenia.

Ze względów energetycznych coraz częściej montowany jest system odzysku ciepła. Niezależnie od typu i rodzaju odzysku (o czym niedługo napiszemy), powinniśmy zastosować zawór regulacji ciśnienia skraplania. Jest on montowany między skraplaczem a zbiornikiem, a jego zadaniem jest utrzymanie odpowiednio wysokiego ciśnienia skraplania, by odzysk był nie tylko wydajny, ale również by nie dochodziło do przechłodzenia czynnika przy zmniejszonym zapotrzebowaniu na chłód, a sporym zapotrzebowaniem na odzyskiwane ciepło. W takim przypadku może dojść do obniżenia ciśnienia w zbiorniku ciekłego czynnika mimo wyższego ciśnienia skraplania. Wprawdzie w takim przypadku powinien zadziałać zawór upustowy i ciśnienie w zbiorniku powinno wzrosnąć, ale i tak będzie ono inne niż w skraplaczu. Podłączenie urządzeń zabezpieczających i sterujących pod zbiornik będzie w takim przypadku nie prawidłowe i może powodować nie tylko nie właściwą pracę wentylatorów skraplacza, ale również uszkodzenie sprężarek.

Sterowanie agregatem skraplającym w urządzeniach domowych

Skoro już powiedzieliśmy kilka słów o ciśnieniach, wróćmy do sterowania. Jak wspomnieliśmy, agregat skraplający jest urządzeniem ciśnieniowym. Najłatwiej więc sterować takim urządzeniem na podstawie pomiaru ciśnienia. Ale czy zawsze pomiar ciśnienia steruje pracą sprężarek i skraplaczy? W jaki sposób to realizować sterowanie?

Najprostsze i najmniejsze urządzenia chłodnicze posiadają tylko jedną sprężarkę hermetyczną i skraplacz z grawitacyjnym obiegiem powietrza. W układach takich zasilanie parownika jest realizowane za pomocą kapilary. Nie znajdziemy tu nie tylko wentylatorów skraplacza, ale i elektrozaworu. W czasie pracy sprężarki spadek ciśnienia realizowany jest przez przewężenie kapilary i to właśnie na kapilarze następuje rozprężenie czynnika. Ale po zatrzymaniu sprężarki kapilara cały czas przepuszcza czynnik aż do momentu wyrównania ciśnienia między tłoczeniem a ssaniem. Oczywiście spadek ciśnienia tłoczenia powoduje równoczesny wzrost ciśnienia ssania. W takich układach całe sterowanie ogranicza się do pomiaru temperatury w urządzeniu i, w zależności od potrzeby, załączenia lub wyłączenia sprężarki. W tym przypadku nie mamy żadnej kontroli ani nad ciśnieniem tłoczenia, ani nad ciśnieniem ssania. Rozwiązanie takie jest stosowane głównie w małych urządzeniach domowych, gdzie temperatura otoczenia w tylko niewielkim stopniu jest zmienna. Znając temperaturę otoczenia możemy bardzo dokładnie określić wielkość skraplacza i jego wydajność. Niewielkie wahania temperatury otoczenia w niewielkim stopniu wpływają na zmianę wydajności skraplacza, co pozwala na uproszczenie urządzenia i nie zakładanie jakichkolwiek urządzeń regulujących ciśnienie skraplania. Zastosowanie kapilary powoduje, że ciśnienie ssania, przy stabilnym ciśnieniu skraplania, jest również stabilne. Należy również pamiętać o cenie – w małych urządzeniach domowych każdy element zabezpieczający, nie wspominając o elementach sterujących, znacznie podrażał by koszt urządzenia.

Małe meble chłodnicze

Rozwijając naszą instalację dochodzimy do kolejnego rozwiązania. Wprawdzie cały czas mamy jedną hermetyczną sprężarkę i parownik zasilany kapilarą, ale skraplacz mamy już z wymuszonym obiegiem powietrza. Zastosowanie wentylatora przy skraplaczu pozwala na bardziej zwartą konstrukcję agregatu i znaczne zwiększenie wydajności skraplacza przy równoczesnym zmniejszeniem jego powierzchni wymiany ciepła. Rozwiązanie takie spotykamy głównie przy małych meblach gastronomicznych i sklepowych. W sklepach i lokalach gastronomicznych temperatura otoczenia jest również najczęściej stała i pozwala na zastosowanie rozwiązania podobnego jak w przypadku urządzeń domowych. Sprężarka jest załączana bezpośrednio przez termostat. Brak elementu odcinającego stronę wysoką od niskiej po wyłączeniu sprężarki nie pozwala i tak na inne rozwiązanie. Jednak bardzo często w tego typu urządzeniach wentylator skraplacza nie jest już załączany razem ze sprężarką, ale niezależnie. Najtańszym sposobem, zdającym egzamin w małych urządzeniach, jest zastosowanie sterownika komorowego z funkcją dodatkowego sterowania wentylatorem skraplacza na podstawie pomiaru temperatury czynnika za skraplaczem. Przykładem takiego rozwiązania są sterowniki LAE Electronic typu SSD90C65 (rys. 1).

Rys. 1. Sterowniki SSD90C65 z małym i dużym wyświetlaczem (LAE Electronic)

Sterownik posiada trzy czujniki temperatury, z czego jeden jest przeznaczony do pomiaru temperatury czynnika za skraplaczem. Jeden z siedmiu przekaźników jest przewidziany do podłączenia wentylatora skraplacza. Dzięki mocnym przekaźnikom i dodatkowo wbudowanej listwie zera roboczego sterownik ten idealnie sprawdza się w małych urządzeniach sklepowych. Zastosowanie takiego rozwiązania jest stosunkowo tanie i proste do wykonania. Różnica w cenie między standardowym sterownikiem SSD90B35, a sterownikiem SSD90C65 z opcją kontroli wentylatora skraplacza jest niewielka i wynosi dosłownie kilka euro. Musimy jednak pamiętać, że taka kontrola ciśnienia skraplania nie jest dokładna, bo nie mierzymy ciśnienia, a jedynie temperaturę, a i ją mierzymy już za skraplaczem. Ważne jest nie tylko umiejscowienie czujnika, ale również jego ustawienie. Zmiana położenia będzie miała wpływ na odczyt temperatury, a co za tym idzie, również na ustawienie temperatury załączenia wentylatora. Musimy pamiętać również o tym, że zmierzona temperatura to nie temperatura skraplania, ale temperatura czynnika opuszczającego skraplacz, która jest niższa od temperatury skraplania (przechłodzenie czynnika). No i nie zapomnijmy o zaizolowaniu czujnika tak, by mierzył on tylko temperaturę czynnika, a nie dodatkowo temperaturę otoczenia.

Jeżeli jednak chcemy czegoś dokładniejszego, możemy zastosować presostat wysokiego ciśnienia do sterowania wentylatorem skraplacza. Tanim i prostym rozwiązaniem jest zastosowanie presostatu miniaturowego np. typu ACB produkcji Danfoss – Saginomiya (rys. 2). Presostaty tego typu są tanie, ale należy jednak bardzo dokładnie dobrać ciśnienie załączenia i wyłączenia presostatu – nie mamy tutaj możliwości zmiany tych ciśnień, bo są one ustawione fabrycznie. Należy też sprawdzić układ styków – niektóre tego typu presostaty mają układ styków tylko w trybie NC (normalnie zwartym) i są przewidziane jako zabezpieczenie sprężarki przed zbyt wysokim ciśnieniem tłoczenia. W przypadku presostatów ACB obciążalność styków wynosi 6A, co pozwala, podobnie jak w przypadku SSD90C65, na bezpośrednie sterowanie wentylatorem skraplacza.

Rys. 2. Presostat miniaturowy ACB (Danfoss – Saginomiya)

Zamiast presostatu miniaturowego możemy oczywiście zastosować tradycyjny presostat, np. PS1-A5A produkcji ALCO (rys.nr 3). Pozwala on nam na dokładne ustawienie ciśnienia pracy wentylatora skraplacza. W presostatach tych mamy zazwyczaj również do dyspozycji styki NO i NC, co pozwala na zastosowanie ich zarówno jako presostatów sterującego pracą wentylatora, jak i również presostatu zabezpieczającego sprężarkę przed wysokim ciśnieniem tłoczenia. Styki tych presostatów pozwalają na znacznie większe obciążenia, niż w przypadku presostatów miniaturowych, co dodatkowo zwiększa elastyczność zastosowania. Jednak cena tych presostatów w znaczny sposób ogranicza ich użycie w małych urządzeniach.

Rys. 3. Presostat PS1-A5A (ALCO)	Rys. 4. Presostat PS2-L7A (ALCO)

Zabezpieczenie sprężarki (...)

Instalacja z elektrozaworem i termostatycznym zaworem rozprężnym (...)

Dwa lub więcej parowniki (...)

Regulacja sprężarek w funkcji temperatury (...)

Płynna regulacja

Należy jeszcze wspomnieć o płynnej regulacji wydajności. Zarówno w przypadku sprężarek, jak i w przypadku wentylatorów skraplacza, jest to możliwe. Wentylatory skraplacza są sterowanie regulatorami prędkości obrotowej zarówno jednofazowymi np. FSY-42 (rys. 14), czy też trójfazowymi. W zależności od ciśnienia skraplania regulator zmniejsza i zwiększa obroty wentylatora. Można też taki układ rozbudować, stosując na jeden wentylator regulator prędkości obrotowej, pozostałe zaś sterować w trybie standardowym. Gdy wentylator sterowany regulatorem osiągnie 100% swojej wydajności, załącza się kolejny wentylator, a wentylator z regulatorem redukuje swoją prędkość do 0 i ponownie, w zależności od zapotrzebowania, rozpędza się. Redukcja wydajności przebiega w odwrotnej kolejności – po wyłączeniu kolejnego wentylatora, wentylator z regulatorem załącza 100% i płynnie zmniejsza obroty aż do 0, a w tym momencie kolejny wentylator się wyłącza.

W przypadku sprężarek mamy możliwość regulacji za pomocą odpowiedniego inwentera i przystosowanej do tego sprężarki, jak np. w przypadku sprężarek firmy BOCK z systemem EFC (rys. 15), czy też za pomocą suwaka w sprężarkach śrubowych np. produkcji J&E Hall (rys. 16). Ale o tym powiem już w innych artykułach, do których przeczytania już teraz serdecznie zapraszam.

Rys. 15. Sprężarka BOCK z systemem EFC	Rys. 16 Sprężarka jednośrubowa J&E Hall z płynną regulacją wydajności w zakresie 10 ~ 100%