W niniejszej publikacji przedstawiono wpływ regeneracji ciepła na wydajność chłodniczą obiegu jednostopniowego dla różnych czynników chłodniczych. Głównym celem przeprowadzanych analiz było obliczeniowe wyznaczenie wzrostu współczynnika efektywności energetycznej (EER) dla układów z regeneracją ciepła w stosunku do układów jej nieposiadających. Podczas badań zmieniano wybrane charakterystyczne parametry obiegu, a uzyskane wyniki przedstawiono w postaci wykresów.

W XX wieku powszechnie stosowanym czynnikiem chłodniczym był R12. W układach z tym czynnikiem, jako wyposażenie standardowe, stosowane były regeneracyjne wymienniki ciepła (RWC). Celem ich zastosowania było zwiększenie efektywności energetycznej układu. Innym powodem stosowania RWC było zabezpieczenie sprężarki przed dopływem cieczy do cylindra. Kolejnym była konieczność obniżenia temperatury ciekłego czynnika chłodniczego przed zaworem rozprężnym do takiej wartości, aby nie osiągnął on temperatury nasycenia, nawet przy dużym spadku ciśnienia na oporach przepływu. Osiągnięcie temperatury nasycenia skutkowałoby powstawaniem pęcherzyków pary powodujących z kolei drgania zaworu i jego rozregulowanie. Zastosowanie RWC było niewątpliwie zaletą ważną dla urządzeń chłodniczych pracujących przy bardzo małym przegrzaniu par w parowniku, czy też przy silnie zmieniającym się jego obciążeniu cieplnym. Trzeba było jednak pamiętać o niebezpieczeństwie wystąpienia zbyt wysokiej temperatury sprężania w sprężarkach stosowanych w zamrażalnictwie.

Opis układów z regeneracją ciepła

Regeneracja ciepła pozwala na znaczne podniesienie sprawności termicznej obiegów porównawczych i rzeczywistych. Zastosowanie regeneracyjnego wymiennika ciepła jest, niezależnie od rodzaju sprężarek, możliwe dla wszystkich czynników chłodniczych o niskich wartościach wykładnika izentropy κ, a zatem R404A, R507, R134a, R290, R407C oraz R125. Regeneracja dokonywana jest za pomocą tzw. wymienników regeneracyjnych, będących tradycyjnymi wymiennikami ciepła. Stosowane są trzy typy wymienników regeneracyjnych: płaszczowo-rurowe – dla dużych i średnich układów (rys. 1 i 3), typu rura w rurze – w szczególności dla małych układów (rys. 3b) oraz płytowe (rys. 2).

Rys. 1. Schemat instalacji chłodniczej z zastosowaniem regeneracyjnego wymiennika ciepła [6]

Rys. 2. Przykład zastosowania regeneracyjnego (płytowego) wymiennika ciepła w instalacji chłodniczej

Rys. 3. Regeneracyjny wymiennik ciepła: a) płaszczoworurowy, b) typu rura w rurze [1]

Dzięki zastosowaniu regeneracyjnego wymiennika ciepła, zainstalowanego na przewodzie ssawnym i cieczowym, uzyskuje się intensywną wymianę ciepła między ciepłym, ciekłym czynnikiem chłodniczym a chłodną jego parą po stronie ssawnej. Zapewnia to dochłodzenie ciekłego czynnika przed elementem dławiącym oraz zwiększa jednostkową wydajność chłodniczą, a zatem i ogólną wydajność chłodniczą urządzenia. Dzięki zastosowaniu wymienników regeneracyjnych (wewnętrznych) uzyskuje się możliwość dodatkowego schłodzenia skroplonego czynnika kosztem przegrzania pary w celu zwiększenia EER.

Metoda badań (...)

Podsumowanie

Koszty inwestycyjne rosną nieznacznie w wyniku instalowania wymienników regeneracyjnych. Należy jednak uwzględnić fakt, że redukcja ilości krążącego czynnika chłodniczego prowadzi do redukcji wielkości lub ilości sprężarek, co w konsekwencji zapewni oszczędność wydatków inwestycyjnych. Oznacza to także, że zdecydowanie wzrasta moc chłodnicza, gdy ilość i wielkość sprężarek pozostaje na dotychczasowym poziomie. Wynikiem zastosowania regeneracyjnych wymienników ciepła jest znaczne zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych. Ilość energii potrzebnej do napędu sprężarek maleje zgodnie ze wzrostem współczynnika wydajności chłodniczej obiegu chłodniczego EER. Skutecznym zatem sposobem na zmodernizowanie starego systemu chłodniczego jest zainstalowanie regeneracyjnego wymiennika ciepła.

Przy ogólnej ocenie kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych okazuje się, że nie rozsądnym wydaje się porównywanie tylko i wyłącznie kosztów zakupu instalacji, gdy w niespełna dwa lata koszty jej eksploatacji mogą przekroczyć koszt zakupu. Zatem głównym celem powinno być zakupienie ekonomicznego urządzenia chłodniczego, ponieważ efektywność energetyczna się opłaca.

LITERATURA

[1] http://www.agdex.com
[2] FORSTER H.: Wymienniki ciepła. Rezerwy energetyczne w urządzeniach chłodniczych. Chłodnictwo& Klimatyzacja 10/2008.
[3] FORSTER H., EHLERT K., LEO W.: Większa sprawność energetyczna dzięki dostosowaniu obiegów chłodniczych. Chłodnictwo&Klimatyzacja 8/2007.
[4] KOŁODZIEJCZYK L., RUBIK M.: Technika chłodnicza w klimatyzacji. Arkady. Warszawa 1976.
[5] MACZEK K., MIECZYŃSKI M.: Chłodnictwo. Skrypt Politechniki Wrocławskiej. Wrocław 1981.
[6] CABAJ M., KĘDZIA J.: Wymiennik ciepła, jako dochładzacz/przegrzewacz w obiegu chłodniczym. Chłodnictwo tom XXXIX 2004 nr 1.
[7] Prospekty firmowe DK – Kälteanlagen GmbH.
[8] GAZIŃSKI B.: Technika chłodnicza dla praktyków. Urządzenia chłodnicze i przepisy prawne. Systherm. 2010 r.