Termostatyczny czy elektroniczny? |
Data dodania: 23.11.2017 |
Każdy parowy, sprężarkowy układ chłodniczy, bez względu na to czy działa na potrzeby klimatyzacji, chłodnictwa czy też ogrzewania w trybie pompy ciepła, posiada element rozprężny. Umieszczony jest on za skraplaczem, a przed parownikiem.
Rola i rozwój ZR
Do zadań elementu rozprężnego należą:
Najstarszym i najprostszym rozwiązaniem, które do dziś stosowane jest w małych układach chłodniczych jest rurka kapilarna, wykonana jako długi zwój miedzianego przewodu o małej średnicy. Niewielka odległość między ściankami rurki sprawia, że dławienie przepływu powoduje częściowe odparowanie czynnika chłodniczego i powstanie pary mokrej.
W małych urządzeniach chłodniczych o stałym obciążeniu stosuje się również automatyczne zawory rozprężne sterowane ciśnieniem parowania.
Jednak wzrost wymagań dotyczących precyzji pracy elementu rozprężnego zmusił producentów do wprowadzenia termostatycznego zaworu rozprężnego, który obecnie jest bardzo powszechnym rozwiązaniem. Dzięki swojej budowie może on utrzymywać stałe przegrzanie czynnika w parowniku i nie wymaga żadnych dodatkowych urządzeń. Kolejnym krokiem technologicznym było wprowadzenie elektronicznych zaworów rozprężnych, które dzięki wykorzystaniu czujników i sterownika są w stanie precyzyjnie regulować nie tylko wartość przegrzania, ale także wydajność chłodniczą.
Obydwa rodzaje zaworów posiadają swoje wady i zalety, a zastosowanie wybranego rozwiązania zależne jest od danej aplikacji, wymagań regulacyjnych oraz rachunków ekonomicznych.
Zasada działania termostatycznego zaworu rozprężnego
Rolą termostatycznego zaworu rozprężnego w układzie chłodniczym jest napełnianie parownika odpowiednim strumieniem czynnika chłodniczego poprzez utrzymywanie stałej wartości przegrzania. Odbywa się to w zależności od zmian ciśnienia w czujniku temperatury zamontowanym na rurociągu ssawnym, za parownikiem. Zawór termostatyczny nie ma więc możliwości sterowania bezpośrednio wydajnością parownika, a jedynie utrzymuje stałą wartość przegrzania. Budowę zaworu termostatycznego z wewnętrznym wyrównaniem ciśnienia pokazano na rysunku 1.
Rys. 1. Przekrój przez termostatyczny zawór rozprężny Danfoss serii TE 55 [2]
Zgodnie z rysunkiem 1. zawór wyposażony jest w komorę niskiego ciśnienia, do której trafi a ciekły czynnik chłodniczy ze skraplacza. Następnie przez szczelinę, pomiędzy grzybkiem a gniazdem zaworowym, czynnik przepływa do komory niskiego ciśnienia, skąd poprzez króciec przedostaje się do parownika. Stopniem otwarcia zaworu (przesuwem trzpienia grzybka) steruje siła pochodząca od ciśnienia panującego w zamontowanym za parownikiem czujniku temperatury. Siła ta musi przeciwdziałać sile sprężyny oraz sile wywieranej przez ciśnienie w komorze niskiego ciśnienia. Zmniejszenie obciążenia chłodniczego (spadek temperatury w otoczeniu parownika) wpływa na spadek temperatury czynnika za parownikiem, co powoduje spadek ciśnienia w czujniku. Ciśnienie to oddziałuje na membranę znajdującą się w górnej części zaworu i połączoną na stałe z trzpieniem zaworu. Prowadzi to do przesunięcia grzybka zaworu ku górze, czyli domknięcia zaworu. Dzięki temu mniej czynnika chłodniczego przedostanie się z komory wysokiego ciśnienia do komory niskiego ciśnienia zaworu i dalej do parownika. Zwiększenie obciążenia chłodniczego (wzrost temperatury w otoczeniu parownika) spowoduje, że czynnik chłodniczy odparuje szybciej, a jego temperatura za parownikiem będzie wyższa. Doprowadzi to do wzrostu ciśnienia w czujniku temperatury oraz siły działającej na grzybek z góry. W wyniku tego większa objętość czynnika przedostanie się do komory niskiego ciśnienia i dalej parownika. Stopień otwarcia dyszy można regulować poprzez obrót śruby nastawczej umieszczonej najczęściej u dołu zaworu (regulacja docisku sprężyny). Jest to jedyny sposób regulacji temperatury przegrzania czynnika w parowniku. Wpływ napięcia sprężyny regulacyjnej na stopień przegrzania przedstawiono na rysunku 2.
Rys. 2. Wpływ napięcia sprężyny regulacyjnej na wielkość przegrzania statycznego Δt, przy zmianie ciśnienia parowania [1]
Wypełnienie czujnika temperatury może być w postaci adsorpcyjnej (najczęściej CO2 i żel silikonowy), ciekłej lub gazowej (para mokra). Dzięki zastosowaniu wypełnienia w postaci pary mokrej lub adsorpcyjnego można skorzystać z funkcji MOP (Maximum Operating Pressure), która chroni sprężarkę przed zbyt wysokim ciśnieniem ssania. Punkt ten określa się poprzez wartość temperatury, w której cała objętość czynnika w czujniku odparuje i dalszy wzrost temperatury nie spowoduje wzrostu siły działającej na membranę zaworu.
W przypadku, gdy w parowniku zachodzi duży spadek ciśnienia, tj. większy niż odpowiadający spadkowi temperatury o 1 K (wartość Δp zależy od rodzaju czynnika chłodniczego), należy zastosować zawór rozprężny z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia, którego przekrój na przykładzie produktu Danfoss przedstawiono na rysunku 1. Natomiast rysunki 3.−5. przedstawiają widoki zewnętrzne przykładowych TZR różnych producentów. Dodatkowy króciec w przestrzeni pomiędzy komorą niskiego ciśnienia, a membraną powoduje, że ciśnienie w komorze niskiego ciśnienia równe jest ciśnieniu panującemu w parowniku. Połączony jest on bezprzeponowo z rurociągiem ssawnym za parownikiem. Zasadę działania TZR z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia przedstawiono na rysunku 6., gdzie Pb oznacza ciśnienie panujące w czujniku temperatury, Ps ciśnienie wywierane przez sprężynę zaworu, a Pe to ciśnienie na początku lub na końcu parownika (w zależności od typu zaworu).
Rys. 3. Termostatyczny zawór rozprężny Danfoss [2]
Rys. 4. Termostatyczny zawór rozprężny Sanhua [3]
Rys. 5. Termostatyczny zawór rozprężny Sporlan [5]
Rys. 6. Zasada działania termostatycznego zaworu rozprężnego z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia [6]
W przypadku montażu TZR w rewersyjnej pompie ciepła, warto jest wykorzystać zawór o przepływie dwukierunkowym. Dzięki temu nie ma konieczności montażu dwóch zaworów i rozbudowy instalacji. Jednak konstrukcja i ruch trzpienia z grzybkiem zaworu są przyczyną zwiększenia oporów przepływu przez zawór.
Termostatyczny zawór rozprężny działa jak regulator proporcjonalny o charakterystyce statycznej zbliżonej do liniowej. Nie zawsze gwarantuje to idealne dostosowanie przepływu czynnika przez parownik do aktualnego zapotrzebowania na moc chłodniczą.
Zasada działania elektronicznego zaworu rozprężnego
(...)
Podsumowanie
Rozwój techniki napędza wzrost wymagań dotyczących regulacji i sterowania urządzeń chłodniczych, klimatyzacyjnych i pomp ciepła, co często determinuje wybór elektronicznych zaworów rozprężnych. Jednak tradycyjne zawory termostatyczne wciąż znajdują zastosowanie w urządzeniach mniejszej wydajności, o mniejszych wymaganiach regulacyjnych, czy po prostu urządzeniach o niższych kosztach produkcyjnych.
Wpływ zmiany zaworu termostatycznego na elektroniczny na przykładzie produktów Carel przedstawiono grafi cznie na rysunku 13. Z wykresu można wywnioskować, że zmiana wpłynęła znacznie na obniżenie i ustabilizowanie się temperatury przegrzania, a także zauważalnie na stabilizację ciśnień skraplania i parowania. Można również stwierdzić, że ciśnienie parowania zostało zwiększone, co również jest korzystnie energetycznie.
Rys. 13. Wpływ zmiany TZR na EZR [4]
Pomimo często znacznie wyższej ceny zaworu elektronicznego, korzyści ekonomiczne wynikające z jego zastosowania w nowoczesnym układzie chłodniczym mogą sprawić, że zakup okaże się bardziej opłacalny niż w przypadku zaworu termostatycznego.
Należy również pamiętać, że w związku z rozwijającą się technologią sprężarek o zmiennych prędkościach obrotowych (inwerterowych) również wzrośnie zastosowanie zaworów elektronicznych, gdyż tylko takie rozwiązanie gwarantuje poprawną współpracę tych podzespołów.
mgr inż. Maciej GRZEGORSKI mgr inż. Jacek JĘDRUSIAK
LITERATURA:
|
PODOBNE ARTYKUŁY:
POLECAMY WYDANIA SPECJALNE
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2024
-
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