Celem chłodnictwa jest:

- obniżenie i utrzymanie temp. środowiska na poziomie niższym niż temp. otoczenia

- aby utrzymać temp. na tym poziomie trzeba stworzyć kolejne środowisko, którego temp. będzie niższa niż temp. interesującego nas środowiska

Aby stworzyć to środowisko wykorzystuje się wiele zjawisk fizycznych:

1. przejście ze stanu stałego do stanu ciekłego czyli topnienie:

- topnienie dla ciał krystalicznych przebiega w stałej ściśle określonej temp.

- w małym stopniu jest zależne od ciśnienie

- ilość ciepła do przemiany 1kg lodu w ciecz o tej samej temp. (temp. topnienia) nazywana jest jednostkowym ciepłem topnienia,

jest prawie niezależne od ciśnienia

- dla wody wynosi 80 kcal/kg

- zjawisko topnienia lodu wykorzystywane jest do obniżania temp. środowiska

- przy użyciu lodu można wykorzystywać temp. zbliżone do 0ºC temp. topnienia lodu

- mieszaniny oziębiające pozwalają uzyskać temp. <0ºC

2. przejście ze stanu stałego w gazowy czyli sublimacja:

- wykorzystywana jest w przypadku suchego lodu zestalonego CO₂

- ciepło sublimacji = ciepło parowania + ciepło topnienia

- temp. i ciepło sublimacji w dużym stopniu zależne są od ciśnienia, w którym przemiana zachodzi

- temp. sublimacji suchego lodu = -79ºC

- ciepło sublimacji suchego lodu = 137 kcal/kg

- ciepło sublimacji jest dużo wyższe niż ciepło topnienia lodu, związane jest to ze złożenia dwóch przemian: parowania i topnienia

3. przejście ze stanu ciekłego w gaz czyli wrzenie, parowanie:

- temp. parowania i ciepło parowania zależą bardzo znacznie od ciśnienia

- ze spadkiem ciśnienia temperatura parowania spada, a wzrasta jednostkowe ciepło parowania

- odprowadzenie 1kg wody przy ciśnieniu atmosferycznym ok. 5

- przy obniżonych ciśnieniach wzrasta do 600 razy ciepło właściwe wody

- regulując ciśnienie można regulować temp. parowania cieczy

- zdecydowana większość urządzeń chłodniczych wykorzystuje to zjawisko (urządzenia sprężarkowe, strumienicowe)

4. rozprężanie gazów:

- obniżenie ich temp. w zależności od temp. gazu przed procesem rozprężania oraz zakresu ciśnień w jakich to rozprężanie następuje

- wykorzystywane jest w urządzeniach chłodniczych powietrznych i urządzeniach do skraplania gazów otrzymuje się ciekły azot, powietrze

5. chłodzenie termoelektryczne:

- w 1834 r. Peltier odkrył ogniwo

Ogniwo Peltiera:

- jest elementem półprzewodnikowym zbudowanym z dwóch bardzo cienkich płytek (ceramika tlenków glinu),

pomiędzy którymi znajdują się szeregowo ułożone półprzewodniki (naprzemiennie typ p i n)

wykonane z tellurku bizmutu domieszkowanego antymonem i selenem.

Termopara:

- to czujnik temperatury wykorzystujący zjawisko Seebecka, będący połączeniem dwóch różnych metali

- składa się z dwóch różnych metali (drucików), spojonych na jednym końcu (strona pomiarowa)

- pod wpływem różnicy temperatury między miejscami złączy (pomiarowego i "zimnego") powstaje siła elektromotoryczna zwana w tym przypadku siłą

termoelektryczną proporcjonalna do różnicy tych temperatur. Spoina pomiarowa może znajdować się w obudowie, instaluje się w miejscu pomiaru temp.

- złącze "zimne" może być wykonane i jest umieszczane w temperaturze odniesienia lub nie jest wykonywane wówczas złączem są zaciski miernika

Podstawowe właściwości termodynamiczne

Ciepło właściwe:

- ilość ciepła jaką trzeba odprowadzić lub dostarczyć do jednostki masy ciała, aby zwiększyć jego temp. o 1K

- jednostką jest [J/kg •K]

- najbardziej charakterystyczne ciepła właściwe to:

~ ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu C_P

~ ciepło właściwe przy stałej objętości C_V

Entalpia właściwa (h):

- jest wielkością, którą można w pewnym uproszczeniu interpretować jako „zawartość energetyczną” danego ciała

- jednostką jest [J/kg]

- można ją zdefiniować jako energię wewnętrzną u wraz z pracą, którą wykonuje czynnik, zapełniając przestrzeń o objętości jednostkowej,

w której panuje ciśnienie p czyli:

h = u + pv

- można wykazać, że entalpię wylicza się także z następującego wzoru:

h = cP (T - Ta)

T - temp. czynnika Ta - temp. odniesienia

Entropia właściwa S:

- jest bardzo użyteczną wielkością termodynamiczną, charakteryzującą odwracalność procesów termodynamicznych

- mierzy się ją w [J/kg •K]

- wszystkie zjawiska nieodwracalna wiążą się ze stratami pracy oraz ze wzrostem enrtopi

- entropia jest funkcją termodynamiczną, która w układach adiabatycznych (bez wymiany ciepła z otoczeniem) podczas przemian odwracalnych

nie zmienia się, natomiast podczas przemian nieodwracalnych rośnie aż do osiągnięcia max w stanie równowagi

- jeżeli do czynnika o temp. T jest dostarczane ciepło w ilości dQ to następuje zmiana wartości entropii ds. według relacji:

I zasada termodynamiki (zasada zachowania energii):

- jeżeli energia wewnętrzna układu się nie zmienia(co określa się jako stan ustalony), to całe doprowadzone do układu ciepło jest w całości przeznaczone

na prace wykonywaną przez układ

Q = ∆u + L

Q - ciepło dostarczane do układu ∆u - zmiana energii wewnętrznej układu L - praca zewnętrzna wykonana przez ten układ

II zasada termodynamiki:

- ciepło jest samorzutnie przekazywane od ośrodka o temp. wyższej do ośrodka o temp. niższej, przy czym ciepło to może zostać częściowo

zamienione na pracę. Aby przekazać ciepło od ośrodka o temp. niższej do ośrodka o temp wyższej należy wykonać dodatkową pracę

Przemiany fazowe czynnika w układzie p-T

Krzywe przemian fazowych dzielą wykres na obszary pary, cieczy, ciała stałego. punkt krytyczny K - punkt powyżej, którego nie istnieje ciecz punkt potrójny Tr - to stan w jakim dana substancja może istnieć w trzech stanach skupienia równocześnie w równowadze termodynamicznej. Na wykresie stanów równowagi jest to punkt przecięcia krzywych równowagi fazowej substancji odpowiadający stanowi równowagi trwałej trzech stanów skupienia (ciało stałe, ciecz, gaz).

W czasie przemian termodynamicznej przy zmianie stanu czynnika wartość jednego z parametrów pozostaje zwykle stała np.:

- przemiana izotermiczna przy T=const

- przemiana izobaryczna przy p=const

- przemiana adiabatyczna przy s=const

- przemiana izentalpowa przy h=const

Jeżeli przemiana może przebiegać w obu kierunkach od stanu początkowego do końcowego oraz od końcowego do początkowego

wtedy jest to przemiana odwracalna.

Obieg termodynamiczny:

- gdy czynnik o pewnym stanie początkowym zostanie poddany kilku przemianom w czasie, których stan jego będzie ulegał zmianom,

lecz w efekcie końcowym wróci do stanu początkowego

Jeżeli obieg taki składa się z przemian odwracalnych to może przebiegać w przód (w prawo) lub w tył (lewo):

W przód Dostarczone ciepło o wysokiej temp. i odprowadzone ciepło o niskiej temp.

Obieg wstecz Z dolnego źródła ciepła pobierane jest ciepło q2 , które oddawane jest w ilości q1 o wyższej temp.

Obieg Carnota:

- obieg, który w zakresie danych temperatur dolnego i górnego źródła ciepła ma największą sprawność

- obieg taki traktowany jest jako idealny

- z nim porównuje się inne obiegi

- obieg ten składa się z 2 przemian izotermicznych i 2 adiabatycznych

- ze względu na odwracalność przemian może być realizowany zarówno w przód jaki i w tył, czyli w tym drugim przypadku jest obiegiem chłodniczym

Czynniki chłodnicze:

- substancje, którymi napełniane są urządzenia chłodnicze, aby otrzymać transport ciepła

Czynniki:

- woda - urządzenia strumienicowe; jej wadą jest konieczność stosowania bardzo niskich ciśnień

- powietrze - gazowe urządzenia

- urządzenia sprężarkowe - dowolna ciecz jeśli tylko posiada odpowiednie właściwości termodynamiczne

Wymagania dla czynników chłodniczych:

▪ chemiczne:

- musi być trwały w zakresie ciśnień i temp.

- nie powinien zmieniać swoich właściwości

- nie powinien się rozkładać i wchodzić w reakcje z elementami urządzenia

- nie może być palny ani wybuchowy

▪ właściwości fizyczne:

- właściwości termodynamiczne, wartości ciśnień i temp. wrzenia

- ciepło parowania: im wyższe tym czynnik mniej razy przetłaczany w obiegu chłodniczym, im niższy tym szybciej musi krążyć

- objętość właściwa pary: im wyższa tym sprężarki muszą przetłoczyć więcej czynnika

- rozpuszczalność i nierozpuszczalność: oleje stosowane do smarowania części maszyn, freony i węglowodory dobrze rozpuszczalne w oleju

- rozpuszczalność wody w czynniku:

▪ właściwości fizjologiczne:

- toksyczność czynnika: czynnik musi być obojętny (freony, węglowodory, które nie powodują skutków ubocznych; amoniak jest toksyczny)

- zapach: korzystne jeśli czynnik charakteryzuje się określonym zapachem jeśli są jakieś nieszczelności można to wyczuć

Wskaźniki ekologiczne:

ODP (Ozone Depletion Potential):

- potencjał niszczenia ozonu

- opisuje destrukcyjne działanie danej substancji na warstwę ozonową w stosunku do substancji odniesienia CFC11

- dla R11 ODP=1

GWP (Global Warming Potential):

- potencjał tworzenia efektu cieplarnianego

- poziomem odniesienia jest dwutlenek węgla, dla którego GWP=1

Klasyfikacja płynów roboczych wykorzystywanych w urządzeniach chłodniczych

- syntetyczne:

•jednorodne

▪ freony

• mieszaniny

▪ azeotropowe - nie wykazujące poślizgu temperaturowego

▪ zeotropowe (nieazeotropowe) - wykazujące poślizg temperaturowy

- naturalne :

• organiczne

▪ węglowodory (lub ich mieszaniny)

• nieorganiczne

▪ amoniak (R-717)

▪ dwutlenek węgla (R-744)

▪ powietrze (R-729)

Freon R13:

- normalna temp. wrzenia <50ºC

- stosowany w celach klimatyzacyjnych

Freon R12 :

- temp. wrzenia -30 ºC

- czynnik idealny do celów chłodniczych

- wycofany z użycia

CFC (chloro-fluoro-carbons) :

- węglowodany w pełni halogenowane chlorem, fluorem lub bromem

- np. CFC-12 R12

HCFC (hydro- chloro-fluoro-carbons) :

- pochodne węglowodorów nie w pełni halogenowane chlorem, fluorem lub bromem czyli zawierające w cząsteczkach atomy wodoru

- np. HCFC-22, HCFC-123

HFC (hydro -fluoro-carbons) :

- pochodne węglowodorów nie w pełni halogenowane, ale nie zawierające atomów chloru lub bromu

- np. HFC-134a, HFC-227a

- uznawane za całkowicie bezpieczne, bardzo stabilne

HC (hydro-carbons):

- węglowodory naturalne

- np. HC-290 (propan), HC-600a (izobutan)

- najbardziej ekologiczne, łatwo palne

- stosowane tylko w małych urządzeniach, w bardzo małych ilościach

FC (fluor-carbons):

- pochodne węglowodorów, w których wszystkie atomy wodoru zastąpiono atomami fluoru

- np. FC-218

- uznawane za całkowicie bezpieczne, bardzo stabilne

Amoniak:

- od niego zaczęło się skuteczne chłodnictwo, cały czas jest stosowany

- stosuje się go w dużych urządzeniach (duże ciepło parowania), a także w średnich i małych urządzeniach chłodniczych

- ma korzystne właściwości termodynamiczne

- uważany za dość bezpieczny, chociaż jest toksyczny i wybuchowy

- działa drażniąco na skórę, błony, układ oddechowy, w większych stężeniach także na układ nerwowy

- stężenie amoniaku:

25 ppm - charakterystyczny zapach wyczuwalny przez ludzi, nie jest szkodliwy, nieograniczony czas przebywania

100 ppm - zaczyna oddziaływać na organizm

2000-5000 ppm - w ciągu 0,5h śmierć przez uduszenie

- o obecności amoniaku jesteśmy o wiele wcześniej informowani (bo wyczuwamy) nim zacznie on działać na organizm

- zagrożenia wybuchowe i pożarowe:

~ pali się słabo i tylko w obecności źródła ognia

~ wybuchowy tylko w ściśle określonych warunkach (15-28% stężenia w powietrzu)

- właściwości termodynamiczne:

~ bardzo korzystne dla zastosowania w chłodnictwie

~ duże ciepło parowania 1400 kJ/kg

Cykl pracy teoretycznej sprężarki tłokowej

V1 - max. objętość cylindra V3 - min. objętość cylindra Vsk - objętość skokowa Vsk = V1 - V3 Vss - objętość zasysana Vss = V1 - V4 a - zawór tłoczny b - zawór ssawny c - pierścienie tłokowe d- tłok e - ścianka cylindra

Jeśli tłok w cylindrze znajduje się w pozycji 1 to objętość jest objętością maksymalną cylindra.

Tłok zaczyna poruszać się w stronę głowicy (2) i powoduje sprężanie.

W pkt. 2 otwiera się zawór tłoczny i od tego momentu czynnik zaczyna wypływać i dostaje się do SKR.

W pkt.3 jest skrajne położenie tłoka, już dalej nie może się przesuwać.

W pkt.2,3 ciśnienie nie rośnie, musi być równe ciśnieniu w SKR.

Pkt. 3 nie jest równy położeniu głowicy.

Objętość od pkt. 3 do ściany głowicy to objętość minimalna cylindra przestrzeń szkodliwa.

Gdy tłok zaczyna poruszać się w prawo czynnik musi się rozprężyć do ciśnienia ssania.

Wskaźnik przestrzeni szkodliwej: - im większe λ tym sprężarka pracuje efektywniej

Wydajność objętości sprężarki:

Podział sprężarek: 1. Ze względu na wydajność: • bardzo małe (poniżej 1 kW) • małe (do kilku kW) • średnie (do 100 kW) • duże (tysiące kW) 2. Ze względu na uszczelnienie wału lub tłoka: • hermetyczne (szczelne) • półhermetyczne (obudowa szczelna może być rozbieralna) 3. Ze względu na liczbę cylindrów: • jednocylindrowe • wielocylindrowe (nawet do 16) 4. W zależności od ilości stopni układu chłodniczego, w którym pracują: • jednostopniowe • wielostopniowe 5. W zależności od czynnika, do którego są przeznaczone: • sprężające powietrze • sprężające gaz

Sprężarki rotacyjne: - nie mają tłoka, posiadają elementy wirujące: ▪ łopatkowe: ~ stosunkowo ciche, praca bardzo równomierna ~ jednoczesne zasysanie i tłoczenie czynnika ~ stosowane w agregatach chłodniczych ▪ śrubowe: ~ składa się w dwóch wirników: jeden ma otwory powietrzne, a drugi wypustki ~ obracając się jeden wirnik wchodzi w wypustki drugiego, nie stykając się ~ im większe obroty tym wpływ przestrzeni szkodliwej mniejszy ~ są trwałe, efektywne, bardzo wydajne, wytwarzają specyficzny gwizd

Wymienniki ciepła

- w układach chłodniczych są to wymienniki ciepła przeponowe, jest między nimi ścianka metalowa, która oddziela środowisko chłodzone od chłodzącego

- rozmiary przeponowych wymienników ciepła zależą od ilości wymienianego ciepła:

- im więcej ciepła chcemy oddać lub odebrać tym większa musi być powierzchnia wymiennika

- różnica temp. ma wpływ na ilość wymienianego ciepła, im ta różnica jest mniejsza tym powierzchnia wymiany ciepła jest większa

K współczynnik wymiany ciepła

- ilość ciepłą, powierzchnia wymiennika i różnica temp. zależą od współczynnika przenikania ciepła k, który zależy od środowiska chłodzącego

Rodzaj urządzenia	wartość k
skraplacze chłodzone wymuszonym obiegiem wody	600-800
skraplacze chłodzone wodą poruszającą się wolniej (grawitacyjnie)	400-500
skraplacze chłodzone powietrzem	kilkanaście lub dwadzieścia parę
chłodnica cieczy (zestaw parowników do chłodzenia cieczy)	kilkaset
chłodnice powietrza	kilkanaście do kilkadziesiąt

Podział skraplaczy:

- w zależności od środowiska chłodzącego:

• chłodzone wodą:

~ z zamkniętym obiegiem (świeżą wodą)

~ z otwartym obiegiem (z wodą przepływającą grawitacyjnie)

• chłodzone powietrzem

Skraplacz dwururowy (rurowy):

- składa się z szeregu wiązek rur połączonych kolankami

- rurami przepływa chłodząca woda

- rury te umieszczone są w większej rurze

- czynnik doprowadzany jest od góry, skrapla się gdy zetknie się z zimną wodą i spływa na dół

Skraplacze wiązkowe :

- wyparły dwururowe

Skraplacze płaszczowo-rurowe poziome :

- zbudowane z dużego zbiornika w kształcie walca z dużą ilością rurek w środku

- zamknięte dnami sitowymi dzięki czemu powstaje zamknięta przestrzeń z wiązką rurek

- pewna ilość wiązek rurek zostaje podzielona, dzięki segmentowani rurek uzyskuje się większy przepływ wody

- woda płynie wewnątrz rurek wielokrotnie zmieniając kierunek

- skraplany czynnik dostaje się do przestrzeni między rurkami

- przez środek rurek płynie woda chłodząca

- czynnik chłodniczy pracuje w obiegu zamkniętym

- skraplacze te są bardzo popularne, stosowane prawie zawsze w agregatach chłodniczych (mają małe gabaryty i dużą wydajność)

- mogą być montowane wewnątrz urządzeń

- WADA: do chłodzenia trzeba stosować czystą wodę o małej twardości

Skraplacz płaszczowo-rurowy pionowy:

- na zew. rurek skrapla się czynnik

- w rurkach płynie zimna woda

- woda przez rurki płynie tylko raz, nie płynie pełną objętością rurek tylko po ściankach zmniejsza się dzięki temu zużycie wody

- powietrze ogrzewa się od chłodzącej wody

- istnieje możliwość używania mniej czystej wody, można je czyścić w ruchu

- muszą być montowane na zewnątrz urządzeń

- są to urządzenia małe i zwarte

Skraplacz ociekowy:

- praktycznie niestosowany

- składa się z wielu wiązek rur w których płynie czynnik chłodniczy, a na zewnątrz płynie woda

- z zewnątrz rurki zraszane są wodą

- woda płynie grawitacyjnie i ocieka na dół

- medium chłodzącym w znacznej części jest powietrze, woda jest czynnikiem pomocniczym

- parująca woda odbiera znaczną ilość ciepła

- WADA: skraplacze te są duże, masywne, potrzebują dużej ilości ciepła

- ZALETA: mogą pracować bez użycia wody, gdy na zew. jest bardzo zimno

Skraplacz natryskowo-wyparny:

- w środku znajduje się wiązka rur, którymi płynie czynnik chłodniczy, od góry rozpryskiwana jest woda

- wentylatory przetłaczają powietrze, woda się skrapla

- jest to układ współprądowy

- zimna woda chłodzi skraplający się czynnik

- stosuje się dodatkowo dochładzacz

- woda, która odparuje jest uzupełniana z zewnątrz

- ponieważ woda krąży w obiegu zamkniętym, jej zużycie jest minimalne

- ZALETA: zajmują mało powierzchni, duża wydajność, tanie w eksploatacji, zimą może pracować bez użycia wody

- musi być montowane na zewnątrz hali

Skraplacze powietrzne:

- uzyskuje się temp. skraplania ok. 50ºC w lecie

- stosowane w urządzeniach chłodniczych małych i średnich

- wymagają ok. 10-krotnie większej powierzchni wymiany ciepła niż skraplacze wodne

- są często użebrowane lub laminowane co zwiększa powierzchnię wymiany ciepła

- mogą być montowane na dachu maszynowni

Skraplacz powietrzny z wymuszonym obiegiem powietrza :

- ponieważ wentylator wprowadza dodatkową porcję energii, która zamieniana jest na powierzchnię skraplacza

stosuje się wentylatory zasysające powietrze i wytłaczające do zewnątrz

- nie pogarsza to warunków wymiany ciepła

- wypływająca ze skraplacza gorąca woda rozpryskiwana jest w chłodni do wody i kontaktuje się z powietrzem z wentylatora

DOCHŁADZACZ:

- stosowany jest wtedy gdy skraplacz nie może spowodować uzyskania temp. niższej niż temp. skraplania

- woda kierowana do skraplacza jest to woda cieplejsza

Parowniki

- zasady doboru takie same jak przy skraplaczach

- istnieją bezprzeponowe wymienniki ciepła

- przy obliczaniu powierzchni chłodnic taki sam wzór jak przy skraplaczach

- jeśli zwiększymy powierzchnię wymiennika to można wymienić więcej ciepła

- jeśli zmniejszymy powierzchnię parownika zwiększy się różnica temp., zmniejszy się wydajność chłodnicza, pogorszą się warunki pracy

- obniżenie temp. parowania czynnika i temp. powierzchni parownika po przekroczeniu punktu rosy na powierzchni parownika występuje wykraplanie

lub wyszronienie spadek wilgotności względnej w komorze, zwiększa się ususzka przechowywanych produktów

Podział parowników:

- parownik do chłodzenia cieczy:

• z obiegiem zamkniętym (jeśli chłodzona ciecz nie styka się z powietrzem atmosferycznym)

• z obiegiem otwartym (ciecz znajduje się w kontakcie z powietrzem)

- parowniki do chłodzenia powietrza:

• o grawitacyjnym przepływie powietrza (naturalnym)

• o wymuszonym przepływie powietrza

Parowniki do chłodzenia cieczy:

- płaszczowo-rurowy zamknięty

- konstrukcja podobna do skraplacza płaszczowo-rurowego poziomego

- w środku znajduje się wiązka rurek

- wewnątrz rurek płynie chłodzona ciecz, na zewnątrz czynnik chłodzący, który się skrapla

- schłodzoną ciecz określa się jako „solanka”

- solankę zastępuje się coraz częściej innymi roztworami nie zamarzającymi

- ciecze te powinny mieć temp. krzepnięcia niższą od min. temp. występującej w parowniku, aby nie zamarzała

- ciekły amoniak doprowadzany jest od dołu, pary odpływają w górnej części

- zasobnik zimna:

~ składa się ze zbiornika, w którym znajduje się chłodzona ciecz

~ włożona jest tam wężownica przez którą przepływa czynnik chłodniczy

~ mieszadła powodują ruch cieczy i wyrównanie temp.

~ może gromadzić niewykorzystane ilości zimna, które można wykorzystać kiedy indziej

~ wymrażanie lodu na zewnętrznej warstwie rur jest niegroźne, pogarsza się tylko współczynnik przenikania ciepła

- chłodnica mokra ociekowa do chłodzenia powietrza:

~ powietrze chłodzone jest dzięki bezpośredniemu kontaktowi z rozpyloną solanką

~ powietrze o bardzo dużej wilgotności względnej uzyskuje się ekstremalnie chłodne powietrze, które minimalizuje ususzkę

Parowniki do chłodzenia powietrza:

- stromorurowy:

~ z grawitacyjnym przepływem powietrza

~ dwa kolektory górny i dolny:

∙ dołem doprowadza się ciecz

∙ górą odprowadzane są pary

~ nie stosuje się do urządzeń pracujących z freonem

~ montowane przy stropach

- wężownicowe:

~ do pracy z freonem

Parownik podstropowy z rur żebrowanych:

- żebra zwiększają powierzchnię wymiany ciepła

- powietrze schładzając się na żebrach opada grawitacyjnie dół

Parownik lamelowany przyścienny do amoniaku:

- lamele obsługują całe wiązki rur

- chłodnice lamelowane do freonu z wymuszonym przepływem powietrza

- stosuje się nadmuch powietrza na użebrowane lub lamelowane rurki

Chłodnica komorowa:

- do chłodzenia powietrza zewnętrznego doprowadzanego do komory

- składa się z przestrzeni w której znajduje się parownik, system kanałów (ssawne i tłoczne) do równomiernego rozprowadzania powietrza w całej komorze

- odmrażanie parownika proste i szybkie

Parownik blaszany:

- zwykle do chłodzenia powietrza

- składa się z dwóch blach pomiędzy którymi znajduje się system kanalików przez które przepływa czynnik

- stosowane w urządzeniach kontaktowych

Regulacja urządzeń chłodniczych:

- stosowana aby parametry urządzenia były na w miarę stały poziomie

Rodzaje regulacji:

• regulacja ciągła (w sposób ciągły dopasowuje się do obciążenia cieplnego):

- najlepsza jest regulacja poprzez zmianę wydajności chłodniczej urządzenia, prędkości obrotowej

- częściej stosuje się układ silnik-prądnica (płynna regulacja wydajności)

- dławienie zasysanej pary przez sprężarkę

- upust części sprężanego czynnika na stronę ssawną (sztuczne poprawianie wartości pracy sprężarki)

- automatyczne otwieranie zaworów ssawnych

- zmiana przestrzeni szkodliwej SPR ( nie da się jej wyeliminować całkowicie, należy ograniczyć do min.)

• regulacja skokowa ( zmienia się stopniowo o jakiś gradient) :

- włączanie lub wyłączanie SPR (temp. parownika zmienia się od jednej do drugiej zadanej wielkości)

- włączanie lub wyłączanie dopływu czynnika do parownika (jeśli zmienia się ilość parowników pracujących zmienia się wydajność)

- włączanie lub wyłączanie wentylatorów na parownikach (wydajność spada jeżeli wyłączymy wentylator)

Jeśli wydajność chłodnicza jest za duża można wyłączyć poszczególne cylindry SPR.

Łączy się stronę ssawną z tłoczną więc SPR ani nie zasysa ani nie spręża czynnika.

W zależności od ilości cylindrów taka jest ilość stopni regulacji.

W przypadkach gdy wymagana jest precyzyjna regulacja można stosować urządzenia kombinowane.

Przy dużych wydajnościach chłodniczych dokładna regulacja nie jest niezbędna.

Urządzenia zamrażalnicze

Aparaty powietrzne:

• tunele o działaniu okresowym lub ciągłym α = 15-20 W/m²∙K

• komorowe (w zamrażarkach domowych) mały współczynnik α

• taśmowe(urządzenia do zamrażania produktów w kartonach) α = 20-30 W/m²∙K

- jednotaśmowe

- wielotaśmowe

- taśmowe spiralne

• fluidyzacyjne α = 100-150 W/m²∙K

Aparaty kontaktowe:

- zamrażany produkt styka się z częściami metalowymi aparatu α = ok. 500-600 W/m²∙K

• płytowe

• bębnowe

• taśmowe(najbardziej nowoczesne, uniwersalne)

Aparaty immersyjne:

- jedne z najstarszych typów

- stosowano solankę, głównie do mrożenia ryb

- jest to zamrażanie bez opakowań, bardzo szybkie

- współczynnik α zależy od ruchu solanki, jeśli jest intensywnie mieszana to α jest wyższe

- α = 400-800 W/m²∙K

- mrożony produkt może mieć dowolne kształty

- WADA: produkt styka się z solanką, co szkodzi części produktów, niski poziom higieny, wysokie ryzyko zakażenia mikrobiologicznego

Aparaty kriogeniczne (immersyjne w cieczach wrzących):

- najwyższy współczynnik α > 1000 W/m²∙K

- stosowane ciecze:

~ ciekły azot

~ ciekły dwutlenek węgla

~ stosowano także ciekłe powietrze

- dawnie j stosowano zamrażanie w ciekłych freonach, obecnie się nie stosuje

Szybkie zamrażanie: - kryształy lodu są mniejsze, są równe wielkości komórek - lód powstaje w komórkach i w przestrzeniach międzykomórkowych

Powolne zamrażanie: - kryształy lodu powstają tylko w przestrzeniach międzykomórkowych

Odtajanie parowników

Większość parowników pracuje z powietrzem jako czynnikiem chłodzącym.

Powietrze zawiera dużą ilość pary wodnej, przy wilgotniejszym powietrzu jest więcej pary.

Jeśli więc je chłodzimy to po osiągnięciu punktu rosy będzie się wykraplać lub wymrażać (jeśli temp. <0ºC).

Jeśli powietrze >0ºC skropliny, które spadają do rynienki i odprowadzamy do kanalizacji.

Jeśli temp. parownika <0 ºC na parowniku powstaje lód lub szron z dużej liczby luźnych kryształów.

Cel odtajania:

- aby utrzymać wartość współczynnika K na odpowiednio wysokim poziomie

Odtajanie okresowe w komorach powyżej 0 ºC:

- kolejną odłącza się parowniki od źródła, przestaje dopływać czynnik ciekły

- lód się stapia, bo temp. wzrasta

- gdy całkowicie stopi się lód zawory są odkręcane i znów zaczyna dopływać czynnik ciekły

- i tak postępuje się kolejno z każdym parownikiem

- jeżeli w komorze jest jeden parownik, to stosuje się okresowe odtajanie (wyłączamy na dłuższy okres, do czasu aż cały lód się stopi)

- po odszronieniu, w czasie powstawania na pow. parownika pierwszych kryształów lodu współczynnik K wzrasta, jest większy niż na czystym parowniku

- na skutek narastania kryształów lodu wzrasta jego powierzchnia wymiany ciepła. Wzrost jest krótkotrwały, bo w miarę wzrastania kryształów współczynnik

się pogarsza, bo warstwa lodu jest coraz grubsza. Dlatego potrzebne jest okresowe odszranianie ( odtajanie)

Rodzaje odtajania:

▪ naturalne - gdy temp. w komorze >0 ºC

▪ sztuczne - w chłodniach niskotemperaturowych

Metody sztucznego odtajania:

- polegają na doprowadzaniu do powstałego na parowniku szronu ciepła z zewnątrz źródła, dzięki temu ulega on roztopieniu

- dodatkowe źródła ciepła:

~ woda

~ gorące pary czynnika chłodniczego (najczęściej w dużych urządzeniach)

~ energia elektryczna doprowadzona poprzez specjalnie zamontowane grzejniki ciepła

~ solanka, która odtaja w temp. poniżej 0 ºC , dzięki temu temp. parownika też jest niższa od 0 ºC

(niestety solanki ulegają rozcieńczeniu wodą, która powstaje z lodu i przed kolejnym odtajaniem należy je zagęścić)

Odtajanie wodą:

- nad parownikiem zamontowane są dysze do rozprowadzania wody

- w czasie rozpryskiwania woda uzyskuje temp. bliską 0ºC i roztapia lód

- wszystko to dzieje się w komorze o temp. <0 ºC, więc rynna którą woda jest doprowadzana musi być podgrzewana, aby nie zamarzła

- WADA : musi zostać roztopiona cała masa lodu, trzeba użyć dużo wody lub solanki

Odtajanie przy pomocy par czynnika chłodniczego:

- nie obciąża się urządzenia dodatkowymi pokładami ciepła

- na okres odtajania zmienia się kierunek par czynnika chłodniczego

- jeśli wpłyną do parownika to będzie się on ogrzewał, a lód będzie się topić od powierzchni, która styka się z metalową powierzchnią parownika

- reszta spada na tace pod parownikiem

- w parowniku powstaje pewna ilość skraplanego czynnika, która musi być odprowadzona

- dzięki oszranianiu uzyskuje się 2 efekty:

~ odtajanie parownika

~ uzyskanie pewnej ilości skroplonego czynnika, które mogą być wykorzystane do chłodzenia

- WADA: skomplikowana instalacja, stosowana w dużych urządzeniach chłodniczych

Odtajanie przy użyciu grzejników elektrycznych:

- najprostszy instalacyjnie sposób odtajania

- wystarczy odprowadzenie wody i doprowadzenie energii

- przewody grzejne umieszczone wzdłuż rur, które włącza się gdy chce się oszronić parownik

- ciepło jest bardzo dobrze rozprowadzane, dzięki temu lód szybko się topi

- lód po roztopieniu niewielkiej jego części pod wpływem własnego ciężaru opada

- ilość doprowadzonej energii jest stosunkowo mała

- w komorach niskotemperaturowych parowniki na okres odszraniania powinny być dobrze odizolowane od środowiska

(aby ilość potrzebnej energii do odszraniania nie było zbyt dużo, aby proces nie trwał zbyt długo, by nie było skoków temp.)

BILANS CIEPLNY CHŁODNI

- ilość ciepła doprowadzana do urządzeń chłodniczych nie jest stała

- układa się bilans cieplny dobowy (najczęściej), godzinny (dla urządzeń wychładzalniczych, zamrażających)

Składniki bilansu:

1. Ciepło przenikające przez przegrody z zewnątrz do wewnątrz przez wszystkie ściany, stropy, podłogę:

Q - ilość ciepła przenikająca przez przegrody F - pole powierzchni wymiany (dla dużych komór przyjmuje się powierzchnię zew. , dla małych średnia geometryczna wew. i zew.) k - współczynnik przenikania ciepła tz - temp. na zewnątrz (zmienna, zależy od otoczenia jakim komora się znajduje) tw - temp. wewnątrz (jest stała w zależności od komory)

t_z w 40% zależy od średniej temp. najcieplejszego miesiąca w roku i w 60% od max rejestrowanej temp.

średnia temp. obliczeniowa = 0,4 najcieplejszego miesiąca + 0,6 max. temp.

Przez zewnętrzne ściany przenika także ciepło promieniowania słonecznego.

Stosuje się więc empiryczne uproszczenia, zwiększa się różnicę między stroną zew. i wew.

Dodaje się odpowiednią wartość od 5-10ºC dla ścian południowych i wschodnich do 20ºC dla dachu chłodni.

2. Ciepło odbierane od produktów:

- w przypadku chłodni zerowych, składowych nie powinien występować, powinno się wprowadzać produkt o temp, która panuje w komorze

- często wprowadza się produkt cieplejszy, który ochładza się w komorze

- wzory empiryczne w których występuje entalpia produktu, którą oblicza się w odniesieniu do jakiegoś punktu w którym entalpia=0

3. Ciepło wentylacji:

- wszystkie komory musza być wentylowane ok. 0ºC 5-6 razy wymieniane powietrze

- powietrze, które wpływa to mieszanina gazów i pary, powietrze się wykrapla lub wymraża na parowniku dlatego należy uwzględnić entalpię

V - objętość komory ρp - gęstość powietrza kw - krotność wymiany

4. Ciepło pracy silników elektrycznych:

- 100% energii zamienia się na prace

5. Energia zużywana na oświetlenie:

- 100% energii zamienia się na prace

6. Ciepło oddychania produktów spożywczych:

- dotyczy komór o temp. bliskich 0ºC i zerowych

- produkty wydzielają ciepło w zależności od temp.

- ciepło to należy odprowadzić bo zwiększa temp. w komorze

7. Ciepło pracy ludzi:

- ciepło oddychania przez ludzi, które zawiera też dużo wilgoci oraz ciepło ze skóry

- im w niższej temp. się pracuje tym więcej ciepła się wydziela

8. Dodatkowe starty nieuchwytne

12

---