2 Температурно - енергетичнi параметри холодильникiв

Найважливіша група техніко-експлуатаційних показників - температурно-енергетичні параметри. Температуру в плюсовому відділенні регулює по ¬ споживач, тому вона не може бути показником якості холодильника без певних обмежуючих умов, таких, наприклад, як значення tокр = 32 ° С, безперервність роботи холодильної машини. У цих умовах підтримка температури в плюсовому відділенні Tпл нижче 0 ° С свідчить про хорошу якість холодильника.

Температура в низькотемпературному відділенні характеризує допустиму тривалість зберігання заморожених продуктів без зниження їх якості. У вітчизняній та міжнародній практиці встановлено три рівня температур: -6, -12 і -18 ° С (маркування: «одна зірочка», «дві зірочки» і «три зірочки»). Завод-виробник, маркіруючи холодильник, гарантує підтримку температури на заданому рівні при обговорених умовах, а саме: tокр = 32 ° С, tпл <5 ° C; tокр = 16 ° C, tпл> 0 ° C.

Зазвичай в плюсовому відділенні температура змінюється по циклу в межах 0,5 - 1,5 ° С, у холодильниках з «плаче» випарником - в межах 2 - 4 ° С. Наявність продуктів в холодильнику істотно знижує коливання температури повітря у відділеннях. Продукти, запасаючи холод протягом роботи холодильної машини і віддаючи його при стоянці, служать акумулятором, що згладжує коливання температури. Коливання температури поверхні самих продуктів приблизно в 10 разів менше середнього рівня коливань температури повітря в камері. Чим вище частота включень, тим вже діапазон змін температури продуктів.

Витрата електроенергії визначає економічність роботи апарату, величина його залежить від уставки терморегулятора і температури навколишнього повітря. Для характеристики холодильників з широкого діапазону температур навколишнього повітря обрані два значення, при яких визначається витрата електроенергії. Режими роботи при обраних значеннях отримали назви «номінальний» і «стандартний»; ці режими характеризуються також певним значенням температури в плюсовому відділенні холодильника і температурою в низькотемпературному відділенні, відповідної маркуванню зірочками.

Номінальний режим служить для визначення витрати електроенергії при температурі навколишнього повітря, характерної для середньорічних умов експлуатації. Величина витрати електроенергії, певна при цьому режимі (номінальний витрата), дозволяє судити про показники роботи апарату у споживача. Значення номінальної витрати електроенергії вказується заводом-виготовлювачем у паспорті холодильника. Для номінального режиму роботи холодильників обох виконань (помірного і тропічного) встановлені наступні значення температур: tокр = 25 ° С, tпл = 5 ° С.Стандартний режим служить для оцінки температурно-енергетичних показників апаратів.

Стандартні умови випробувань холодильників у виконанні для помірного клімату tокр = 32 ° С, tпл = 5 ° С; у виконанні для тропічного клімату tокр = 43 ° С, tпл = 7 ° С.

Вибір для стандартного режиму високої температури навколишнього повітря викликаний наступними міркуваннями. При низьких температурах навколишнього повітря холодильний агрегат має малі значення коефіцієнта робочого часу, тобто великий запас холодопродуктивності. При високих температурах навколишнього повітря коефіцієнт робочого часу зростає і агрегат працює з великим завантаженням. Очевидно, що абсолютне значення різниці між витратою енергії «хорошим» і «поганим» холодильниками більше при високій температурі навколишнього повітря. Отже, економічність апарату легше виявити при високій Tокр.

Витрата енергії у якісних і неякісних холодильників при tокр = 20 ° С різниться незначно; в міру підвищення Tокр різниця стає все помітнішою. У відсотковому відношенні розкид показників різних холодильників приблизно однаковий при різних температурах навколишнього повітря, кілька зменшуючись (з 47 до 44%) при підвищенні tокр з 20 до 32 ° С.

Рисунок 2.1 - Розкид значень витрати енергії різних холодильників.

Рисунок 2.2 - Питома витрата енергії холодильників вітчизняних (гуртки) і зарубіжних (хрестики)

Порівнюючи витрата енергії різних холодильників, необхідно враховувати маркування низькотемпературного відділення. Для забезпечення низької температури у відділеннях, маркованих зірочками, потрібно підвищений витрата енергії. У холодильниках з двома зірочками витрата енергії на 20-30% вище енергії. У холодильниках з двома зірочками витрата енергії на 20-30% вище (за інших різних різних умов), ніж у холодильниках, маркованих однією зірочкою; в холодильниках з трьома зірочками витрата електроенергії зростає ще на 20-25%.

У числі інших показників при порівнянні холодильників часто використовується питома витрата електроенергії, тобто витрата енергії, що припадає на одиницю ємності:W = W / VОБЩ (1.8)

На рис.1.3 представлені значення питомої витрати енергії для вітчизняних і зарубіжних холодильників. Цей показник значною мірою залежить від обсягу холодильника (коефіцієнт пропорційності дорівнює одиниці), тому застосовувати його можна лише для оцінки холодильників близьких ємностей.

Другим видатковими показником, є коефіцієнт робочого часу b. Він визначається як відношення тривалості робочої частини циклу до тривалості всього циклу.

Коефіцієнт робочого часу служить мірою витрати енергії для компресорів однаковою або близькою продуктивності; крім того, за його величиною можна визначити резерв холодопродуктивності, яким володіє холодильний агрегат за даних умов. У вітчизняних холодильників коефіцієнт робочого часу при роботі в номінальному режимі становить зазвичай 0,25-0,35, в стандартному режимі- 0 ,5-0, 7.

Важливим показником, що дозволяє оцінити потребную холодопродуктивність агрегату і якість конструкції шафи, є теплопроходімость холодильника - kF. Величина теплопроходімості визначає теплопритоку в шафу і навантаження на холодильний агрегат.

Умовно можна виділити 2 джерела проникнення тепла в шафу: перший-через огорожу шафи і другий - через щілини, не щільність і теплові містки. Теплопередача через огорожу залежить в основному від товщини та коефіцієнта теплопровідності ізоляції. Приплив тепла через не щільність і теплові містки може доходити до 20% величини теплопроходімості шафи. Значення теплопроходімості деяких вітчизняних і зарубіжних холодильників, що дозволяють судити про середній рівень цього показника, представлені на рис.3. Необхідно пам'ятати, що зазначені залежності і величини температур і витрати енергії відносяться до порожніх, що не завантаженим продуктами апарату і є певною мірою умовними величинами, що дозволяють порівнювати технічний рівень різних холодильників.

Рисунок - 2.3. Теплопроходімость холодильників: 1 - вітчизняні холодильники, 2 - зарубіжні холодильники.

Виникненням додаткового теплового навантаження від внесених продуктів і відкривання дверей.

Відкривання дверей істотно впливає на режим роботи холодильника. На рис. 4 показано зміна потужності, що відбирається з мережі, при циклічній роботі холодильника ємністю 145 л. Суцільними лініями показана миттєва потужність N і середня потужність за цикл Nц при сталому режимі, пунктирними лініями N і Nц - їх значення після одноразового відкривання дверей тривалістю = 15с негайно після зупинки компресора. Тривалість неробочої частини першого циклу скорочується, а робочої збільшується. Сумарна тривалість циклу збільшується незначно. Через 45 хв холодильник знову входить в сталий режим. Середня потужність за цикл Nц зростає і поступово знижується до значення, відповідного сталому режиму.

Рисунок 2.4 - Зміна споживаної потужності холодильника ємністю 145 л в результаті відкривання дверей.

Перевитрата енергії залежить не тільки від тривалості, але і від кута відкривання дверей. Проте випробування холодильника ємністю 180л при 1окр = 24,6 ° С, 1ПЛ = 4,6 ° С і відкриванні дверей на 1 хв показали, що при куті відчинення дверей 30 ° і вище втрати були постійними, а при малих кутах відкривання майже пропорційні величині кута.

Після відкривання дверей температура в холодильній камері зростає спершу швидко, потім все більш уповільнено. У першу секунду в камері замінюється близько 80% повітря. Чим довше відкрита двері, тим більше перевитрата енергії Lпер, причому питома перевитрата енергії на одиницю часу відкривання дверей, навпаки, знижується. Для охолодження повітря в обсязі холодильної камери від tокр до Tпл потрібно близько 0,3 Вт * ч. Підвищення Lпер над цим значеннями показує, що при відкритій двері виникає вільна конвекція повітря, охолоджуваного випарником і стінками холодильної камери протягом усього часу, поки двері відкриті.

З пониженням температури кипіння перевитрата енергії помітно зростає при двері, відкритої протягом 1 хв на кут 90 ° у холодильнику ємністю 180 л при Tокр = 24,7 ± 1,4 ° С перевитрата енергії лінійно зростає від 6 до 11 Вт * год при зниженні середньої температури кипіння з - 9,5 до -15 ° С.

Зі спостережень за експлуатацією холодильників відомо, що тривалість відкривання дверей коливається в межах 8-23 с, складаючи в середньому 10-15 с; двері відкриваються максимум 80 разів на добу. Число відмикань двері зменшується в міру зниження ємності холодильника, на кожні 10 л. ємності холодильника припадає приблизно 35 відкривань дверей. Таким чином, добова витрата енергії при відкриванні дверей в номінальному режимі роботи холодильника може зрости на 10-20%.

Навантаження на електромережу даними енергоспоживачів визначає споживана потужність. Знаючи величину споживаної потужності і фактичну тривалість роботи енергоспоживача в годинах, неважко визначити кількість витрачається їм електроенергії.

У абсорбційних холодильників електрична потужність споживається електронагрівником, у компресійних - двигуном компресора. У холодильника з автоматичним розморожуванням випарників, які мають вентилятори, а також нагрівальні пристрої, додатково витрачається потужність на роботу цих енергоспоживачів.

Потужність електронагрівачів у різних холодильників абсорбції від 50 до 140 Вт. При цьому майже у всіх холодильників застосовані двох-і трьох-секційні нагрівачі, потужність яких можна змінювати.

Споживана потужність двигунів у різних компресійних холодильників від 80 до 250 Вт в залежності від обсягу холодильника, кількості камер, а також від температурного режиму в морозильнику. Проте в кожному холодильнику споживана потужність непостійна. Вона залежить від навантаження на компресор і змінюється при змінах температури повітря в приміщенні. З підвищенням температури повітря споживана потужність збільшується.

Споживана потужність двигуна змінюється також залежно від тривалості роботи компресора в кожному циклі. Так, при включенні двигуна споживана потужність, миттєво досягнувши свого максимуму, в подальшому поступово знижується і при тривалій роботі встановлюється постійною. Тому середня споживана потужність двигуна буде в режимі найменшого холоду трохи вище (приблизно на 10 ... 15%), ніж при роботі в ре жимі найбільшого холоду.

Витрата електроенергії холодильником залежить від теплового навантаження на холодильний агрегат і змінюється при зміні заданої температури в холодильника, а також при зміні температури повітря в приміщенні. Так, при підвищенні температури повітря в приміщенні і зміні температури в холодильника в бік її зниження, витрата електроенергії збільшується.

У компресійних холодильників це відбувається внаслідок підвищення споживаної потужності двигуна і збільшення тривалості роботи двигунів в кожному циклі. У холодильників абсорбції зі східчастими електронагрівача, що не мають терморегулятора і працюючих безперервно, витрата електроенергії залежить тільки від потужності нагрівача. При роботі з максимальною потужністю нагрівача витрата електроенергії з підвищенням температури повітря в приміщенні залишається незмінним, однак при цьому підвищується температура в холодильнику.

Враховуючи вплив температурних умов, витрата електроенергії холодильника вимірюється за певних (умовно прийнятих) температурах повітря в приміщенні і в холодильнику. Витрата електроенергії холодильниками звичайної комфортності з холодильною камерою з полімерних матеріалів в кліматичному виконанні У при температурі навколишнього повітря 32 ° С, середній температурі в холодильній камері 5 ° С, температурі в низькотемпературному відділенні -6 ° С і мінімальному обсязі низькотемпературного відділення не повинен перевищувати значень наведених в табл. 1.3

Таблця 1.3 - Витрата електроенергії побутових холодильникiв

Загальний внутрішній обсяг, дм3	Витрата електроенергії, кВт * год / добу.
	компресійні холодильники	холодильники абсорбції
60	1,21	2,2
80	1,28	2,4
100	1,35	2,65
120	1,4	2,9
140	1,5	3,15
160	1,57	3,55
180	1,63	3,9
200	1,72	4,1
220	1,82	-
240	1,9	-
260	2	-
280	2,1	-

Кількість циклів на годину, тривалість циклу, коефіцієнт робочого часу не вказуються в технічній характеристиці холодильника, так як ці параметри побічно входять в показник витрати електроенергії.

Всі компресійні, а також холодильники абсорбції, що мають терморегулятори, працюють циклічно, періодично вимикаючись при досягненні в камері заданої температури і знову включаючись при її підвищенні. Таким чином, кожен цикл (τЦ) складається з робочої частини (τР), протягом якої холодильний агрегат працює, і неробочої (τО), протягом якої холодильний агрегат знаходиться у вимкненому стані:

τЦ = τР + τО

де τЦ - тривалість циклу;

τР - тривалість робочої частини циклу;

τО - тривалість неробочої частини циклу (простою агрегату).При тривалості циклу

τЦ у хвилинах кількість циклів ηЦ на годину буде ηЦ = 60 /τЦ     

Тривалість циклу і кількість циклів на годину не є якісними показниками холодильника, проте у компресійних холодильників їх відхилення від існуючих норм небажані.

У нормальних умовах експлуатації компресійних холодильників кількість циклів повинно бути від 3 до 10 на годину, що відповідає тривалості ¬ ності циклу від 6 до 20 хвилин

Збільшення кількості циклів більше 10 на годину і, відповідно, зменшення тривалості циклу менше 6 хвилин небажано за наступними при чинам:

• в момент запуску двигуна через його обмотки проходить великий струм, при частих включеннях це призведе до підвищеного нагрівання обмоток;

• при дуже малої тривалості роботи двигуна буде дещо підвищена споживана потужність і, отже, підвищений витрата елек ¬ троенергії;

• велика кількість циклів негативно відбивається на роботі терморегулятора та пускового реле, так як при частих розмикання контактів погіршується їх комунікаційна стійкість;

• при великій кількості циклів погіршуються умови запуску двигуна.

Це відбувається тому, що із збільшенням кількості циклів і зменшенням при цьому часу простою мотор-компресора капілярна слухавка не зможе пропустити потрібну кількість холодоагенту з конденсатора у випарник, щоб у нагнітальної лінії понизився тиск, достатній для запуску двигуна.

Занадто мала кількість циклів на годину і, відповідно, більша про ¬ лість циклу також небажані. Із збільшенням тривалості роботи компресора температура в холодильнику буде більше знижуватися, при збільшеному часу простою компресора, навпаки, - більше підвищуватися. Таким чином, при надмірно малій кількості циклів в холодильнику буде спостерігатися щодо велике коливання температури, що погіршить умови зберігання продуктів.Більш істотним показником є ​​коефіцієнт робочого часу b, який представляє відношення робочої частини циклу до тривалості всього циклу: b = τР / τЦ

Так, якщо холодильний агрегат працює в циклі 4 хвилини і простоює 12 хвилин, його коефіцієнт робочого часу буде дорівнюєb = 4/16 = 0,25При множенні величини коефіцієнта на 100 отримаємо тривалістю-ність роботи холодильного агрегату у відсотках. Так, при отриманому вище значення b = 0,25 холодильний агрегат фактично працює тільки 25% часу, а 75% часу простоює. Отже, даний агрегат буде працювати на протязі години 15 хв, протягом доби - 6 год і т.д.