Proces cyklu chłodniczego w diagramie h, log p — przegrzanie, podchłodzenie i wydajność

Kiedy uczysz się wymiarować, debugować i optymalizować systemy chłodzenia, w końcu trafiasz na to samo narzędzie: diagram h,log p. To diagram, gdzie stan czynnika chłodzącego — ciśnienie, temperatura i zawartość energii (entalpia) — mogą być odczytane i gdzie cały proces cyklu może być narysowany jako czworokąt. Cele kompetencji szkolenia wspominają to bezpośrednio: powinieneś móc rysować cykle procesów w diagramach h,log p i wyprowadzić stałe fizyczne i wydajności specyficzne dla danego czynnika chłodzącego z nich. Diagram jest innymi słowy nie materiał szkolny, którym dysponujesz po kursie podstawowym — jest to narzędzie pracy, które używasz przez resztę swojej kariery.

Na osi pionowej odczytuje się ciśnienie na skali logarytmicznej (stąd 'log p'), a na osi poziomej odczytuje się entalpię — czyli ile energii zawiera chłodziwo na kilogram. W środku diagramu leży krzywa w kształcie dzwonu: na lewo od krzywej chłodziwo jest ciekłe, na prawo jest parą, a pod samą krzywą jest mieszaniną cieczy i pary. Każda krzywa w diagramie dotyczy konkretnego chłodziva, ponieważ różne substancje wrzą i skraplają się przy różnych ciśnieniach i temperaturach.

Sama cykl przepływu jest rysowana jako cztery segmenty linii, które następują cztery główne komponenty w urządzeniu. Z parownika czynnik chłodzący jest ssany do kompresora jako para przy niskim ciśnieniu. W kompresji jest ono sprężane, a zarówno ciśnienie jak i temperatura wzrastają znacznie — widać to na diagramie jako pionowy skok na wyższy poziom ciśnienia. W kondensatorze czynnik chłodzący oddaje ciepło do otoczenia przy prawie stałym ciśnieniu, aż staje się ciekły. Przez zawór ekspansji ciśnienie spada gwałtownie, bez zmiany entalpii — to pionowa linia w dół do strony niskiego ciśnienia. Wreszcie czynnik chłodzący pochłania ciepło w parownikiem i paruje się ponownie przy niskim ciśnieniu, i cykl się zamyka.

• 01Parownik: chłodziwo pobiera ciepło i paruje przy niskim ciśnieniu.
• 02Kompresor: płyn chłodzący jest ściskany — ciśnienie i temperatura rosną
• 03Skraplacz: czynnik chłodniczy oddaje ciepło i staje się cieczą przy wysokim ciśnieniu.
• 04Zawór ekspansji: ciśnienie spada gwałtownie, bez zmiany zawartości energii.

Przegrzanie to różnica między temperaturą, którą chłodziwo faktycznie ma, gdy opuszcza parownik, a temperaturą, przy której byłoby wrzące przy bieżącym ciśnieniu (temperaturą nasycenia). Jeśli przegrzanie jest zbyt małe, ryzykujesz, że ciekłe chłodziwo wciąż wchodzi do kompresora, co może go uszkodzić — ciekłe chłodziwo nie daje się ścisnąć jak para. Jeśli przegrzanie jest zbyt duże, parownik nie jest w pełni wykorzystywany, a system staje się mniej wydajny. Dlatego przegrzanie to coś, co mierzysz i regulujesz za każdym razem, gdy serwisować lub uruchamiać system z zastawką ekspansyjną, która steruje dokładnie tym zasadą.

Podchłodzenie to odpowiednia wielkość po stronie wysokiego ciśnienia: różnica między temperaturą nasycenia skraplacza przy zmierzonym ciśnieniu a rzeczywistą temperaturą ciekłego czynnika chłodniczego, tuż przed osiągnięciem zaworu ekspansji. Pewne podchłodzenie zapewnia, że rzeczywiście jest 100% cieczy na zaworze ekspansji — jeśli jest mieszanina pary, zawór ekspansji traci swoją pojemność, a urządzenie działa mniej niż powinno. Za mało podchłodzenia może wskazywać na za mało czynnika chłodniczego lub skraplacz, który nie oddaje ciepła wystarczająco skutecznie; zbyt duże podchłodzenie widać często, jeśli w urządzeniu napełniono zbyt wiele czynnika chłodniczego.

Kiedy narysowałeś okrąg i odczytałeś entalpie w czterech rogach, możesz obliczyć wydajność systemu, często wyrażaną jako COP (Współczynnik wydajności): stosunek chłodu lub ciepła, które system dostarcza, do energii którą kompresor zużywa aby je dostarczyć. Im wyższy COP, tym więcej wydajności dostajesz za jeden złoty prądu. COP to zdjęcie chwilowe przy określonych warunkach pracy, i właśnie dlatego cele kompetencji edukacji kładą nacisk na to że możesz obliczyć transport energii i wydajność chłodu zarówno dla prostych jak i specjalnych procesów chłodzenia — więc możesz ocenić czy system rzeczywiście pracuje optymalnie, czy marnuje energię.

“Ten, kto potrafi odczytać diagram h-lg p, może zobaczyć, co dzieje się wewnątrz instalacji, bez rozmontowania nawet jednej śruby.”