СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ХОЛОДИЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
MEASURING METHOD OF REFRIGERATING CAPACITY OF REFRIGERATING SYSTEM

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к холодильному оборудованию, применяемому на транспорте для охлаждения продуктов питания и других продуктов, требующих поддержания определенного температурного режима при транспортировке.
Известны различные способы измерения холодопроизводительности холодильного оборудования.
Так, известен патент Российской Федерации №2168681, F25B 49/00, F25B 49/02, опубл. 10.06.2010 «Способ определения параметров компрессионной холодильной машины», который осуществляется путем использования критериев подобия функционирования отдельных подсистем холодильной техники, измерения диагностических параметров без использования специальных стендов и средств измерения.
Недостатком способа является его применимость только при измерении большого количества одинаковых холодильных систем, например, в условиях их серийного производства, и он совершенно неприменим при необходимости измерения параметров разных холодильных систем многих производителей. Именно с такой ситуацией приходится иметь дело транспортникам, эксплуатирующим холодильное оборудование.
Известен способ определения холодопроизводительности холодильного агрегата (авт. свид. СССР №512394, G01K 17/08, F25B 49/00, F25D 29/00, опубл. 30.04.1976), согласно которому в качестве измеряемого параметра выбирают разность характерных температур хладагента, например температур конденсации и кипения, замеряемых при помощи контактных температурных датчиков, строят тарировочные зависимости, по которым определяют холодопроизводительность. Согласно авт. свид. СССР №377593, F25D 29/00, G01K 17/04, опубл. 17.04.1973, холодопроизводительность агрегата определяют как мощность, потребляемую нагревателем.
Однако эти способы предназначены для определения холодопроизводительности в заводских условиях, преимущественно бытовых холодильников, и неприменимы для оборудования, уже находящегося в эксплуатации.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является «Метод и порядок проведения измерений и контроля изотермических свойств и эффективности оборудования для охлаждения или обогрева специальных транспортных средств, предназначенных для перевозки скоропортящихся продуктов», описанный в Приложении 1, добавление 2 «Международного Соглашения о международных перевозках скоропортящихся пищевых продуктов и о специальных транспортных средствах, предназначенных для этих перевозок (СПС)», вступившее в силу 21 ноября 1976 года (с поправками текста соглашения от 2010 г.) - прототип.
Согласно этому методу транспортный рефрижератор, степень теплоизоляции фургона которого измерена заранее, устанавливается в термостатированную измерительную камеру, после чего приводится в действие холодильная система от своего штатного привода, на дополнительный нагреватель, устанавливаемый в рабочий теплоизолированный объем рефрижератора, подается электрическая мощность и после установления теплового равновесия между холодильной системой, нагревателем и натеканием тепла через стенки рефрижератора выполняется комплекс измерений, нужных для вычисления холодопроизводительности холодильной установки, а именно измеряют среднюю температуру воздуха в теплоизолированном объеме после установления теплового равновесия, среднюю температуру воздуха в термостатированной измерительной камере и мощность дополнительного нагревателя.
Холодопроизводительность холодильной системы определяется путем подбора мощности нагревателя (при температуре в термостатированной камере 30°C) таким образом, чтобы в фургоне установилась равновесная температура сначала 0°C, а затем -20°C для низкотемпературных холодильных систем и +10°C и 0°C, если холодильная система высокотемпературная.
Такой метод легко применим на заводе, который выпускает холодильные системы и где их можно исследовать еще до установки на автомобиль.
Но параметры холодильной системы, установленной на автомобиль в конкретной мастерской, часто с нарушением правил монтажа холодильных систем, и заправленной фреоном неизвестного происхождения, могут значительно отличаться от паспортных параметров, заявленных заводом-изготовителем. Особенно это касается холодильных систем, уже побывавших в эксплуатации.
Знание реальной холодопроизводительности холодильной системы очень важно как для принятия решения о ее дальнейшей эксплуатации, так и для решения часто возникающего спорного вопроса о том, почему авторефрижератор плохо охлаждает: потому что мала холодопроизводительность холодильной системы или потому что степень теплоизоляции изотермического фургона недостаточна?
Указанный способ не обеспечивает достаточной точности и достоверности измерения при контроле рефрижераторов, измерения длятся очень долго (порядка 24 часов и более).
Задачей настоящего изобретения является совершенствование способа измерения холодопроизводительности.
Технический результат - повышение точности и достоверности измерений при массовом контроле рефрижераторов без демонтажа холодильной системы с фургона.
Этот технический результат достигается тем, что в способе измерения холодопроизводительности холодильной системы, включающем установку испарительного блока холодильной системы и нагревателя в теплоизолированный объем, степень теплоизоляции которого измерена заранее, располагаемый в термостатированной камере, одновременное включение холодильной системы и нагревателя и измерение средней температуры воздуха Т в теплоизолированном объеме после установления теплового равновесия, устанавливают сначала мощность нагревателя w1, при которой достигается средняя температура Т1 внутри теплоизолированного объема после установления теплового равновесия, затем устанавливают мощность нагревателя w2, при которой достигается средняя температура Т2 внутри теплоизолированного объема после установления теплового равновесия и строят по полученным значениям прямую в осях ΔT-W, с помощью которой определяют холодопроизводительность, где W - холодопроизводительность холодильной системы, ΔТ равно разнице между температурой воздуха в теормостатированной камере Т0 и теплоизолированном объеме ΔТ=Т0-Т; значения мощности w1 и w2 подбирают так, что средние температуры Т1 и Т2, устанавливающиеся в теплоизолированном объеме после наступления теплового равновесия, составляют 0±3°C и -20±3°C для низкотемпературных холодильных систем и 10±3°C и 0±3°C для высокотемпературных холодильных систем.
Полученные данные позволяют достоверно определять холодопроизводительность холодильной системы, пользуясь построенной нагрузочной прямой.
Способ осуществляют следующим образом. Для измерения холодопроизводительности холодильной системы, входящей в состав транспортного рефрижератора, способом, включающим установку транспортного рефрижератора в термостатированную измерительную камеру, в которой автоматически поддерживается температура Т0, приведение в действие холодильной системы, включение внутреннего нагревателя и выполнение комплекса теплотехнических измерений, приведение в действие холодильной системы осуществляется с помощью специального электромеханического привода, который, во-первых, обеспечивает вращение шкива компрессора холодильной системы с необходимой скоростью за счет ременной передачи от электродвигателя, входящего в состав электромеханического привода, причем скорость вращения электромотора и компрессора изменяется с помощью частотного преобразователя, а фактическая скорость вращения вала компрессора контролируется лазерным тахометром и, во-вторых, обеспечивает питание электрического оборудования холодильной системы от источника постоянного тока, также входящего в состав электромеханического привода. Сначала измеряют среднюю температуру Т1 внутри теплоизолированного объема после установления теплового равновесия при мощности нагревателя w1, а затем измеряют среднюю температуру Т2 внутри теплоизолированного объема после установления теплового равновесия при мощности нагревателя w2, после чего строят нагрузочную прямую на графике с осями ΔT-W, где ΔТ=Т0-Т, с помощью которой определяют холодопроизводительность при любой другой температуре, в том числе и при температурах, которые нас интересуют, а мощности w1 и w2 подбирают таким образом, чтобы равновесные средние температуры воздуха Т1 и Т2, установливающиеся в теплоизолированном объеме после наступления теплового равновесия при мощностях нагревателя W1 и W2, составляли 0±3 и -20±3°С для низкотемпературных холодильных систем и +10±3 и 0±3°С для высокотемпературных холодильных систем.
Способ поясняется графиком, который иллюстрирует также и пример осуществления
Пример.
Выполнялось измерение холодопроизводительности экспериментальной автомобильной холодильной системы GF-4 производства ООО «Global Freeze».
Испарительный блок холодильной системы устанавливался в тестовый теплоизолированный объем, представляющий собой специально изготовленный для таких измерений изотермический фургон стандартной каркасной конструкции на колесиках, который может быть легко установлен внутри термостатированной камеры.
Наружный размер фургона (Д×Ш×В) 2×2×2 метра. Теплоизоляция фургона - пенопласт ПСБ-35 толщиной 60 мм. В фургоне имеется боковая дверь с резиновым уплотнением по периметру. Фреоновые шланги и провода, которые должны быть присоединены к испарительному блоку, вводились внутрь фургона через специальные отверстия в боковой стенке. После ввода шлангов и проводов отверстия запенивались монтажной пеной.
2
Коэффициент теплопередачи тестового фургона с введенными в него и запененными монтажной пеной шлангами и проводами заранее измерялся в измерительной камере по стандартной методике, описанной в "Международном Соглашении о перевозках скоропортящихся пищевых продуктах и о специальных транспортных средствах, предназначенных для этих перевозок (СПС)", и составлял К=0,88 Вт/м·К.
В соответствии с указанной методикой помимо испарителя в тестовом фургоне устанавливался нагреватель, два вентилятора (для обеспечения однородности температуры в объеме тестового фургона) и 12 датчиков температуры, расположение которых регламентировано соглашением СПС. Еще 12 датчиков температуры устанавливались снаружи тестового фургона в точках, также регламентированных соглашением СПС.
Конденсаторный блок холодильной системы и компрессор холодильной системы находились снаружи тестового фургона. Привод компрессора осуществлялся ременной передачей от электродвигателя. Скорость вращения компрессора измерялась лазерным тахометром и составляла 2300 об/мин. Тепловыделение конденсаторного блока и электродвигателя в термостатированную камеру компенсировалось системой автоматического поддержания температуры в камере.
В термостатированной камере включалась система автоматического поддержания температуры, которая через 3-4 часа установит и станет автоматически поддерживать температуру в камере Т0=+30±0,5°C. Холодильная система приводилась в действие, в тестовом фургоне включался нагреватель и вентиляторы, дверь в фургон закрывалась, персонал покидал термостатированную камеру, дверь в нее закрывалась и запиралась. Все дальнейшие действия выполнялись в измерительной комнате, расположенной рядом с термостатированной камерой. В измерительной комнате находились все измерительные приборы и органы управления:
- Стабилизатор напряжения, 8 кВт;
- 12-канальный термоизмеритель ТМ-12 - 2 шт.;
- Ваттметр Д5066;
- Регулятор температуры Метакон 513.
Измеряемая экспериментальная холодильная автомобильная установка представляла собой низкотемпературную холодильную систему и, по заявлению изготовителя, должна была иметь холодопроизводительность ~2500 Вт при температуре окружающего воздуха +30°C и температуре воздуха в фургоне -20°C и ~5000 Вт при температуре воздуха в фургоне 0°C.
На нагреватель подается и поддерживается мощность w1=4500 Вт (Вентиляторы, установленные в фургоне, также выделяют тепло, поэтому измерение мощности выполняется на нагревателе вместе с вентиляторами). После наступления теплового равновесия, которое ожидается через 12-15 часов после включения оборудования, ожидается, что температура в фургоне окажется 0±3°C.
Через 15 часов средняя температура в фургоне (усредненная по 12 датчикам) оказывается +2,31°C, средняя температура в термостатированной камере +29,84°C. Имеем первую точку отсчета: w1=4500 Вт, ΔТ1=29,84-2,13=27,53°C.
Изменяем мощность нагревателя до w2=1500 Вт. После наступления теплового равновесия, которое ожидается через 12-15 часов после изменения мощности, ожидается, что температура в фургоне окажется -20±3°C.
Через 15 часов температура в фургоне -17,36°C, средняя температура в термостатированной камере +30,62°C. Имеем вторую точку отсчета: w2=1500 Вт, ΔТ2=30,62-(-17,36)=47,98°C.
Выполняем следующий расчет.
Для первой точки: холодопроизводительность холодильной установки при -2,13°C в фургоне и +29,84°C в термостатированной измерительной камере составляет W1=w1+K*S*ΔТ1, где
W1 - холодопроизводительность холодильной установки;
w1 - мощность нагревателя в фургоне = 4500 Вт;
2
K=0,88 Вт/м·К - коэффициент теплопередачи тестового фургона;
2
S - средняя площадь поверхности теплопередачи тестового фургона (размером 2×2×2 м и толщиной стенок 0,06 м), определяемая как корень квадратный из произведения внешней и внутренней площадей фургона = 22,01 м
ΔТ1=27,53°C.
Вычисляем W1=w1+K*S*ΔТ1=4500+0,88*22,01*27,53=5033,22 Вт.
Произведение K*S*ΔТ1 представляет собой мощность натекания тепла в фургон при разности температур, которая получилась при измерении и которую следует добавить к мощности нагревателя, установленного в фургоне.
Для второй точки: холодопроизводительность холодильной установки при -17,36°C в фургоне и +30,62°С в измерительной камере составляет W2=w2+K*S*ΔТ2, где
W2 - холодопроизводительность холодильной установки;
w2 - мощность нагревателя в фургоне = 1500 Вт;
2
K=0,88 Вт/м·К - коэффициент теплопередачи тестового фургона;
2
S - средняя площадь поверхности теплопередачи тестового фургона = 22,01 м
ΔТ2=47,98°C.
Вычисляем W2=w2+K*S*ΔТ2=1500+0,88*22,01*47,98=2429,32 Вт.
Мы получили две точки для построения прямой:
ΔТ1=27,53°C, W1=5033,22 Вт
ΔТ2=47,98°C, W2=2429,32 Вт
Прямая, построенная на этих точках (точки отмечены круглыми метками), приведена на графике.
Нас интересуют, однако, значения холодопроизводительности при других температурах, а именно при температуре 0°C (соответствует ΔТ=30°C на графике и -20°C (соответствует ΔТ=50°C на графике). Холодопроизводительность именно при этих температурах принято указывать в паспорте холодильной установки.
С помощью построенной прямой мы легко находим значения холодопроизводительности при нужных нам температурах в фургоне: 4713 Вт при 0°C и 2176 Вт при -20°C. Соответствующие точки на прямой обозначены треугольниками.
По результатам измерений ясно, что производитель данной холодильной системы дал несколько завышенную оценку ее холодопроизводительности.