МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ УНИВЕРСАЛЬНЫХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ КАМЕР С АБСОРБЦИОННО-ДИФФУЗИОННЫМИ ХОЛОДИЛЬНЫМИ МАШИНАМИ
Г.М.Редунов*, А.С.Титлов *** Одесская национальная морская академия, Одесса
** Одесская национальная академия пищевых технологий, Одесса
Проблемы перехода на экологически безопасные хладагенты (поиск новых синтетических масел; низкая энергетическая эффективность новых экологически безопасных хладагентов; недостаточный профессиональный уровень разработчиков и обслуживающего персонала) заставляют разработчиков бытовой и торговой холодильной техники обращать пристальное внимание на холодильные аппараты с абсорбционно-диффузионными холодильными машинами (АДХМ).
Рабочее тело АДХМ – водоаммиачный раствор с добавкой инертного газа – водорода, гелия либо их смеси абсолютно экологически безопасно – имеет нулевые значения озоноразрушающего потенциала и потенциала «парникового» эффекта [1].
Вместе с тем производство абсорбционных холодильных аппаратов в различных странах мира составляет 5-10 % от общего объема выпуска холодильных приборов, что связано с их повышенным (на 40-60 %) , по сравнению с аналогичными компрессионными моделями, энергопотреблением.
Анализ различных способов повышения энергетической эффективности холодильных аппаратов с АДХМ [2], показывает, что при современном уровне развития техники и технологий максимальный эффект энергосбережения может быть достигнут при оптимизации их режимов работы при помощи систем автоматического управления.
Основными задачами автоматического управления бытовых холодильных аппаратов с АДХМ является повышение их энергетической эффективности, путем поддержания оптимального режима работы. Для рассматриваемых аппаратов критерий оптимальности должен учитывать возможность обеспечения требуемых эксплуатационных режимов при холодильном хранении и обработке продуктов.
Современный уровень развития электронной техники позволяет создавать всевозможные системы управления без каких-либо ограничений по сложности их алгоритмов. В настоящее время в бытовой холодильной технике получают развитие системы «разумного» управления, получившие название «Fuzzy Logic». Такие системы позволяют поддерживать заранее заданную температуру хранения с минимальным отклонением и, одновременно, снизить величину энергопотребления. Так, например, фирма «Electrolux» в новых моделях минибаров (RH340LD, RH341LD, RH355LD) с системами «Fuzzy Logic» добилась снижения энергопотребления, по сравнению с аналогами, до 40 %.
В последнее время значительный интерес у пользователей, особенно в сельской местности, вызывают низкотемпературные камеры (НТК) абсорбционного типа (Рис.1) с высоким термическим сопротивлением ограждающих конструкций - «суперизоляцией» (пенополиуретан толщиной 100 мм) . В отличие от двухкамерных моделей, в которых жестко регламентировано соотношение температур в камерах, НТК потенциально имеют большие функциональные возможности, т.к. могут применяться практически во всем диапазоне температур хранения (), используемом в быту – от минус 18 °С до плюс 12 °С, т.е. стать универсальным холодильным прибором.
Рисунок 1 – НТК с АДХМ типа «ларь»
Реализация таких режимов в НТК с АДХМ не связана какими-либо принципиальными проблемами и может быть достигнута с помощью известных способов управления.
При выборе оптимального способа управления универсальной НТК с АДХМ необходимо учитывать следующие моменты.
Как и все холодильные аппараты универсальная НТК должна обеспечивать весь спектр температурных режимов хранения в «жестких» условиях окружающей среды (=32 °С). Очевидно, что наибольшие проблемы для АДХМ возникнут при реализации режима (не выше минус 18 °С). Теплоизоляционные покрытия камеры в этом случае должны быть спроектированы с учетом возможностей работы АДХМ в «жестком» режиме эксплуатации. Очевидно, что в «благоприятных» условиях эксплуатации универсальная НТК будет обладать некоторым «запасом» холодопроизводительности . Это связано со снижением теплопритоков из окружающей среды и улучшением условий реализации холодильного цикла, причем ниже будет и выше температура в охлаждаемой камере (), тем больше станет величина «запаса» возможностей АДХМ. В этом случае имеет место тенденция к снижению КРВ и увеличению длительности нерабочего периода. Это приводит к дополнительному охлаждению транспортных элементов генераторного узла и, соответственно, к увеличению времени запуска, и дополнительным энергозатратам, причем целесообразность прогрева элементов генераторного узла в нерабочем периоде здесь неочевидна из-за его длительности.
Одним из способов оптимального управления универсальной НТК может стать традиционный режим позиционного регулирования (отключение тепловой нагрузки на генераторном узле АДХМ в нерабочий период).
Разработка математической модели (ММ) универсальной НТК с АДХМ, в режиме позиционного управления, включает структурную и параметрическую идентификациию переходных процессов (разгонных кривых), полученных в процессе экспериментальных исследований (характерные точки измерения температур приведены на рис.1).
Структурная идентификация состоит в выборе ММ из набора моделей , - ММ заданной структуры вида:
(1) ; , (2)
где -коэффициент усиления объекта, К/Вт;
и -постоянная времени и запаздывания, с;
-оператор Лапласа;
-передаточная функция типового звена ТАУ описывающего динамику объекта управления.
Рисунок 2. - Схема установки термопар на элементах АДХМ универсальной НТК
1 – термосифон; 2 – теплоизоляционный кожух генераторного узла; 3 – ректификатор; 4 – дефлегматор; 5 – конденсатор; 6 – испаритель; 7 – канал подачи жидкого аммиака на испаритель; 8 – абсорбер; 9 – бачок абсорбера; 10 – жидкостный теплообменник
Экспериментальные кривые разгона обрабатывались по методу наименьших квадратов при помощи системы автоматизации инженерных расчётов “Эврика”[3].
На этапе параметрической идентификации выполнялась оценка параметров , и , характеризующих динамические и статические свойства процессов в АДХМ.
Точность идентификации оценивалась величиной s- среднеквадратическим отклонением ошибки
,
где-число экспериментальных точек переходной функции (кривой разгона);
-значения экспериментальных и полученных по моделям (1) и (2) данных.
Точность идентификации экспериментальных данных передаточными функциями, составила 0,015…0,06 (т.е. 1,5…6%).
ЛИТЕРАТУРА
1. Загоруйко В.А., Голиков А.А. Судовая холодильная техника /Под общ. ред. В.А. Загоруйко. –К.: Наукова думка, 2000. –607 с.
2. Захаров Н.Д., Титлов А.С., Васылив О.Б., Тюхай Д.С. Новые конструкции энергосберегающих бытовых абсорбционных холодильных аппаратов //Холодильная техника и технология. –1998. –Вып.1. -№ 58. -С.44-52.
3. Дьяконов В.П. Справочник по применению системы EUREKA. - М.: Физмат, 1993. - 96 с.
Схожие публикации:
