Υπόψυξη

Τα συστήματα ψύξης έχουν ένα μεγάλο μερίδιο στην συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Είναι σημαντικό λοιπόν να αναζητούμε τρόπους να μειώσουμε αυτή την κατανάλωση βελτιώνοντας την αποδοτικότητα των συστημάτων ψύξη, τόσο για μείωση του ενεργειακού αποτυπώματος όσο και για εξοικονόμηση χρημάτων.

Γράφει ο Μπάμπης Δαλαβούρας, Πολιτικός μηχανικός ΕΜΠ MEng ASHRAEBEAPCERTIFIED
CERTIFIED PASSIVE HOUSE DESIGNER, Τεχνικός σύμβουλος στην ΓΕΝΙΚΗ ΨΥΚΤΙΚΗ ΑΤΕΚΕ

Για να το καταφέρουμε αυτό έχουμε στην διάθεσή μας αρκετές τεχνικές και η επιλογή της καταλληλότερης εξαρτάται από πολλού παράγοντες. Πολλές φορές μάλιστα, μπορεί να γίνει συνδυασμός τεχνικών για να προσφέρουμε την βέλτιστη οικονομοτεχνικά λύση.

Μία τεχνική για βελτίωση της αποδοτικότητας ενός ψυκτικού συστήματος αποτελεί η μηχανική υπόψυξη (mechanical subcooling). Μπορεί να εφαρμοστεί ανεξαρτήτου ψυκτικού ρευστού και επιπλέον της μείωσης της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας, αυξάνει την ψυκτική ισχύ του συστήματος. Από την άλλη βέβαια, απαιτεί την χρήση ενός δεύτερου ψυκτικού συστήματος, το οποίο μπορεί είτε να υπάρχει και να μπορεί επιπλέον της χρήσης του να προσφέρει και αυτή την λειτουργία είτε θα πρέπει να εγκατασταθεί μόνο με αυτό τον σκοπό.

Στον ψυκτικό κύκλο το ρευστό που εξέρχεται από τον αερόψυκτο συμπυκνωτή, έχει θερμοκρασία ανάλογα με την θερμοκρασία περιβάλλοντος. Όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος είναι χαμηλή, τότε χαμηλή είναι και η θερμοκρασία του ρευστού μετά τον συμπυκνωτή. Όταν όμως έχουμε υψηλή θερμοκρασία περιβάλλοντος τότε το ρευστό έχει υψηλή θερμοκρασία. Όσο περισσότερο μπορούμε να το ψύξουμε, τόσο μεγαλύτερη απόδοση έχει το σύστημα. Την υπόψυξη μπορούμε να την πετύχουμε με χρήση ενός εναλλάκτη μετά την φιάλη υγρού. Εκεί θα συντελείται απορρόφηση θερμότητας του ψυκτικού ρευστού με αποτέλεσμα αυτό να ψύχεται.

Για την καλύτερη κατανόηση θα χρησιμοποιηθεί το πιο κάτω παράδειγμα. Έχουν γίνει εύλογες απλοποιητικές παραδοχές που δεν επηρεάζουν ποιοτικά το αποτέλεσμα. Ο αρχικός ψυκτικός κύκλος είναι ο 1-2-3-4-5-1 ενώ με την υπόψυξη είναι ο 1-2-3-4’-5’-1και 1’-2’-3-4-6-1’ είναι ο ψυκτικός κύκλος του δεύτερου ψύκτη.

Θα υπολογίσουμε την απόδοση και την αποδοτικότητα των ψυκτικών κύκλων:

Αρχικός 1-2-3-4-5-1Q

Η ψυκτική απόδοση προκύπτει από την διαφορά ενθαλπιών στα σημεία 1 και 5. Έτσι έχουμε:
P1 = h1- h5 = 391kJ/kg – 256 kJ/kg = 135kJ/kg
H κατανάλωση στον συμπιεστή είναι:
Pσυμπ. = h2- h1 = 452kJ/kg – 391kJ/kg = 61kJ/kg
Έτσι αν θέλαμε να υπολογίσουμε την αποδοτικότητα EER1 θα είχαμε:

Δεύτερου ψύκτη 1’-2’-3-4-6-1’

Η ψυκτική απόδοση προκύπτει από την διαφορά ενθαλπιών στα σημεία 1’ και 6. Έτσι έχουμε:
P2 = h1’- h6 = 403kJ/kg – 256 kJ/kg = 147kJ/kg
H κατανάλωση στον συμπιεστή του δεύτερου ψύκτη είναι:
Pσυμπ.2= h2’- h1’ = 440kJ/kg – 403kJ/kg = 37kJ/kg
Έτσι αν θέλαμε να υπολογίσουμε την αποδοτικότητα EER2 θα είχαμε:

Με υπόψυξη 1-2-3-4’-5’-1

Η ψυκτική απόδοση προκύπτει από την διαφορά ενθαλπιών στα σημεία 1 και 5’. Έτσι έχουμε:
P3 = h1- h5’= 391kJ/kg – 214 kJ/kg = 177kJ/kg (αύξηση 42 kJ/kg)
H κατανάλωση στον συμπιεστή είναι η ίδια:
Pσυμπ. = h2- h1 = 452kJ/kg – 391kJ/kg = 61kJ/kg
Σε αυτήν όμως την περίπτωση έχουμε μια επιπλέον κατανάλωση. Αυτή είναι η ηλεκτρική ισχύς που καταναλώνουμε για την υπόψυξη.

Έτσι αν θέλαμε να υπολογίσουμε την αποδοτικότητα EER3 θα είχαμε:

Συγκρίνοντας τα EER με και χωρίς υπόψυξη, παρατηρούμε μια σημαντική βελτίωση με χρήση υπόψυξη της τάξεως του 11%. Αυτό μεταφράζεται σε 11% εξοικονόμηση ενέργειας. Επίσης έχουμε μια σημαντική αύξηση στην ισχύ του συστήματος κατά 31%. Αυτό σημαίνει ότι αυτή η επέμβαση, μπορεί να είναι λύση και στην περίπτωση που έχουμε αύξηση των φορτίων του συστήματος. Θα πρέπει επίσης επισημάνουμε ότι όσο μικρότερη είναι η θερμοκρασία εξάτμισης του πρώτου ψύκτη, τόσο μεγαλύτερο όφελος έχουμε με την χρήση μηχανικής υπόψυξης.