Šaldymo įranga

Kas yra šaldymas
Šaldymas - šilumos nuvedimo procesas. Šio proceso metu šiluma nuvedama nuo šaldomo kūno ir atiduodama kitam kūnui.
Šilumos energija visada natūraliai migruoja iš aukštesnės temperatūros srities į žemesnės temperatūros sritį. Tai reiškia, kad šiltų kūnų šilumos kiekis sumažėja (temperatūra nukrenta - kūnas 'atšąla'), kontaktuojant su kūnais, turinčiais mažesnį šilumos kiekį. Šaldymo sistemos naudojamos temperatūrų palaikymui, žemesnių negu supanti aplinka, todėl tam, kad nuvestume reikiamą šilumos kiekį nuo kūno, tuo pačiu jį atšaldant, reikalingas atlikti tam tikras darbas. Atšaldyto kūno apsaugojimui nuo aplinkinės šilumos pritekėjimo paprastai įrengiama termoizoliacinė užtvara.
Sąvoka 'šaltas' kūnas yra įvesta žmonių patogumui - fizikoje yra tik kūnai, turintys didesnį ar mažesnį šilumos kiekį.
 
Šilumos energijos perdavimo būdai
Šiluminė energija perduodama nuo vieno kūno kitam tik tuo atveju, jeigu tarp kūnų yra temperatūrų skirtumas. Nesant temperatūrų skirtumui, kūnas yra šiluminėje pusiausvyroje su supančia aplinka ir šilumos mainai nevyksta.
Egzistuoja 3 šiluminės energijos perdavimo būdai:
Laidumas - šiluminės energijos perdavimo būdas, esant tarp kūnų molekulių betarpiškam kontaktui. Energijos perdavima tarp molekulių galime palyginti su biliardo rutuliu, kuris smūgio metu dalį arba visą judėjimo energiją perduoda kitam rutuliui. Pavyzdžiui, kaitinant metalinio strypo galą, vienos molekulės kitoms perduoda energiją laidumu šaltesniam strypo galui. Kai kaitinamo strypo galo molekulės gauna energijos, jos pradeda judėti greičiau ir didesniais atstumais bei susiduria su greta esančiomis molekulėmis. Susidūrimo metu greitai judančios molekulės perduoda dalį savo energijos mažiau judrioms molekulėms, tuo pačiu priversdamos jas judėti greičiau. Tokiu būdu energija perduodama visam strypo ilgiui. Taip pat judančios strypo molekulės kontaktuoja su arčiausiai esančiomis supančio oro molekulėmis, taip perduodamos dalį energijos laidumu.
Kieti kūnai yra geresni šilumos laidininkai negu skysčiai, skysčių laidumas yra geresnis negu dujų. Tai sąlygoja skirtinga molekulinė struktūra.
Konvekcija - šiluminės energijos perdavimo būdas, kai šiluma nuo vieno kūno kitam perduodama betarpiškai kokia nors tekančia aplinka (fluidu). Kai bet kuri aplinkos dalis gauna energijos (sušyla), ji plečiasi ir padidėja jos tūris masės vienetui. Sušilusi dalis tampa lengvesnė, pakyla aukščiau ir jos vietą iškart užima labiau šalta ir sunkesnė dalis. Pavyzdžiui, šildant indą su vandeniu degikliu, šiluma per indo sieneles perduodama vandeniui. Vanduo, esantis arčiausiai degiklio, sušyla, išsiplečia ir kyla į viršų - jo vietą užima šaltesnis vanduo (tankesnis) iš šonų. Tęsiant šildymą, šiluma konvekciniais srautais bus paskirstyta visai vandens masei.
Šilumos srautai virš viryklės ar kitų šiltų kūnų žinomi kiekvienam.
Spinduliavimas - šiluminės energijos perdavimas judančiomis bangomis, panašiomis į šviesos, kai šiluma perduodama nuo vieno kūno kitam nesant tarpinės aplinkos. Šiluminiai spinduliai panašūs į šviesos ir skiriasi tik bangos ilgiu ir dažniu. Kai energijos spinduliai patenka ant kūno, jie gali būti atspindėti, lūžti, sugerti ar pereiti kiaurai kūną - priklauso nuo skaidrumo, medžiagos tekstūros ir spalvos.
Spinduliavimas yra vienintelis šilumos perdavimo būdas vakuume.
 
Šaldymo agentas
Šaldymo agentas yra naudojamas šilumos energijos pernešimui iš žemesnės į aukštesnę temperatūrą. Tai yra pagrindinis kompresorinės šaldymo sistemos komponentas. Šaldymo agentas - skystis, turintis savybę garuoti ir virti žemoje temperatūroje, esant atmosferiniam slėgiui. Išnaudojant šią šaldymo agentų savybę bei reguliuojant slėgį, pasiekiamas šilumos nuėmimas ir kūno atšaldymas iki labai žemų temperatūrų. Šaldymo agentas garuoja temperatūroje, žemesnėje nei reikalinga atšaldomai aplinkai ar kūnui. Nėra nei vieno šaldymo agento, kuris būtų geriausiai tinkamas visiems atvejams ir visose darbinėse sąlygose. Todėl išsirinktas šaldymo agentas turi turėti geriausias savybes užduotiems reikalavimams.
 
Žemiau lentelėje pateikiame šaldymo agentų naudojimo tinkamumą bei jų savybes:
R - šaldymo agentas yra uždraustas naudoti ES bei kitose šalyse
R - šaldymo agentas bus naudojamas limituotą laikotarpį
R - šaldymo agentas bus naudojamas ilgą laikotarpį
R - gamtinės kilmės šaldymo agentas
 
Šaldymo agentas Pakeistas š. a.

ODP
R 11=1

GWP100
CO2=1

Temperatūra 0C,
esant 1 bar

Temperatūra 0C,
esant 26 bar
R 12   1 8500 -29,8 86
R 22 R 502, R 12 0,055 1700 -40,8 63
R 124 R 114 0,022 480 -12,1 105
R 401A R 12 0,037 1082 -33,8 78
R 401B R 12/R 502 0,040 1186 -35,5 77
R 402A R 502 0,021 1816 -49,2 53
R 402B R 502 0,033 2084 -47,1 56
R 403B R 502 0,030 3685 -50,2 55
R 408A R 502 0,023 2743 -44,4 59
R 409A R 12 0,050 1440 -34,2 80
R 409B R 502 0,050 1425 -35,6 78
R 23 R 13 0 11700 -82,1 1
R 32   0 650 -51,8 42
R 125   0 2800 -48,6 51
R 134a R 12 0 1300 -26,1 78
R 143a   0 3800 -47,4 55
R 152a R 12 0 140 -24,2 85
R 227ea R 114 0 2000 -16,3 92
R 404A R 502/R 22 0 3260 -46,5 55
R 407A R 502/R 22 0 1770 -45,8 58
R 407B R 502/R 22 0 2285 -47,6 60
R 407C R 22/R 502 0 1526 -44,3 62
R 410A R 22/R 13 0 1725 -52,7 43
R 413A R 12 0 1774 -35 76
R 507 R 502/R 22 0 3300 -46,5 54
R 508A R 13 0   -86 -2
R 508B R 13 0   -88 -3
R 417A R 22 0 1938 -38,3 69
ISCEON 89 R 13B1 0 3038 -54,6 51
R 170 Ethan   0 3 -88,8 2
RC 270 Cyklopropan   0 3 -32,9 81
R 290 Propan   0 3 -42,1 70
R 600a Isobutan   0 3 -11,7 115
R 717 NH3   0 0 -33,3 60
R 744 CO2   0 1 -79 -11
R 1150 Ethylen   0   -103,7 -20
R 1270 Propen   0   -47,7 61
 
ODP - ozono sluoksnio ardymo potencialas santykinai ftortrichlormetanui (R 11)
GWP100 - globalinio atšilimo potencialas santykinai anglies dvideginiui (CO2) 100 m periodui
 
Šaldymo ciklas
Kompresorinės šaldymo sistemos veikimo 4 pagrindinės pakopos:
Garavimas
Pakankamai žemo slėgio skystas šaldymo agentas kontaktuoja su šilumos šaltiniu (aplinka, kuri turi būti atšaldyta). Šaldymo agentas absorbuoja šilumą ir užverda, virsdamas iš skysčio būsenos į žemo slėgio garus. Virimas vyksta esant pastoviai temperatūrai ir slėgiui, taigi šis procesas yra izoterminis ir izobarinis. Šilumokaičio išėjime šaldymo agentas pilnai pavirtęs į garus. Šilumokaitis, naudojamas šiam procesui vadinamas garintuvu.
Suslėgimas
Kompresorius, paprastai elektros energijos pagalba, atsiurbia šaldymo agento garus iš garintuvo, tuo pačiu palaikydamas reikiamą virimo slėgį/temperatūrą bei atsiurbtus garus suslegia. Garai kompresoriuje adiabatiškai suspaudžiami nuo virimo slėgio iki kondensacijos slėgio. Tai pakelia garų kondensavimosi temperatūrą aukščiau nei supančios aplinkos oro temperatūra. Suslėgti aukšto slėgio/temperatūros garai spaudžiami į kondensatorių.
Kondensacija
Aukšto slėgio šaldymo agento garai, dabar turėdami savyje energiją, kurią paėmė garintuve ir tą energiją, kurią paėmė kompresoriuje, paduodami į kondensatorių. Kadangi dabar šaldymo agento kondensavimosi temperatūra yra aukštesnė nei aplinkos oro, vyksta kondensacija, ir aukšto slėgio garas virsta aukšto slėgio skysčiu, atiduodamas perteklinę šilumą supančiai aplinkai. Kondensacija vyksta esant pastoviai temperatūrai ir slėgiui, taigi šis procesas yra izoterminis ir izobarinis.
Išsiplėtimas
Susikondensavusio skysto šaldymo agento slėgis yra sumažinamas (vadinama droseliavimu) iki reikiamo slėgio garintuve naudojant termoreguliacinį vožtuvą arba kapiliarinį vamzdelį (mažose sistemose). Tai adiabatinis procesas. Realiai kondensatorius atšaldo šaldymo agentą iki temperatūros, šiek tiek žemesnės nei kondensavimosi temperatūra (peršaldymas). Tai yra svarbus ciklo efektyvumo pagerinimas, nes tai sumažina skysto šaltnešio kiekį, kuris turi virsti garais.