Мониторинг энергопотребления бытовых холодильных приборов в период их эксплуатации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Мониторинг энергопотребления бытовых холодильных приборов в период их эксплуатации

Лемешко М.А., Кожемяченко А.В.

Вопросу энергосбережения в настоящее время уделяется много внимания и ему посвящены многие исследования и модернизации.

Широкое распространение и большой парк эксплуатируемых холодильников, относящихся к малым холодильным машинам [1], при исследовании вопросов их совершенствования, выдвигают требования детализации факторов, влияющих на текущее энергопотребление этого класса холодильных машин. Относительно небольшое снижение суточного энергопотребления отдельного холодильника, обеспеченного его модернизацией [2,3,4], позволит для парка определенной группы эксплуатируемых холодильников принести существенную экономию в энергопотреблении.

Одной из таких групп являются бытовые холодильные приборы (БХП). При эксплуатации БХП отдельный пользователь не обращает внимания на изменение эксплуатационных показателей его холодильника. А сам холодильник, не имеет средств мониторинга его состояния и средств информирования пользователя о каких - либо отклонениях в его работе. В тоже время ряд эксплуатационных факторов могут приводить к нарушениям в оптимальном функционировании холодильника[5], и как следствие, его суточное энергопотребление может существенно увеличиться и приносить заметные убытки [5,6].

Учитывая, что БХП являются изделиями длительного пользования, и срок их эксплуатации составляет 10 и более лет, за этот период энергетические показатели холодильника могут постоянно ухудшаться, а его удельное энергопотребление увеличиваться значительно [6].

Мониторинг -- система сбора/регистрации, хранения и анализа небольшого количества ключевых (явных или косвенных) признаков/параметров описания данного объекта для вынесения суждения о поведении/состоянии данного объекта в целом.

Поэтому очевидно, что текущий мониторинг и информирование пользователя о техническом состоянии его холодильника является необходимым и полезным [7].

Приведем краткий обзор способов и средств, применимых для мониторинга технического состояния БХП.

При техническом обслуживании и ремонте БХП, наиболее часто применяются известные стенды и устройства, обеспечивающие измерение важных показателей функционирования холодильника, например, переносной стенд «СХ-2» [8].

Известны так же методы определения технического состояния бытового холодильного прибора на стационарных стендах, обеспечивающих определение его холодопроизводительности и других оценок работы герметичного агрегата БХП [9].

Известным способом определения технического состояния бытового холодильного прибора, является способ, основанный на вычислении коэффициента рабочего времени (КРВ) компрессора холодильного агрегата [10].

Этот коэффициент, является интегральной характеристикой технического состояния всего БХП, он косвенно характеризует холодопроизводительность агрегата и герметичность холодильного шкафа. Одновременно с КРВ, измеряется температура в камерах холодильника, которая, сравнивается с регламентируемыми значениями температуры для конкретных режимов его испытания, для их типовых моделей, в соответствие с климатическим классом, согласно ГОСТ 30204-95 [11].

Измерение времени работы и стоянки хладонового компрессора позволяет вычислять один из важных энергетических показателей работы хладонового компрессора - КРВ, являющийся интегральной характеристикой технического состояния всего БХП.

Однако известные способы определения текущей энергетической эффективности БХП основаны на обязательном участии человека в процессе измерений тех или иных характеристик холодильника, не предусматривая автоматический мониторинг эксплуатационных показателей БХП.

Цель работы - разработать способ мониторинга за энергопотреблением бытовых холодильных приборов в период их эксплуатации. При этом были сформулированы следующие условия этого мониторинга:

- обеспечить автономность выполнения процесса оценки технического состояния БХП по интегральным показателям;

- упростить процесса оценки технического состояния БХП;

- повысить достоверность заключения о техническом состоянии БХП.

Авторами разработан и апробирован способ определения технического состояния БХП, реализующий поставленные условия мониторинга [12]. Сущность этого способа заключается в следующем:

Для нормативных условий проведения измерений одного или нескольких показателей энергетической эффективности эксплуатируемого холодильника перед началом его эксплуатации измеряется (измеряются) одна (или несколько) характеристик, определяющих интегральные показатели технического состояния БХП. Для оценки исходного технического состояния БХП вычисляются показатели, например, среднесуточное энергопотребление или КРВ, которые принимаются за базовые значения, для сравнения последующих результатов измерений, через определенный период эксплуатации.

Используя встроенный контроллер БХП выполняется запись (регистрация) этих показателей, а по истечению нормированного периода эксплуатации, выполняются последующие проверочные измерения этих же характеристик и вычисляются эти же показатели, которые сравниваются с базовыми. По сходимости или расхождению этих показателей оценивается текущая энергетическая эффективность эксплуатации холодильника, её изменение, или тенденции на изменение. Нормированный период эксплуатации определяется исходя из опыта эксплуатации идентичных холодильников с учетом риска появления нарушений в его функционировании.

При этом запись результатов измерений характеристик, вычисления текущих показателей энергетической эффективности БХП, выполнение операций сравнения и управления подпрограммами по обеспечению нормированных условий измерений, выполняется контроллером системы управления БХП.

В качестве нормированных показателей текущей энергетической эффективности БХП в разработанном способе могут быть использованы следующие интегральные показатели технического состояния БХП:

- индекс энергетической эффективности или оценка по среднегодовому энергопотреблению;

-среднесуточное энергопотребление;

- коэффициент рабочего времени;

-скорость заморозки.

Возможно применение и других показателей технического состояния БХП, например, скорость охлаждения в камерах БХП после размораживания и уборки внутри шкафа, температура на входе и выходе из испарителя и другие показатели технического состояния БХП и его подсистем, которые не являются нормированными, по при измерениях могут быть использованы для оценки текущей энергетической эффектмивности БХП.

Индекс энергетической эффективности холодильника вычисляется по формуле:

,

где Е_факт - фактическое годовое потребление электроэнергии холодильным прибором, кВт·ч;

Е_станд - стандартное годовое потребление для холодильного прибора данной категории, определяемое при испытаниях эталонного (нового) до периода его эксплуатации, или значение годового потребления, которое указывается производителем в паспорте на изделие, кВт·ч.

Фактическое суточное энергопотребление определяется согласно требований ГОСТ 30204-95 при температуре окружающей среды плюс 25⁰С.

В качестве нормированного показателя интегральной оценки БХП, может быть использован КРВ измеряемый при нормированном значении температуры окружающей среды. Так же сравнивается эталонное его значение нового (эталонного) холодильника с КРВ холодильника после нормированного периода его эксплуатации. По расхождению значений эталонного и фактического значения КРВ судят о техническом состоянии БХП.

Алгоритм программы, реализующий описанный способ мониторинга за энергопотреблением бытовых холодильных приборов в период их эксплуатации приведен в описании патента [13]

Разработанный способ применим для оценки технического состояния БХП по среднесуточному или среднегодовому энергопотреблению, при этом измеряется фактическая потребляемая мощность за один, несколько установившихся циклов работы компрессора или за длительный срок эксплуатации, от одного месяца до года эксплуатации.

При измерении потребляемой мощности за один или несколько циклов необходимо также контролировать и/или поддерживать за период измерений температуру окружающего воздуха, преимущественно плюс 25⁰С и обеспечивать измерения без открывания холодильного шкафа БХП.

Расчет среднесуточного энергопотребления выполняется на основании результатов измерения потребленной мощности одного или нескольких циклов работы компрессора в установившемся режиме.

Оценка суточного энергопотребления БХП на основании измерений одного цикла в установившемся режиме выполняется следующим образом.

Вычисляется ожидаемое число циклов за сутки:

где ф_ц = ф_р + ф_с - длительность одного цикла.

Вычисляется среднесуточное энергопотребление:

где - замеренная потребляемая мощность за один цикл.

Оценка среднесуточного энергопотребления на основании измерений потребляемой мощности за несколько циклов выполняется по следующим выражениям:

,

где - среднее значение длительности цикла за n циклов работы компрессора;

- значение i-го измерения длительности каждого из n циклов;

- число циклов в сутки;

- среднее значение n измерений i-го энергопотребления Е_i за каждый i-й цикл.

Оценка среднесуточного энергопотребления Е_сут за более длительный период от 1 мес. до 1 года определяется отношением потребленной энергии за этот период к числу суток за этот период. Например:

где E₃₀ - потребляемая мощность за 30 дней.

Мониторинг технического состояния БХП по среднесуточному энергопотреблению позволяет сравнивать вычисленные значения энергопотребления с паспортными значениями энергопотребления БХП и определить соответствие испытываемого холодильника его энергетическому классу в начале эксплуатации и после истечения задаваемого срока эксплуатации [14].

Разработанный способ определения технического состояния БХП обладает следующими преимуществами в сравнении с другими известными способами:

- упрощается процесс определения технического состояния БХП, т.к. не требуется дорогостоящих и громоздких калориметрических стендов;

- способ обладает большей мобильностью, т.к. обеспечивает возможность определять техническое состояние БХП, общее (интегральное) без участия человека и с минимальными требованиями к условиям реализации способа;

- способ может быть использован в системе самодиагностики (преимущественно), так и при стационарных испытаниях БХП в ремонтных мастерских, а также при ремонтах «на дому»;

- способ может стать основой выпуска БХП с электронным паспортом, где в заводских условиях при плановых заводских испытаниях в электронной памяти контроллера системы управления БХП будут сохранены интегральные и локальные (номинальные) характеристики новогохолодильного прибора.

холодильный мощность компрессор

Литература

1. Якобсон В.Б. Малые холодильные машины [Текст] / В.Б. Якобсон.- Москва: Пищевая промышленность, 1977.-с.16-20.

2. Кожемяченко А.В., Лемешко М.А., Рукасевич В.В., Шерстюков В.В. Снижение энергопотребления бытового холодильного прибора путем интенсификации охлаждения конденсатора // «Инженерный вестник Дона», 2013, № 1.

3. Dowing, R.O. Refrigerants: Service Pointers. - Refrigeration Service and Contracting. - 1971. - V. 39. - № 10. - Р. 38, 40-41.]

4. Кожемяченко А.В. Методологические основы обеспечения технического состояния бытовых холодильных приборов в процессе их жизненного цикла [Текст]: дис. докт. техн. наук: 05.02.13: защищена 27.11.09: утв. 12.03.10.- Шахты: ГОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2009.-357с.

5. Кожемяченко А.В. Влияние эксплуатационных загрязнений на энергетические потери герметичных агрегатов бытовой холодильной техники [Текст] / А.В. Кожемяченко, Тез. докладов на внутривузовской конференции «Совершенствование техники и технологии и проблемы экологии производства». Шахты. 1994.-с.16-19.

6. Jokerst, R.W. What kind of filter-dried fits your system best / R.W. Jokerst // Refrigeration service and contracting. - 1974. - V. 42. - № 8. - Р. 22-26.

7. Федеральный закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» Российской Федерации от 23 ноября 2009 года №261-ФЗ

8. Лепаев Д.А. Ремонт бытовых холодильников, М.: Легпромбытиздат, 1989, с.255-258.

9. Стенд для испытаний герметичного холодильного агрегата. А.с.SU 1315762 Опуб. 08.02.87 Авторы: И.В. Болгов, В.В. Левкин, А.В. Кожемяченко, С.Н. Алехин, С.В. Минаков.

10. ГОСТ 1631787С.19 «Приборы холодильные электрические бытовые. Общие технические условия»

11. ГОСТ 30204-95 Эксплуатационные характеристики БХП. Методы испытаний.

12. Способ определения технического состояния компрессионного холодильного прибора Патент РФ № 2525058 от 10.08.2014

13. Способ определения технического состояния подсистема компрессионного холодильного прибора Патент РФ № 25261;3 от 20.08.2014

14. ГОСТ Р 51565-2000. Приборы холодильные электрические. Эффективность энергопотребления. Методы определения.

Размещено на Allbest.ru