Приложение L (справочное). Дифференцирование формулы коррекции окружающей температуры

Приложение L
(справочное)

Дифференцирование формулы коррекции окружающей температуры

L.1 Цель

Наружная температура оказывает очень важное влияние на энергопотребление даже в пределах допустимого диапазона окружающих температур испытания, определенного в МЭК 62552-1 (номинальное значение  0,5 K). Ожидаемое воздействие будет значительным, и это может снизить повторяемость и возможность воспроизведения измеренных значений. Коррекция окружающей температуры используется для нормализации воздействия фактических колебаний окружающей температуры в лаборатории во время проведения испытаний. Эти значения были проверены на большом числе холодильных приборов в разных конфигурациях с разными условиями эксплуатации, и полученные результаты соответствовали значениям, полученным при наблюдениях. В настоящем приложении содержатся теоретическая и практическая базы для коррекции окружающей температуры согласно В.5. Эта информация призвана облегчить понимание и повысить уверенность при использовании формулы. Более подробная информация содержится в техническом отчете, подготовленном для МЭК SC59M.

L.2 Исходные данные

Холодильные приборы в стабильном состоянии обычно сильно реагируют на изменения окружающей температуры. В следующем уравнении определены основные факторы, влияющие на энергопотребление холодильника или морозильной камеры с одним отделением:

,

где Р - (ожидаемое) энергопотребление в стабильном состоянии;

U - общее среднее значение U (изоляция) для стенок шкафа;

А - площадь поверхности стенок шкафа;

- средняя наружная температура в области вокруг холодильного прибора;

- средняя внутренняя температура холодильного прибора;

СОР - эксплуатационный коэффициент производительности (эффективности) системы охлаждения.

Значение изоляции U и общая площадь поверхности А прибора остаются постоянными после производства холодильника (но для каждого холодильника эти значения разные). Внутренняя температура также должна быть относительно постоянной для заданного типа отделения. Поэтому мощность в стабильном состоянии представляет собой функцию окружающей температуры, деленную на СОР. Изменение СОР в реальных компрессорах обычно бывает линейным при изменении окружающей температуры (от которой зависит температура конденсации). Изменение мощности при изменении окружающей температуры обычно нелинейное, поскольку линейное изменение делителя вызывает нелинейное изменение соотношения.

На энергопотребление конкретных холодильных приборов влияет много других менее значительных факторов (например, работа нагревателей и других вспомогательных устройств (внутренних и внешних вентиляторов), рабочие потери энергии компрессора, потери энергии при пуске компрессора, работа приводов с переменной скоростью, потери на выходах и через уплотнения), однако эффективность компрессора и прирост тепла в отделении (отделениях) являются наиболее значимыми факторами, и именно к ним напрямую относится формула коррекции.

Во время испытания измеряется значение мощности в стабильном состоянии Р. Для коррекции окружающей температуры необходима оценка изменения энергопотребления в стабильном состоянии, требуемого при изменении окружающей температуры. Окончательное уравнение коррекции должно обращать этот эффект, чтобы энергопотребление можно было оценивать при целевом значении окружающей температуры. Например, увеличение окружающей температуры в помещении для испытания сверх номинальной температуры помещения для испытаний приведет к увеличению измеряемой мощности в стабильном состоянии. Формула коррекции уменьшает измеренное значение энергопотребления до значения, ожидаемого при номинальной температуре помещения для испытаний.

Воздействие небольших изменений окружающей температуры при испытаниях может быть значительным. Обычно воздействие на каждый градус изменения окружающей температуры может составлять от 6 % до 8 % при 16 °С и примерно от 4 % до 5 % при 32 °С (в зависимости от прибора). Поскольку испытательные лаборатории должны поддерживать наружную температуру в диапазоне  0,5 K от номинальной температуры испытания, измеренные в разных лабораториях значения могут различаться на величину от 4 % до 8 % только с учетом допустимых расхождений окружающей температуры. Поэтому коррекция окружающей температуры является важным дополнением к настоящему стандарту.

L.3 Подход

Следующее уравнение позволяет оценить общее увеличение тепла в холодильном приборе:

,

где Q - общее увеличение тепла в отделении;

U - значение U (изоляция) для каждого отделения для i = от 1 до n отделений;

А - площадь поверхности каждого отделения для i = от 1 до n отделений (за исключением общих перегородок между отделениями);

- средняя наружная температура вокруг холодильного прибора;

- средняя внутренняя температура каждого отделения для i = от 1 до n отделений.

Эта формула довольно упрощенная, потому что в ней не учтено поступление тепла через уплотнения в дверцах (что может учитываться в общем значении U для отделения) и энергопотребление вспомогательных устройств.

При изменении окружающей температуры изменение поступления тепла можно оценить посредством дифференцирования вышеуказанного уравнения, т.е. изменение поступления тепла при изменении окружающей температуры просто составляет

.

Это уравнение показывает, что изменение поступления тепла при изменении окружающей температуры будет постоянным вне зависимости от значения окружающей температуры, потому что эта величина является функцией значений U и А для каждого отделения.

Однако для включения коррекции в настоящий стандарт интересна относительная коррекция. Поэтому нам нужно рассчитать изменение поступления тепла по отношению к общему поступлению тепла при заданной наружной температуре:

.

Это означает, что относительная коррекция на величину поступления тепла уменьшается при увеличении окружающей температуры (поскольку общее поступление тепла Q увеличивается, а числитель остается постоянным). Это соответствует результатам моделирования и данным физических испытаний.

Мы не можем знать точный коэффициент изоляции U для всех холодильных приборов и всех отделений, и его определение представляет собой очень сложную задачу. Для расчета изменения поступления тепла по формуле, приведенной выше, нужно только оценить относительный коэффициент изоляции для каждого отделения и относительную площадь поверхности каждого отделения. После этого появится возможность сделать разумную оценку относительного поступления тепла в морозильное отделение по сравнению с отделениями для хранения свежих пищевых продуктов (или в любые отделения, имеющие любую температуру).

Оценить площадь поверхности также может оказаться сложно, и для этого потребуется провести совсем другую серию измерений. С точки зрения коррекции в рамках данного стандарта было определено, что данные по объему каждого отделения могут заменить данные по площади поверхности для коррекции мощности в стабильном состоянии для включения в стандарт МЭК. Воздействие площади поверхности и изоляции важно только для приборов, имеющих два или более отделений, имеющих разные температуры. Для прибора с одним отделением, имеющим одну температуру, эти значения можно игнорировать (они взаимно исключаются в уравнении ниже при n = 1).

,

где - номинальный объем отделения i (для n отделений);

- относительное значение U для отделения i (для n отделений);

- значение окружающей температуры, измеренное во время испытания;

- целевая (номинальная) наружная температура (коррекция до этой температуры);

- температура отделения, измеренная во время испытания;

- ожидаемое воздействие СОР для данных условий испытания и данного типа прибора;

- значение мощности в стабильном состоянии во время испытания, определенное в соответствии с приложением В;

- откорректированное значение мощности в стабильном состоянии, ожидаемое при номинальной окружающей температуре испытаний согласно приложению В.

С концептуальной точки зрения формула состоит из следующих компонентов:

- (T_at - T_am) - отклонение от целевой окружающей температуры, K;

- U  V - элементы числителя оценивают изменение поступления тепла для всех отделений;

- знаменатель - общее поступление тепла при наружной температуре;

- последний элемент - общая коррекция ожидаемого изменения СОР при изменении окружающей температуры.

Следует отметить что уменьшение поступления тепла и поступление тепла в уравнении выше основаны на относительных значениях U и номинальном объеме каждого отделения (а не площади поверхности), поэтому оценка величины в Вт может быть неточной.

Значение U_i определяют методом оценки на базе номинальной рабочей температуры отделения. Такое определение построено на предположении, что отделения с более низкой рабочей температурой имеют более хорошую изоляцию (и соответственно более низкие значения U). Эмпирическое сопоставление с реальными данными показало, что следующие значения позволяют разумно оценить относительную изоляцию холодильных приборов с двумя отделениями.

Таблица L.1 - Предполагаемое относительное значение изоляции для оборудования с несколькими отделениями

Целевая температура отделения, °С	Относительная эффективность изоляции	Коэффициент относительной изоляции Urel
- 18	1,250	0,800
- 12	1,182	0,846
- 6	1,114	0,898
0	1,045	0,957
2	1,023	0,978
4	1,000	1,000
12	0,909	1,100
17	0,852	1,173

Общее уравнение коррекции можно еще более упростить, добавив в него значения относительной изоляции из таблицы L.1 в качестве констант:

.

Значения коррекции СОР, включенные в формулу коррекции в приложении В (таблица В.1), были откорректированы для оптимизации соответствия реальным данным. Ожидаемое номинальное воздействие СОР составляет примерно 1,2 %/K при наружной температуре 16 °С и 1,7 %/K при наружной температуре 32 °С при температуре испарителя 25 °С. Реальные значения могут отличаться от приведенных по следующим причинам:

- корректировка по наличию нескольких отделений помогает частично компенсировать использование объема вместо площади поверхности, и поэтому значения СОР меньше ожидаемых;

- потери при пуске компрессора при более низких окружающих температурах становятся значительными и в некоторой мере компенсируют увеличение СОР при снижении окружающей температуры (при низких окружающих температурах), потому что значения СОР меньше ожидаемых;

- работа приборов с одним отделением более оптимизирована (меньше запусков, более высокая температура испарителя во всех холодильных приборах без низкотемпературных отделений).