Niezawodność i trwałość instalacji chłodniczych i pomp ciepła

Instalacje chłodnicze i pompy ciepła, których zadaniem jest transport ciepła z niższego poziomu temperatury na wyższy, są obiektami złożonymi z wielu elementów o różnej niezawodności i trwałości eksploatacyjnej.

Niezawodność (Reliability) jest jedną z najważniejszych cech każdego obiektu technicznego, a zatem i instalacji chłodniczych oraz pomp ciepła. Badania i analizy tej cechy urządzeń to przedmiot dyscypliny naukowej – teorii niezawodności.

Teoria niezawodności, oparta głównie na teorii prawdopodobieństwa i teorii procesów losowych (stochastycznych), jest obecnie rozwiniętą dyscypliną naukową o szeroko rozbudowanym aparacie matematycznym. Teoria niezawodności najlepiej rozwinęła się w elektronice i energetyce, a najwolniej i z największymi oporami przyjmowana jest w technice instalacyjnej. Przyczyną jest stosunkowo duża liczba ogniw w instalacjach, różniących się budową i właściwościami, oraz synergia zachodzących w nich procesów cieplno-przepływowych, przebiegających w warunkach wysokiego ciśnienia i zmiennej temperatury. Utrudnia to zastosowanie analizy statystycznej, tym bardziej, że brakuje dostatecznej liczby wiarygodnych informacji na temat awaryjności instalacji.

Między innymi ze względu na dążenie do ograniczenia liczby awarii powszechnie stosuje się metodę projektowania instalacji „na pierwsze uszkodzenie ogniwa”. Aby jednak ograniczyć skutki awarii i koszt ich usuwania, w instalacji wprowadza się celowo słabe ogniwa w formie urządzeń zabezpieczających (zawory bezpieczeństwa i elementy zabezpieczające presostaty, termostaty itp.). Elementy te chronią instalację, a właściwe jej elementy, przed przekroczeniem dopuszczalnych wartości parametrów roboczych (ciśnienia lub temperatury), które mogłyby doprowadzić do niebezpiecznych awarii.

Niezawodność i trwałość instalacji lub jej elementu to uzyskanie żądanego prawdopodobieństwa niezawodnej pracy w warunkach zadanego obciążenia w okresie nie krótszym niż założony lub gwarantowany przez producenta urządzenia albo wykonawcę instalacji.

W pracach teoretycznych oraz w wielu dokumentach normalizacyjnych podawane są różne definicje pojęcia niezawodności i trwałości. Definicje te można podzielić na dwie grupy.

Pierwszą grupę stanowią określenia utożsamiające niezawodność z jedną z jej liczbowych miar. W takim przypadku pod pojęciem niezawodności należy rozumieć stopień pewności, że urządzenie (instalacja lub jej element) spełni postawione przed nim zadanie, polegające na właściwym wykonywaniu przez urządzenie określonych funkcji w określonym czasie i określonych warunkach eksploatacji [1].

Jako miarę niezawodności przyjmuje się prawdopodobieństwo spełnienia tego zadania R, które opisywane jest zależnością:

 (1)

gdzie:

l – prawdopodobieństwo wystąpienia uszkodzenia urządzenia (układu, elementu) w jednostce czasu, niekiedy nazywane intensywnością uszkodzeń,

l(t) – funkcja intensywności występowania uszkodzeń w zależności od czasu.

Każdy obiekt, a więc i instalacja, jest na ogół złożony z wielu elementów o różnej niezawodności, które mogą być połączone szeregowo lub równolegle. Jeżeli niezawodność poszczególnych elementów składowych wynosi Ri, to niezawodność całego obiektu oblicza się z zależności:

• połączenie szeregowe:

 (2)

• połączenie równoległe:

 (3)

Ze wzorów (2) i (3) wynika, że przy szeregowym połączeniu elementów niezawodność układu będzie mniejsza niż niezawodność jego elementów składowych Ro < Ri, natomiast przy połączeniu równoległym większa: Ro > Ri.

A zatem, żeby zwiększać niezawodność układu, należy stosować elementy o możliwie dużej niezawodności lub elementy o małej niezawodności łączyć równolegle.

W praktyce stosowane jest również węższe pojęcie – niezawodność eksploatacyjna, która jest zdefiniowana jako prawdopodobieństwo, że urządzenie znajdujące się w stanie przydatności w chwili rozpoczęcia eksploatacji będzie pracowało bezawaryjnie w czasie T1, jeżeli uszkodzenia będą mogły być usunięte w czasie T2 dopuszczalnej przerwy w funkcjonowaniu. A więc w tym przypadku miarą niezawodności jest czas; jest to pojęcie niezawodności zaliczane do drugiej grupy jej definicji.

Do tej drugiej grupy należą określenia traktujące niezawodność urządzeń jako cechę – właściwość. W tym przypadku niezawodność oznacza zdolność urządzenia do zachowania przydatności w określonych warunkach pracy i w określonym czasie. Niezawodność według tego określenia to zdolność urządzenia (lub jego elementu) do wykonywania określonych funkcji w określonych warunkach eksploatacyjnych.

Sformułowania terminów należące do drugiej grupy wydają się słuszniejsze i bardziej przydatne w praktyce, ponieważ określają niezawodność w sposób ogólniejszy, pozostawiając swobodę w zakresie wyboru jej miary i wskaźnika zależnie od badanej właściwości, przy czym jest ona najczęściej wyrażana w jednostkach czasu.

W technicznym rozumieniu w pojęciu niezawodności mieszczą się też inne cechy urządzenia, jak np.: bezawaryjność, naprawialność, podatność naprawcza [1,2].

---

Literatura

1. Adamkiewicz Wiktor, Wstęp do racjonalnego wykorzystania urządzeń technicznych, WKŁ, Warszawa 1982.
2. Lundquist Per G., Najnowsze trendy w urządzeniach chłodniczych supermarketów, „Chłodnictwo” 11/2000.
3. Rubik Marian, Tendencje rozwoju konstrukcji sprężarek chłodniczych, „Chłodnictwo & Klimatyzacja” 5/2005.
4. Sterowniki serii IDPlus firmy Eliwell. Prostota jest kluczem do sukcesu, „Chłodnictwo & Klimatyzacja” 5/2014.
5. Wytyczne projektowania, wykonania i odbioru instalacji z pompami ciepła. Część 4 – Zapobieganie szkodom w systemach grzewczych, w których nośnikiem ciepła jest woda, PORT PC, Kraków 2014.
6. Wytyczne projektowania, wykonania i odbioru instalacji z pompami ciepła. Część 5 – Zapobieganie szkodom w systemach grzewczych, w których nośnikiem ciepła jest woda, PORT PC, Kraków 2014.
7. Wytyczne projektowania, wykonania i odbioru instalacji z pompami ciepła. Część 6 – Efektywność ekonomiczna instalacji technicznych w budynkach, PORT PC, Kraków 2014.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!