Lodówka AGD: cyrkulacja powietrza, oszronienie parownika, by-pass klap, strefy martwe, NoFrost, cykle defrost

Zakres i cel

Ocena cyrkulacji powietrza w chłodziarko-zamrażarce NoFrost, identyfikacja stref martwych i przecieków by-pass, modelowanie narastania szronu na parowniku oraz wpływ cykli odszraniania na stabilność temperatury i zużycie energii.

Geometria, komponenty i warunki

Składnik	Parametr	Wartość	Uwagi
Objętości	chłodziarka / zamrażarka	240 / 95 L	dwukomorowa, wsp. parownik Z
Parownik	fin pitch / A_fin	2.0 mm / 0.62 m²	aluminium, koryto kondensatu
Wentylator	Ø / rpm / Q	Ø 92 mm / 1800 rpm / ~45 m³/h	kanały rozdziału powietrza
Klapka	sterowanie	PWM 20–80%	przepływ do chłodziarki
Warunki	amb./zadane	25 °C / 4 °C & −18 °C	otwarcia drzwi: IEC cykl
Siatka CFD	komórki	~5.4 mln	RANS k–ω SST; y+≈35

Kontrola jakości: skewness < 0.33; orthogonal quality > 0.21; walidacja: 12×TC, anemometr CTA w kanałach.

Metryki jednorodności i oszronienia

Metryka	Definicja	Jednostka	Znaczenie
ΔT_rms	odchylenie RMS temperatur w przestrzeni	K	jednorodność półek
TI	wskaźnik intensywności turbulencji	%	mieszanie strugi
f_ice	frakcja pokrycia żeber szronem	%	wydolność parownika
Δp_par	spadek ciśnienia na bloku parownika	Pa	obciążenie wentylatora

Wyniki: cyrkulacja, ΔT i by-pass

Strefa	v_avg [m/s]	TI [%]	ΔT vs set [K]	Uwagi
Półka górna	0.18	7.5	+0.6	blisko kanału nawiewu
Półka środkowa	0.14	8.2	+0.2	strefa referencyjna
Drzwi (balkoniki)	0.06	5.1	+1.2	strefa martwa
Dolna szuflada	0.09	6.8	+0.8	częściowe ekranowanie

Ustawienie klapy	Przepływ do CH [%]	ΔT_rms CH [K]	ΔT_rms Z [K]	Δp_par [Pa]
PWM 20%	35	0.9	1.1	46
PWM 50%	50	0.7	1.3	49
PWM 80%	62	0.6	1.6	52

Narastanie szronu na parowniku

t [h]	f_ice [%]	Δp_par [Pa]	Q_cool spadek [%]	Uwagi
0	0	44	0	stan czysty
24	18	49	−4	mostki na wejściu
48	37	57	−9	ograniczenie A_przekroju
72	55	68	−15	ryzyko niedopływu CH

Model oszronienia (semi-empiryczny): f_ice(t) = 1 − exp(−k·∫ φ_m(t) dt), gdzie φ_m — strumień wilgoci na finach; kalibracja k do Δp_par(t).

Cykle odszraniania (defrost) i stabilność temperatury

Strategia	Interwał	t_def [min]	ΔT_peak CH [K]	ΔE/dobę [Wh]	Uwagi
Zegarowa	8 h	18	+1.8	+58	prosta, nadmiarowa
Adaptacyjna	f_ice ≥35%	14–20	+1.1	+37	czujnik Δp_par, wilgotność
Hybrydowa	min 10 h, f_ice ≥25%	12–16	+1.3	+41	kompromis

Heurystyka sterowania: defrost przy f_ice≥35% lub Δp_par↑ o 12 Pa vs stan czysty; wentylator 30% i klapa zamknięta → ograniczenie ΔT_peak w CH.

Warianty kanałów i klap

Wariant	Zmiana	ΔT_rms CH [K]	SSZ (strefy martwe) [%]	ΔE/dobę [Wh]
W0	baza	0.72	9.1	—
W1	deflektor nawiewu +15°	0.61	6.8	+3
W2	uszczelnienie by-pass (−0.6 mm szczeliny)	0.58	5.7	−4
W3	W1+W2	0.52	4.9	−1

Energetyka i zużycie

Tryb	Średnie P_comp [W]	Duty comp [%]	Cykl defrost [h]	Zużycie/dobę [kWh]
Baza	74	32	8	0.92
Adapt. defrost	71	30	12–16	0.86
W3 + adapt.	69	28	12–16	0.83

Procedury i walidacja

CFD/HT: przypadki 3.2/5.4/8.1 mln komórek; różnice ΔT_rms < 6% między 5.4 a 8.1 mln.
Walidacja przepływu: CTA w kanałach, błąd v_avg ≤ ±0.02 m/s.
Walidacja T: 12×TC, RMSE 0.9 K; profile w cyklu defrost.

Metryka	Pomiary	CFD/Model	Δ
ΔT_rms CH [K]	0.65	0.61	−0.04
Δp_par czysty [Pa]	45	44	−1
Δp_par 72 h [Pa]	69	68	−1

Artefakty

CSV fridge_airfield_points.csv — v, T w punktach siatkowych.
VTK evaporator_block.vtk — pola prędkości/Δp na finach.
XLSX defrost_strategies_energy.xlsx — zużycie energii vs strategia.
SVG uniformity_variants.svg — wykres ΔT_rms dla W0–W3.

Wnioski

Strefy martwe w drzwiach i dolnych szufladach determinują lokalne odchyłki temperatur. Uszczelnienie by-pass oraz deflektor nawiewu poprawiają jednorodność bez wzrostu energii. Adaptacyjny defrost sterowany f_ice lub Δp_par stabilizuje temperaturę i obniża zużycie do ~0.83 kWh/d.