Suszarka bębnowa AGD z pompą ciepła: termodynamika, przepływ powietrza, bilans wilgoci, COP, czas cyklu i akustyka

Zakres i cel

Wyznaczono charakterystyki termodynamiczne suszarki bębnowej z pompą ciepła: obieg czynnika, parametry wymienników, bilans wilgoci wsadu, krzywe suszenia i czas cyklu, efektywność energetyczną (COP, Wh/cykl) oraz profil akustyczny. Uwzględniono wpływ zabrudzenia filtrów, temperatury otoczenia i rodzaju wsadu na przepływ powietrza, zużycie energii i hałas.

Architektura układu suszenia

Element	Parametr	Wartość	Uwagi
Sprężarka	typ / f	inwerter BLDC / 30–85 Hz	sterowanie FOC
Czynnik	R290 (alt. R134a)	ładunek 105 g	niska GWP
Skraplacz	wymiennik powietrze–czynnik	A=0.19 m²	nagrzewanie powietrza
Parownik	wymiennik powietrze–czynnik	Al mikrożebra	kondensacja pary wodnej
Wentylator	typ / rpm	osiowy / 900–1600 rpm	Q 65–120 m³/h
Bęben	objętość / rpm	110 l / 45–52 rpm	3 liftery, rewers
Czujniki	NTC, RH, przew.	2×NTC, RH wylotu	kontaktowe sondy wsadu

[Skraplacz]→(gorące, suche powietrze)→[Bęben + wsad]→(ciepłe, wilgotne)→[Parownik/odwilżacz]→(schłodzone, osuszone)↺
Czynnik: Sprężarka → Skraplacz → Dławienie → Parownik → powrót

Obieg powietrza z odzyskiem ciepła oraz obieg czynnika pompy ciepła.

Parametry czynnika i wymienników

Warunek	T_evap [°C]	T_cond [°C]	ΔT_SH [K]	ΔT_SC [K]
Nominal 23 °C	5	52	6	5
Amb. 15 °C	3	50	5	6
Amb. 32 °C	8	58	7	4

Wymiennik	UA [W/K]	Δp powietrza [Pa]	Uwagi
Skraplacz	12.5	28	płytowo-żeberkowy
Parownik	11.3	36	kondensacja wilgoci

Psychrometria i bilans wilgoci

Strumień	T [°C]	RH [%]	w [g/kg]	h [kJ/kg]	Uwagi
Za skraplaczem	58	8	2.9	110	powietrze suche, gorące
Za bębnem	48	52	21.5	140	nawilżone i ogrzane przez wsad
Za parownikiem	24	92	18.8	65	schłodzone, blisko punktu rosy

Bilans masy pary: ṁ_wody = ṁ_pow · (w_out - w_in). 
Bilans energii: Q̇_latent ≈ ṁ_wody · λ(T),  λ≈2440 kJ/kg @ ~20–60 °C.

Bęben, mieszanie i wsad

Parametr	Wartość	Znaczenie
Masa wsadu (mokry)	6.0 kg	pranie po wirowaniu 1000 rpm
Wilgotność początkowa	~55%	zawartość wody ~3.3 kg
Prędkość bębna	45–52 rpm	transport, separacja
Rewers	tak (120 s/90 s)	ogranicza splątanie

Metryka mieszania	Eco	Std	Rapid	Uwagi
Średni czas kontaktu strugi	1.8 s	1.6 s	1.3 s	na 1 obrót
Jednorodność wilgotności (σ)	0.08	0.06	0.09	bezwymiarowa

Krzywe suszenia i wskaźniki

t [min]	Woda pozostała [kg]	RH wylotu [%]	T wylotu [°C]	P_el [W]
0	3.30	85	34	620
20	2.45	78	40	560
40	1.65	68	44	520
60	0.98	58	47	500
80	0.50	50	49	490
95	0.30	45	50	485

Wskaźniki: SEC = E_cykl / masę usuniętej wody [Wh/kg]; DoR (degree of dryness) wg IEC 61121.

COP, energia i ambient

Ambient [°C]	COP_śr [–]	E_cykl [kWh]	t_cykl [min]	SEC [Wh/kg H₂O]
15	3.6	0.72	100	218
23	3.3	0.78	95	236
32	3.0	0.86	92	260

Tryb	f spręż. [Hz]	Q_pow [m³/h]	COP_śr	SPL [dB(A)]
Eco	45	75	3.5	61
Standard	60	95	3.3	64
Rapid	75	115	3.0	67

Przepływ powietrza i straty Δp

Odcinek	Δp [Pa @ 95 m³/h]	Udział [%]	Uwagi
Skraplacz	28	22	gęste żebra
Bęben + wsad	36	28	zmienne w czasie
Parownik	31	24	kondensat
Filtr kłaczków	18	14	stan czysty
Kanały i uszczelki	15	12	kolanka, szczeliny

Filtry kłaczków i zabrudzenie

Stan filtra	Δp @ 95 m³/h [Pa]	Q_spadek [%]	Δt_cykl [min]
czysty	18	—	—
zabr. 30%	28	−6	+7
zabr. 60%	45	−14	+18

Akcja sterownika	Kryterium	Reakcja	Efekt
Alarm filtra	Δp_filtra > 40 Pa	komunikat + derating	ochrona COP
Anti-condensate	spiętrzenie na parown.	impuls fan + spust	spływ kondensatu

Akustyka i źródła hałasu

Źródło	Pasmo	Wkład SPL [dB(A)]	Tonality [dB]	Uwagi
Sprężarka	120–300 Hz	+4	2–3	rzędy mechaniczne
Wentylator	600–2000 Hz	+3	1–2	BPF łopatek
Strumień przez bęben	2–6 kHz	+2	niskie	szum szczelin

Heurystyki NVH: izolacja sprężarki, dyfuzor wentylatora, uszczelnienie kanałów → −2…−3 dB(A) bez straty Q.

Sterowanie i algorytmy

Algorytm	Wejścia	Kryterium	Akcja
Target-RH	RH_out, dRH/dt	RH<45% i \|dRH/dt\|<ε	stop cyklu / cooldown
Adaptive-Freq	T_evap, T_cond	ΔT poza oknem	±5 Hz sprężarki
Fan-Trim	Δp_kanału	Δp > próg	+10% rpm went., alarm filtra
Anti-Wrinkle	czas bezruchu	>30 min	interwały przewietrzania

Wrażliwości i kompromisy

Czynnik	Zmiana	Δt_cykl	ΔE_cykl	Uwagi
Wirowanie pralki	1000→1400 rpm	−21 min	−0.12 kWh	mniej wody start
Filtr kłaczków	czysty→60% zabr.	+18 min	+0.10 kWh	Q↓
Wsad: ręczniki	bawełna→ręczniki	+12 min	+0.06 kWh	grubsze pętle

Ambient	15→32 °C	ΔCOP	ΔSPL	Uwagi
Zmiana	—	−0.6	+2 dB	f spręż./went.↑

Uszczelki kanałów	nieszczelność 5%	ΔQ [m³/h]	Δt_cykl	Uwagi
Bypass	tak	−8	+9 min	utrata odzysku ciepła

Procedury testowe i walidacja

Profil suszenia wg IEC 61121 (bawełna, wsad 6 kg, wilgotność pocz. ~55%).
Pomiary psychrometryczne: T/RH wylotu, T/RH przed skraplaczem; przeliczanie w i h.
Energetyka: analizator mocy kl. 1; integracja energii; COP = (Q̇_skrapl · t)/E.
Akustyka: mikrofon kl. 1 @1 m; tercje; tonality wg ECMA-418-1.
Przepływ i Δp: anemometr + manometr; Δp filtra, parownika i skraplacza.

Metryka	Pomiary	Model/CFD	Δ
E_cykl [kWh]	0.79	0.78	−0.01
t_cykl [min]	96	95	−1
COP_śr	3.28	3.30	+0.02

Artefakty

CSV drying_curve_mass_power.csv — m_wody(t), RH_out(t), P_el(t).
CSV cop_vs_ambient_mode.csv — COP/E_cykl vs T_amb i tryb.
SVG psychrometric_path.svg — tor w–h powietrza.
JSON control_rules_dryer.json — Target-RH, Adaptive-Freq, Fan-Trim, Anti-Wrinkle.

Wnioski

Efektywność suszarki z pompą ciepła zależy od warunków wymienników i ciągłości przepływu powietrza. Zabrudzenie filtra i kondensat na parowniku zwiększają Δp, obniżając Q oraz COP i wydłużając cykl. Większe wirowanie w pralce i szczelne kanały poprawiają bilans startowy i redukują energię. Sterowanie adaptacyjne utrzymuje okno temperatur wymienników, minimalizując hałas oraz zużycie przy zachowaniu tempa ubytku wilgoci.