Меню Рубрики

Проект установки холодильного оборудования

Проектирование, подбор, поставка, монтаж холодильного и кондиционирующего оборудования

Особенности проектирования, монтажа и эксплуатации холодильных систем супермаркетов

Рассмотрены вопросы проектирования, монтажа и эксплуатации холодильных установок крупных торговых предприятий; предложены методы проектирования и схемные решения, обеспечивающие уменьшение эксплуатационных и энергетических затрат.

Проектирование холодильных установок предприятий торгового профиля и сопутствующий ему выбор оборудования – задача непростая, и относиться к ней необходимо, используя опыт проектировщиков, монтажников и эксплуатационщиков. Стандартные методики расчета и подбора холодильного оборудования не всегда могут учесть круг вопросов, возникающих на стадиях монтажа и ввода его в эксплуатацию. Становится актуальным накопленный опыт практических работников, предлагающих нестандартный подход к подбору холодильного оборудования. Используя нестандартный подход в решении задач холодоснабжения разветвленных сетей торговых предприятий, можно добиться оптимального результата в создании эффективных энергосберегающих систем с длительным и безаварийным сроком эксплуатации.

Проектирование начинается с правильно составленного задания на создание системы холодоснабжения. Проектировщик не должен выполнять разработку вслепую, придумывая те или иные эксплуатационные параметры самостоятельно. Одним из важных возникающих и требующих решения вопросов является проблема размещения оборудования или более подробно взаимное размещение оборудования. Рациональный выбор площади теплообменников холодильной системы обеспечивает необходимые параметры работы цикла и поддержание температуры в охлаждаемом помещении [1]. Правильно выбранная конструкторами система воздухораспределения в охлаждаемом помещении обеспечивает не только оптимальное хранение продукта, но и способствует увеличению срока службы оборудования. Кроме этого, эксплуатационные параметры холодильной установки в значительной степени определяются параметрами настройки холодильного оборудования.

Цель статьи – систематизация знаний и опыта, полученных при монтаже и наладке холодильного оборудования, для составления рекомендаций по оптимизации его работы.

Проектирование холодильных систем и подбор современного оборудования для торговых предприятий является ответственной задачей. В настоящее время существует много различных программ для определения теплопритоков в охлаждаемые объекты и подбора необходимого оборудования. Проектировщик должен обладать хорошими знаниями в областях:

  • холодильной техники;
  • технологии обработки и хранения пищевых продуктов;
  • термодинамики;
  • гидродинамики;
  • электротехники и систем управления и др.

Выполнение реальных работ обеспечивает проектировщику возможность проявить свои знания на практике. Проектирование обычно начинается с разработки технического задания на конкретный объект в соответствии с задачами, которые поставил заказчик. Опыт работы с заказчиками показал, что технические задания (заявки) недостаточно продуманы и зачастую являются неполными. Опросный лист (заявки) выполняется в соответствии со стандартным бланком. Из этой заявки известно название объекта, место размещения в помещении и необходимая температура в охлаждаемом объекте, вид хранящегося продукта.

Однако неизвестно предполагаемое количество поступающего продукта, его температура, вид тары и упаковки, количество обслуживающего персонала, работающего в камере, и многие другие параметры. По данным, которые приведены в опросном листе, выполнить расчет и подбор необходимого оборудования, работающего с минимальными энергозатратами, затруднительно, так как они не дают полной информации о проектируемом объекте и не позволяют выполнить полноценные расчеты и подбор оборудования.

В опросных листах (технических заданиях) обязательно должна быть подпись заказчика. Практика взаимодействия с заказчиком показывает, что после ввода объекта в эксплуатацию заказчик требует от проектировщиков получения на установленном оборудовании параметров, не предусмотренных ранее условиями технического задания. Например, в заявке указывается, что камера предназначена для хранения замороженных полуфабрикатов, поступающих с температурой -16…-18 ºC. В действительности продукт поступает с более высокой температурой, прямо от производителя с температурой, равной температуре окружающей среды.

Особое внимание следует уделять месту размещения охлаждаемых объектов и компрессорного цеха. Подход к разработке проекта холодообеспечения должен быть комплексным. И при составлении технического задания, плана размещения оборудования, системы разводки трубопроводов не соблюдается принцип, заключающийся в выборе оптимального решения по совокупным затратам (первоначальным и эксплуатационным). При этом холодильное оборудование является энергоемким оборудованием и рассчитывается на длительный период эксплуатации. Чаще всего заказчик идет на уменьшение первоначальных затрат при покупке оборудования, забывая о том, что приведенные затраты в процессе эксплуатации определяют эффективность использования оборудования. Так, например, при рассмотрении тендерных предложений заказчик выбирает дешевое теплообменное оборудование с минимальными площадью или шагом оребрения. Последнее приводит к тому, что холодильная машина должна работать при пониженном давлении в испарителе.

Тепловую нагрузку на теплообменные аппараты определяют из уравнения теплопередачи.

где Q – тепловой поток в испарителе, кВт;

k – коэффициент теплопередачи испарителя, Вт/(м 2 ·К);

F – площадь поверхности испарителя, м 2 ;

tкам , t – температура воздуха в камере и кипения хладагента соответственно, ˚С,

Приходим к выводу, что увеличение количества отводимой теплоты возможно только вследствие понижения температуры кипения. Но последнее приводит к увеличению энергозатрат и увеличению потерь продукта от усушки.

Иллюстрацией для этого могут служить приведенные диаграммы в соответствии с рис. 1.

Движущей силой процесса является разность парциальных давлений водяного пара у поверхности продукта и охлаждающего прибора. Из диаграммы видно, что эта разность увеличивается с понижением температуры кипения холодильного агента.

Значительные сопротивления циркуляции холодильного агента в системе возникают вследствие нерациональной разводки трубопроводов и больших расстояний между охлаждаемыми объектами и компрессорными станциями. Планировочные решения торгового объекта, показанные на рис. 2, могут быть обеспечены холодильной системой с верхней разводкой трубопроводов, в которой необходимо устанавливать маслоподъемные петли для возврата масла в компрессор. Наличие большого числа поворотов приводит к росту гидравлических сопротивлений. Такая же картина наблюдается и при компоновке машинных компрессорных агрегатов: на длине трубопровода до 3 м, вследствие непродуманности схемы, могут размещаться до 6…8 поворотов вместо возможных двух.

Увеличение гидравлических сопротивлений на линии всасывания приводит к необходимости установки компрессоров с большим объемом, описываемым поршнями и соответственно к увеличению затрачиваемой энергии на производство холода. Это видно из диаграмм, приведенных на рис. 3.

Рис. 3. Теоретический и реальный циклы работы холодильной машины в lgp-h диаграмме

К повышенным энергозатратам, вследствие увеличения объема сжимаемого компрессорами пара, приводят также холодильные системы, в которых среднетемпературные агрегаты с температурой кипения t = -10 ˚С используются для потребителей с температурами в производственных цехах крупных магазинов (мясном, рыбном и т.п.), равными 12…16 ˚С.

Повышенные гидравлические сопротивления на линии низкого давления особенно опасны в низкотемпературных установках. Повышенные гидравлические сопротивления в жидкостных линиях могут вызвать вскипание холодильного агента перед его дросселированием. Вскипание холодильного агента перед дросселированием можно предотвратить уменьшением гидравлического сопротивления в жидкостном трубопроводе и удовлетворительным переохлаждением жидкого холодильного агента.

При обследовании холодильных систем приходится встречаться с нарушением правил техники безопасности при размещении оборудования. Оборудование находится на отметках, значительно превышающих нулевую и без необходимых эстакад для его обслуживания или в тесных компрессорных цехах, где не соблюдаются необходимые проходы, высоты, отсутствуют системы вентиляции. Нередко компрессорные агрегаты размещают в неприспособленных помещениях, например, в подвалах, где к компрессорному агрегату приходится пробираться через систему коммуникаций водопровода, канализации и др.

В числе ошибок, которые снижают качество хранения продукта, следует отнести организацию воздухораспределения в камерах. Зачастую воздухоохладители размещаются вдоль короткой стороны камеры, а для равномерного распределения температурного поля в камере устанавливают дополнительные вентиляторы.

При монтаже холодильных систем необходимо решать вопросы отвода талой воды из камер хранения. В низкотемпературных камерах необходимо предусматривать подогрев поддона воздухоохладителя и сливных трубопроводов. Системы подогрева должны исключать возможность замерзания воды в трубопроводах и поддоне.

Большинство строительных конструкций торговых предприятий проектируются и монтируются без систем подогрева грунта в низкотемпературных камерах. Один из возможных вариантов системы предотвращения промерзания грунта приведен на рис. 4. Под полом камеры предусматривается воздушный продух с принудительной циркуляцией воздуха.

Рис. 4. Система подогрева пола в низкотемпературной камере: а – разрез камеры; б – схема принудительного движения воздуха

При проектировании холодильных установок особое внимание необходимо уделять размещению воздушных конденсаторов, выполняя все рекомендации заводов-изготовителей. Конденсаторы необходимо устанавливать так, чтобы исключить рециркуляцию теплого воздуха, обеспечивая свободный доступ свежего воздуха в необходимом количестве. Следует отметить, что, несмотря на очевидные преимущества применения воздушных аппаратов при их использовании, необходимо предусматривать линейные ресиверы увеличенной емкости (на величину емкости конденсатора) для нормальной работы конденсатора в летнем режиме. Обвязку конденсаторов и линейного ресивера следует выполнять так, чтобы обеспечить слив холодильного агента без залива конденсаторов в любой период года.

Читайте также:  Установка морозильного оборудования на автомобиль

В современных проектах необходимо более полно использовать современные системы управления и защиты. Следует использовать многоскоростные вентиляторы, укомплектовывать управляющими приборами каждый охлаждающий прибор отдельной системой управления, а не одним прибором управления несколько охлаждающих приборов. Прекращение оттайки охлаждающих приборов лучше всего заканчивать по температуре поверхности охлаждающего прибора, а не по заданному времени. Положение датчиков температуры окончания оттайки необходимо определять экспериментально во время пусконаладочных работ. На каждый объект необходимо предусматривать систему мониторинга рабочих параметров холодильной установки.

Полная комплектация приборами управления не гарантирует эффективную эксплуатацию холодильного оборудования. Необходимо правильно устанавливать все элементы холодильной установки и соответственно правильно настраивать приборы управления и защиты. На основании опыта эксплуатации рекомендуется устанавливать РТО типа «труба в трубе» перед охлаждающими приборами, а термобаллон крепить к паровой линии после РТО. Основная задача таких РТО – перегревать пар холодильного агента на 5…10 ˚C и, соответственно, переохлаждать жидкий холодильный агент перед дросселированием.

Указанное место размещения датчика температуры ТРВ упрощает настройку ТРВ и позволяет более полно использовать теплообменную поверхность охлаждающего прибора, так как перегрев холодильного агента в охлаждающем приборе сводится к минимуму.

Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать вывод, что для проектирования системы холодоснабжения необходимы: наличие правильно составленного технического задания, стремление к оптимальным длине трубопроводов и количеству поворотов и петель. Площади теплообменных аппаратов должны эксплуатироваться с максимальной эффективностью при минимальных разностях температуры. Комплектовать холодильные системы надо необходимыми приборами автоматики и проводить рациональные настройки их параметров. Система воздухораспределения в камерах хранения должна обеспечивать равномерное температурное поле. В низкотемпературных камерах необходимо предусматривать мероприятия против промерзания грунта.

1. Холодильні установки [Текст]: підручник/ І.Г. Чумак [та ін.]; за ред. І.Г. Чумака. – 6-е вид., перероб. і допов. – О.: Пальміра, 2006. – 552с. – ISBN 7325-0419-2.

Особенности проектирования, монтажа и эксплуатации холодильных систем супермаркетов : 2 комментария

А вот интересно, есть ли какие-то санитарные нормы, которыми регулируется температура охлаждения? Я имею ввиду, можно ли предъявить претензии к гипермаркетам, в которых холодильники пашут с такой силой, что летом от туда выходишь с полноценным насморком.

Дина, существует определенный свод правил, т.н. СНиП (Санитарные нормы и правила), вот они и регулируют условия вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях (жилых, нежилых, промышленных и т.д.). Там же описаны и условия подвода воды, ее отвода, отопления и прочее.

Значение температуры охлаждения продуктов определяет лишь вид самого продукта – для каждого вида она разная.

Что касается претензий, то советую вспомнить в какой стране мы живем (неважно Украина это или Россия). В Европе все эти нюансы учитываются еще на стадии проектирования.

В принципе, при желании администрации магазина и наличии холодильщика, температуру воздуха в помещении гипермаркетов можно сделать комфортной (23…24) град.
Процедура несложная: примерно подсчитать сколько в помещение поступает холода от витрин, помимо охлаждения продуктов. и на эту величины уменьшить холодопроизводительность кондиционера.
А вообще, регулирование температуры в помещении может происходить в автоматическом режиме: устанавливается термодатчик и он дает сигнал системе кондиционеа увеличить или уменьшить холодопроизводительность.
Опять же, было бы только желание заботиться о клиентах, а технические возможности всегда под рукой

источник

«Холодильные машины и холодильные установки. Примеры проектирования холодильных центров». Фрагменты программы дополнительного профессионального образования (ДПО)

Журнал «Мир климата» начинает публикацию фрагментов новой учебной программы ДПО Учебно-консультационного центра «Университет климата» для проектировщиков. Рабочее название программы ДПО — «Холодильные машины и холодильные установки. Примеры проектирования холодильных центров».

В данной программе ДПО рассматриваются:

  • теоретические основы технологии получения холода;
  • принципы работы холодильных машин;
  • основные элементы холодильных машин: компрессоры, конденсаторы, испарители,
  • вентиляторы, регуляторы потока;
  • работа холодильных машин в режиме «теплового насоса»;
  • работа холодильных машин при отрицательных температурах окружающего воздуха;
  • принципиальные схемы холодильных центров, работающих с холодильными машинами с воздушным охлаждением конденсаторов;
  • приводится конкретная разработка проектной документации холодильного центра, в которой принимаются основные технические решения; принципиальная схема холодильного центра, по программам заводов-изготовителей выполняется подбор основного оборудования: холодильных машин, сухих охладителей, пластинчатого теплообменника, циркуляционных насосов контуров холодоносителя, циркуляционного насоса для заполнения первичного контура холодоносителя этиленгликолем. Производятся гидравлические расчеты различных контуров холодоносителя по холодному и по теплому периоду года, производится подбор запорной и запорно-регулирующей арматуры трубопроводной сети холодильного центра. Рассчитываются и подбираются мембранные расширительные баки. Выполняется расчет тепловой изоляции трубопроводной сети холодильного центра.

Основные понятия и определения

Специалисты в области холодильной техники используют более 3000 специальных терминов. Далее приведены некоторые из них, без которых изложить основы технологии получения холода не представляется возможным.

Совокупность тел, которые энергетически взаимодействуют между собой, с другими телами и с окружающей их средой, составляет термодинамическую систему.

Величины, характеризующие состояние термодинамической системы, называют параметрами состояния системы.

Параметры состояния, не зависящие от массы термодинамической системы, называются интенсивными термодинамическими параметрами (например, давление и температура).

Параметры состояния, пропорциональные массе данной термодинамической системы, значение которых равно сумме значений таких же параметров отдельных составляющих системы, называются экстенсивными термодинамическими параметрами (например, объем и внутренняя энергия).

Энергия является количественной мерой различных форм движения материи. Энергия прямо или косвенно может быть превращена в работу.

Работа определяется как произведение силы на перемещение в направлении действия силы. Если тело обладает энергией, то оно может совершить работу, которая в соответствии с принципом сохранения энергии может быть преобразована в другую форму энергии.

Закон сохранения энергии формулируется следующим образом: «Работа внешних сил плюс подведенная теплота расходуются на изменение механической и внутренней энергии рабочего тела». К внешним силам относятся, например, силы давления и силы трения.

Мощность — это результат деления произведенной работы или переданной энергии в течение определенного интервала времени на продолжительность этого интервала.

Физическое состояние однородного вещества однозначно определяется тремя основными параметрами: температурой, давлением и объемом. Совокупность этих параметров определяет агрегатное состояние вещества.

Температура характеризует интенсивность теплового движения молекул, атомов и других частиц, образующих термодинамическую систему. Энергия теплового движения прямо пропорциональна абсолютной температуре тела. С молекулярно-кинетической точки зрения температура не может быть отрицательной. Наименьшее значение температуры есть нуль. При этой температуре давление идеального газа равно нулю, движение молекул прекращается. Это есть начальная точка абсолютной шкалы температур.

Абсолютная шкала температур введена английским ученым Кельвином. В этой шкале температура тройной точки воды (термодинамическое состояние, при котором имеются все три фазы вещества: газ, жидкость и твердое состояние) равна 273,1 К. По шкале Цельсия этому состоянию присвоено значение температуры 0 °С. Таким образом, между шкалами абсолютной Кельвина (К) и Цельсия (°С) существует соотношение:

Давление — величина, характеризующая интенсивность действия сил на какую либо часть поверхности тела по направлениям, перпендикулярным к этой поверхности. Давление определяется отношением силы, равномерно распределенной по нормали к этой поверхности, к площади этой поверхности. Давление, создаваемое силой в один ньютон (1Н = 0,102 кгс) на площадь один квадратный метр, равно одному паскалю (Па). Более крупная единица — 1 бар = 10 5 Па.

Различают барометрическое (атмосферное) давление, абсолютное давление и давление разряжения. Атмосферное давление является результатом давления окружающей воздушной среды на поверхность Земли. Нормальное атмосферное давление на уровне моря уравновешивается столбом ртути 760 мм рт. ст., что соответствует 101 325 Па ≈ 10 5 Па = 1 бар. Разность между абсолютным и барометрическим давлением называется избыточным давлением. В закрытых сосудах измеряют избыточное давление, а абсолютное давление определяют путем сложения избыточного и атмосферного.

Читайте также:  Незаконная установка газового оборудования на машину

Теплотой называется часть энергии, которая непосредственно передается данному телу от более нагретого тела в результате теплового контакта между ними. Следует отметить, что этот способ передачи энергии не связан с совершением работы одним телом над другим.

Теплообмен между твердыми телами, газами и жидкостями, которые находятся при разных температурах, может происходить тремя способами: излучением, теплопроводностью и конвекцией.

Передача теплоты излучением происходит путем трансформации тепловой энергии тела в лучистую энергию — электромагнитные волны, которые, распространяясь в пространстве, достигают другого тела и преобразуются в тепловую энергию этого тела.

Передача теплоты теплопроводностью осуществляется за счет передачи энергии молекул более нагретых частей тела молекулам с меньшей температурой. Молекулы с большей температурой сталкиваются с молекулами с меньшей температурой и передают им часть энергии. В жидкостях и газах наряду с теплопроводностью теплота может передаваться путем перемешивания сред с разной температурой.

При конвективном теплообмене перенос теплоты осуществляется от жидкой или газообразной среды к твердому телу (например, в теплообменных аппаратах).

Удельная теплоемкость вещества (с) характеризует количество теплоты, которое необходимо для нагревания 1 кг вещества на 1 К.

Уравнение (1) является основной формулой калориметрии:

где с — удельная теплоемкость вещества, ккал/(кг×К);

tк, tн — конечная и начальная температуры вещества, К.

Это уравнение позволяет определить удельную теплоемкость тела (вещества), т. е. количество теплоты, которое нужно сообщить (или изъять) телу единичной массы, чтобы повысить (или снизить) его температуру на 1К.

Удельная теплоемкость зависит от природы тела и его физического состояния: так, теплоемкость воды (жидкое состояние) практически в два раза больше, чем теплоемкость льда (твердое состояние). Следует отметить, что вода — это жидкость с самым высоким значением удельной теплоемкости. Чтобы обеспечить заданное изменение температуры, вода должна поглотить или отдать тепла больше, чем любое другое тело такой же массы.

При изменении давления и температуры теплоемкость изменяется. Поэтому, исходя из начального состояния вещества, можно получить два различных конечных состояния и две удельные теплоемкости:

Ср — удельная теплоемкость при постоянном давлении;

Сv — удельная теплоемкость при постоянном объеме.

Для газов — разность между удельной теплоемкостью при постоянном давлении и удельной теплоемкостью при постоянном объеме есть величина постоянная и называется удельной газовой постоянной.

Удельный объем газа или жидкости есть объем единицы массы:

где V — объем вещества, м 3 ;

Величина, обратная удельному объему, называется плотностью.

Принципы работы холодильной машины

В климатическом оборудовании охлаждение производится за счет поглощения тепла при кипении жидкости.

Температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура кипения и, наоборот, чем ниже давление, тем ниже температура кипения.

При нормальном атмосферном давлении 760 мм рт. ст. = 1 атм. вода кипит при температуре 100 °С, но если давление пониженное, как, например, в горах на высоте, вода начнет кипеть уже при более низкой температуре.

При одинаковых условиях разные жидкости имеют различные температуры кипения.

Например, фреон R22, широко используемый в холодильной технике, при нормальном атмосферном давлении имеет температуру кипения – 40,8 °С.

Если жидкий фреон находится в открытом сосуде, т. е. при атмосферном давлении и температуре окружающей среды, то он немедленно начнет кипеть, поглощая при этом большое количество теплоты из окружающей среды или из другого любого материала, с которым он находится в контакте. В холодильных машинах фреон кипит в специальном теплообменнике, называемом испарителем. При этом кипящий в трубках испарителя фреон активно поглощает тепло от воздушного потока, омывающего наружную, как правило, оребренную поверхность трубок.

Рассмотрим процесс конденсации паров жидкости на примере того же фреона R-22. Температура конденсации, так же как и температура кипения, зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура конденсации. Так, например, конденсация паров фреона R22 при давлении 23 атм начинается уже при температуре 55 °С. Процесс конденсации паров фреона, как и любой другой жидкости, сопровождается выделением большого количества теплоты в окружающую среду или применительно к холодильной машине передачей этой теплоты потоку воздуха или жидкости в специальном теплообменнике, называемом конденсатором.

Естественно, чтобы процесс кипения фреона в испарителе и соответствующего охлаждения воздуха, а также процесс конденсации и соответствующий отвод теплоты в конденсаторе были непрерывными, необходимо подавать в испаритель жидкий фреон, а в конденсатор должны поступать пары фреона. Такой непрерывный процесс (цикл) осуществляется в холодильной машине.

Наиболее обширный класс холодильных машин базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которого являются компрессор, испаритель, конденсатор и регулятор потока (капиллярная трубка или терморегулирующий расширительный клапан), соединенные трубопроводами и представляющие собой замкнутую систему, в которой циркуляцию хладагента (фреона) осуществляет компрессор. Кроме обеспечения циркуляции компрессор поддерживает в конденсаторе (на линии нагнетания) и высокое давление (20–23 атм).

Схема компрессионного цикла охлаждения

Вначале следует отметить, что кондиционер — это та же холодильная машина, но предназначенная для тепловлажностной обработки воздушного потока. Кроме того, кондиционер обладает большими возможностями, более сложной конструкцией, многочисленными дополнительными функциями.

Обработка воздуха предполагает придание ему определенных кондиций, таких как температура и влажность, а также направление движения и подвижность (скорость движения).

Остановимся на принципе работы и физических процессах, происходящих в холодильной машине.

Рис. 1. Принципиальная схема компрессионного цикла охлаждения

Охлаждение в кондиционере (или, далее по тексту, в холодильной машине) обеспечивается непрерывной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замкнутой системе. Кипение хладагента происходит при низком давлении и низкой температуре, а конденсация — при высоком давлении и высокой температуре. Принципиальная схема компрессионного цикла охлаждения показана на рис. 1.

Начнем рассмотрение работы цикла с выхода хладагента из испарителя (участок 1–1). Здесь хладагент находится в парообразном состоянии, с низким давлением и температурой.

Парообразный хладагент всасывается компрессором, который повышает его давление до 15–25 атм. и температуру до 70–90 °С (участок 2–2).

Далее в конденсаторе горячий парообразный хладагент охлаждается и конденсируется, т. е. переходит в жидкую фазу. Конденсатор может быть либо с воздушным, либо с водяным охлаждением в зависимости от типа холодильной машины.

На выходе из конденсатора (точка 3) хладагент находится в жидком состоянии при высоком давлении. Размеры конденсатора выбираются таким образом, чтобы газ полностью сконденсировался внутри конденсатора. Поэтому температура жидкого хладагента на выходе из конденсатора оказывается несколько ниже температуры конденсации паров. Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением обычно составляет 4–7 °С. При этом температура конденсации паров примерно на 10–12 °С выше температуры атмосферного воздуха.

Затем хладагент в жидкой фазе при высокой температуре и давлении поступает в регулятор потока — капиллярную трубку или терморегулирующий расширительный клапан, где давление смеси резко уменьшается, часть жидкого хладагента при этом может испариться, переходя в пар. Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкого хладагента (точка 4).

Жидкость кипит в испарителе, отбирая теплоту окружающего воздуха, и вновь переходит в парообразное состояние.

Размеры испарителя выбираются так, чтобы жидкость полностью испарилась внутри него. Поэтому температура пара на выходе из испарителя оказывается выше температуры кипения, происходит так называемый перегрев хладагента в испарителе. Для конденсаторов с воздушным охлаждением величина перегрева составляет 5–8 °С. В этом случае даже самые маленькие капельки хладагента испаряются и в компрессор не попадает жидкий хладагент. Следует отметить, что в случае попадания жидкого хладагента в компрессор возникает гидравлический удар и возможны повреждения и поломки клапанов и других деталей компрессора.

Читайте также:  Торговое оборудование дизайн установка

Перегретый парообразный хладагент выходит из испарителя (точка 1), и цикл возобновляется.

Таким образом, хладагент постоянно циркулирует по замкнутому контуру, изменяя свое агрегатное состояние с жидкости на пар и наоборот.

Все компрессионные циклы холодильных машин включают два определенных уровня давления. Граница между ними проходит через нагнетательный клапан на выходе из компрессора с одной стороны и на выходе из регулятора потока (из капиллярной трубки или терморегулирующего расширительного клапана) с другой стороны.

Нагнетательный клапан компрессора и выходное отверстие регулятора потока являются разделительными точками между сторонами высокого и низкого давлений хладагента в холодильной машине.

Рис. 2. Диаграмма «Давление и теплосодержание»

На стороне высокого давления находятся все элементы, работающие при давлении конденсации.

На стороне низкого давления находятся все элементы, работающие при давлении испарения.

Несмотря на то что существует много типов компрессионных холодильных машин, принципиальная схема цикла в них практически одинакова.

Теоретический цикл охлаждения

Цикл охлаждения можно представить графически в виде диаграммы зависимости абсолютного давления и теплосодержания (энтальпии). На диаграмме (рис. 2) представлена характерная кривая насыщения хладагента.

Левая часть кривой соответствует состоянию насыщенной жидкости, правая — состоянию насыщенного пара. Две кривые соединяются в центре в так называемой «критической точке», где хладагент может находиться как в жидком, так и в парообразном состоянии. Зоны слева и справа от кривой соответствуют переохлажденной жидкости и перегретому пару. Внутри кривой линии помещается зона, соответствующая состоянию смеси жидкости и пара.

Рассмотрим схему теоретического (идеального) цикла охлаждения и наиболее характерные процессы, происходящие в компрессионном цикле охлаждения, с тем чтобы лучше понять действующие факторы (рис. 3).

Сжатие пара в компрессоре

Рис. 3. Изображение теоретического цикла сжатия на диаграмме «Давление и теплосодержание»

Холодный парообразный насыщенный хладагент поступает в компрессор (точка Сʹ). В процессе сжатия хладагента повышаются его давление и температура (точка D). Теплосодержание (энтальпия) также повышается на величину, определяемую отрезком НСʹ — НD, то есть проекцией линии Сʹ — D на горизонтальную ось.

Конденсация

В конце цикла сжатия (точка D) горячий пар поступает в конденсатор, где начинаются его конденсация и переход из состояния горячего пара в состояние горячей жидкости. Этот переход в новое состояние происходит при постоянном давлении и постоянной температуре. Следует отметить, что, хотя температура смеси остается практически неизменной, теплосодержание уменьшается за счет отвода теплоты от конденсатора и превращения пара в жидкость. Поэтому этот процесс на диаграмме изображается в виде прямой, параллельной горизонтальной оси.

Процесс в конденсаторе происходит в три фазы: снятие перегрева (линия D — Е), собственно конденсация (линия Е — А) и переохлаждение жидкости (линия А — Аʹ). Рассмотрим кратко каждую фазу.

Снятие перегрева (линия D — Е)

Это первая фаза, происходящая в конденсаторе, и в течение нее температура охлаждаемого пара снижается до температуры насыщения или конденсации. На этом этапе происходит лишь отъем излишней теплоты и не происходит изменение агрегатного состояния хладагента.

На этом участке осуществляется примерно 10–20 % общего теплосъема в конденсаторе.

Конденсация (линия Е — А)

Температура конденсации охлаждаемого пара и образующейся жидкости сохраняется постоянной на всем протяжении этой фазы. Происходит изменение агрегатного состояния хладагента с переходом насыщенного пара в состояние насыщенной жидкости.

На этом участке происходит 60–80 % теплосъема.

Переохлаждение жидкости (линия А — Аʹ)

На этой стадии хладагент, находящийся в жидком состоянии, подвергается дальнейшему охлаждению, в результате чего его температура понижается. Получается переохлажденная жидкость (по отношению к состоянию насыщенной жидкости) без изменения агрегатного состояния.

Переохлаждение хладагента дает значительные энергетические преимущества: при нормальном функционировании понижение температуры хладагента на один градус соответствует повышению мощности холодильной машины примерно на 1 % при том же уровне энергопотребления.

Количество теплоты, выделяемой в конденсаторе

Участок D — Аʹ соответствует изменению теплосодержания хладагента в конденсаторе и характеризует количество теплоты, выделяемой в конденсаторе.

Регулятор потока (линия Аʹ — В)

Переохлажденная жидкость с параметрами в точке Аʹ поступает на регулятор потока (капиллярную трубку или терморегулирующий расширительный клапан), где происходит резкое снижение давления. Если давление за регулятором потока становится достаточно низким, то кипение хладагента может происходить непосредственно за регулятором, достигая параметров в точке В.

Испарение жидкости в испарителе (линия В — Сʹ)

Смесь жидкости и пара (точка В) поступает в испаритель, где поглощает теплоту окружающей среды (потока воздуха) и переходит полностью в парообразное состояние (точка С).

Процесс происходит при постоянной температуре, но с увеличением теплосодержания.

Как уже говорилось выше, парообразный хладагент несколько перегревается на выходе из испарителя. Главная задача фазы перегрева (линия С — Cʹ) — обеспечение полного испарения оставшихся капель жидкого хладагента, чтобы в компрессор поступал только парообразный хладагент. Это требует повышения площади теплообменной поверхности испарителя на 2–3 % на каждые 0,5 °С перегрева. Поскольку обычно перегрев составляет 5–8 °С, то увеличение площади поверхности испарителя может составить около 20 %, что, безусловно, оправданно, т. к. увеличивается эффективность охлаждения.

Количество теплоты, поглощаемой испарителем

Участок НВ — НСʹ соответствует изменению теплосодержания хладагента в испарителе и характеризует количество теплоты, поглощаемой испарителем.

Реальный цикл охлаждения

Рис. 4. Изображение цикла реального сжатия на диаграмме «Давление – теплосодержание»

В действительности в результате потерь давления, возникающих на линии всасывания и линии нагнетания, а также в клапанах компрессора, цикл охлаждения изображается на диаграмме несколько иным образом (рис. 4).

CʹL — потери давления при всасывании в компрессор;

MD — потери давления при выходе из компрессора;

HDHCʹ — теоретический термический эквивалент сжатия;

HDʹHCʹ — реальный термический эквивалент сжатия;

CʹD — теоретическое сжатие;

Из-за потерь давления на входе (участок Сʹ — L) компрессор должен производить всасывание при давлении ниже давления испарения.

С другой стороны, из-за потерь давления на выходе (участок М — Dʹ) компрессор должен сжимать парообразный хладагент до давлений выше давления конденсации.

Необходимость компенсации потерь увеличивает работу сжатия и снижает эффективность цикла.

Помимо потерь давления в трубопроводах и клапанах на отклонение реального цикла от теоретического влияют также потери давления в процессе сжатия.

Во-первых, процесс сжатия в компрессоре отличается от адиабатического. Поэтому реальная работа сжатия оказывается выше теоретической, что также ведет к энергетическим потерям.

Во-вторых, в компрессоре имеются чисто механические потери, приводящие к увеличению потребляемой мощности электродвигателя компрессора и увеличению работы сжатия.

В-третьих, из-за того что давление в цилиндре компрессора в конце цикла всасывания всегда ниже давления пара перед компрессором (давление испарения), происходит уменьшение производительности. Кроме того, в компрессоре всегда имеется объем, не участвующий в процессе сжатия, например, объем под головкой цилиндра.

Оценка эффективности цикла охлаждения

Эффективность цикла охлаждения обычно оценивается коэффициентом полезного действия или коэффициентом термической (термодинамической) эффективности.

Коэффициент эффективности может быть вычислен как отношение изменения теплосодержания хладагента в испарителе к изменению теплосодержания в процессе сжатия, т. е.:

Фактически этот коэффициент представляет собой отношение холодильной мощности и электрической мощности, потребляемой компрессором.

Причем коэффициент термической эффективности не является показателем производительности холодильной машины, а представляет собой сравнительный параметр при оценке эффективности процесса передачи энергии. Так, например, если холодильная машина имеет коэффициент термической эффективности, равный 3, то это означает, что на каждую единицу электроэнергии, потребляемой холодильной машиной, производится 3 единицы холода.

В следующем номере мы продолжим публиковать фрагменты новой учебной программы ДПО для проектировщиков, запись на обучение по которой скоро начнется в Учебно-консультационном центре «Унивеситет климата»

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector