Повышение экономичности парокомпрессионных холодильных установок



В статье представлены результаты сравнения расходы холодильного агента, холодильный и эксергетический КПД холодильной установки при различных условиях.

Ключевые слова: холодильная установка, холодильный агент, охлаждающая вода, температура.

Парокомпрессионные холодильные установки (ПКХУ) применяют практически во всех областях народного хозяйства, в настоящее время ПКХУ составляют более 90 % общего количества холодильных установок. Ужесточение экологических требований по использованию ПКХУ обусловило новые проблемы к теории ПКХУ, вследствие чего оценка целесообразности новых способов повышения экономичности ПКХУ становится актуальной.

Экономичность ПКХУ зависит от затрат энергии на осуществление цикла. При этом следует учитывать температуру , при которой в цикле отбирается теплота от охлаждаемого объекта и стоимость самой установки, которая зависит от ее конструкции и размеров.

Количество теплоты, отводимое от охлаждаемого объекта при затрате единицы работы, характеризует холодильный коэффициент [1]:

(1)

где — удельная теплота испарения;

— удельная теплота конденсации; — удельная работа цикла.

Температурный уровень отводимой теплоты по сравнению с температурой окружающей среды характеризует эксергетический КПД [2]:

(2)

Размеры аппаратов и трубопроводов зависят от расхода холодильного агента , который определяется заданной и удельной холодопроизводительностью:

(3)

где — массовый расход циркулирующего хладагента, кг/с.

Расход холодильного агента и удельная работа цикла определяют потребляемую установкой мощность , т. е. расход электроэнергии [3]:

(4)

где — действительная работа цикла.

Следовательно, чем больше удельная теплота процесса изотермного расширения в цикле

и чем меньше удельная работа, затрачиваемая на осуществление цикла , и меньше и , т. е. выше экономичность установки. Таким образом, с целью повышения экономичности парокомпрессионной холодильной установки необходимо соблюдать нижеперечисленные условия.

Сравниваем расходы холодильного агента, холодильный и эксергетический КПД холодильной установки холодопроизводительностью при следующих условиях: 1) температура испарения ; температура конденсации ; 2) ; ; 3) ;

; 4) ; ; .

1. При температуре конденсации аммиака , давление конденсации , температура испарения соответствует давлению . При давлении испарения энтальпия насыщенного пара аммиака . После сжатия в компрессоре до давления конденсации энтальпия перегретого пара аммиака . При давлении конденсации конденсат аммиака имеет энтальпию . При дросселировании энтальпия остается постоянной .

Удельная теплота испарения:

Удельная теплота конденсации:

Удельная работа цикла — это работа для повышения давления от

до

Холодильный коэффициент цикла:

Эксергетический КПД:

Удельный расход холодильного агента:

2. При снижении температуры конденсации до давление конденсации уменьшается до . Тогда ; ; . Результаты расчета: ; ; ; ; ; .
3. При увеличении температуры испарения до давление аммиака при испарении увеличивается до . Давление и температура при конденсации аммиака , . Тогда ; ; . Результаты расчета: ; ; ; ; ; .
4. При условиях испарения и конденсации аммиака как в первом варианте задачи, но при наличии переохлаждения конденсата до . Тогда ; ; . Результаты расчета: ; ; ; ; ; .

На основе сделанного расчета можно сделать следующие выводы :

1. При снижение температуры конденсации на 6 К привело к увеличению холодильного коэффициента на , эксергетического КПД на , при этом расход холодильного агента уменьшился на .
2. При повышении температуры испарения на 5 К привело к увеличению холодильного коэффициента на , эксергетического КПД на и практически не изменило .
3. Переохлаждение конденсата холодильного агента на 6 К привело к увеличению холодильного коэффициента на , эксергетического КПД на , при этом расход холодильного агента уменьшился на .

Литература:

1. Мазур Л. С. Техническая термодинамика и теплотехника: Учебник. — М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003. — 352 с.
2. Темникова Е. Ю., Богомолов А. Р., Шевырев С. А. Расчет и анализ цикла холодильной машины. КузГТУ, 2016. — 12 с.
3. Брайдерт Г. И. Проектирование холодильных установок. Расчеты, параметры, примеры.- М., 2006.