Подбор холодильного оборудования

В курсовом проекте применяют одну систему кондиционирования, обслуживаемую одной или двумя водоохлаждающими холодильными машинами. В качестве холодильного агента при холодоснабжении систем кондиционирования воздуха общественных зданий используют хладоны, в курсовом проекте можно использовать хладон-22 (R 22). Определяющим для работы парокомпрессионной холодильной машины является температурный режим работы, который зависит от значений температуры охлаждаемой среды в испарителе (воды) и охлаждающей среды в конденсаторе (наружный воздух или вода). Характеристики холодильных машин даны в приложении 4.

Характеристики парокомпрессионной холодильной машины – холодопроизводительность, потребляемая мощность, холодильный коэффициент – определяется температурным режимом ее работы, а именно значениями следующих температур: температура испарения, температура конденсации, температура всасывания паров рабочего вещества в компрессор, температура переохлаждения жидкого рабочего вещества. Как правило, при подборе холодильной машины задаются ориентировочными значениями этих температур, определяемыми в зависимости от температуры охлаждаемой и охлаждающей сред.

При выборе компрессора используется температура насыщенных паров хладагента при давлении всасывания в компрессор, определяемая по таблице 15.

Таблица 15

Температура насыщенных паров хладагента R407C при давлении всасывания, ^0С					9,5
Средняя температура испарения, ^0С					7,5

 

Когда температура в испарителе холодильной машины подводится от жидкого холодильного агента (для водоохлаждающей холодильной машины – чиллера) – воды, водного раствора этиленгликоля, - то температура испарения определяется из формулы:

,

где - средняя температура жидкости на входе и выходе из испарителя:

.

Температура испарения определяется из соотношения:

,

где - начальная температура воздуха на входе в испаритель, ⁰С, температура испарения не должна быть ниже 1⁰С.

При охлаждении воздуха в фреоновом воздухоохладителе рекомендуется принимать температуру испарения:

,

где - средняя температура воздуха на входе и выходе из испарителя, ⁰С:

.

Если теплота конденсации отводится водой, то температура

конденсации, ⁰С:

- средняя температура воды на входе и выходе из конденсатора; предельное значение разности температуры конденсации и средней температуры охлаждающей воды перепад температуры воды в конденсаторе =5-8⁰С.

При использовании водопроводной воды для охлаждения конденсатора принимают начальную температуру =20⁰С, а при использовании оборотной воды, охлаждаемой в мокрой градирне, начальная температура воды определяется:

,

где - расчетная температура наружного воздуха по мокрому термометру для теплого периода.

Если теплота от конденсатора отводится воздухом, то температура конденсации, ⁰С:

,

перепад температуры в конденсаторе: ⁰С.

Начальную температуру воздуха на входе в конденсатор при охлаждении наружным воздухом принимают равной расчетной температуре наружного воздуха для теплого периода, принятой при проектировании системы кондиционирования воздуха для соответствующего географического пункта.

Температура всасывания паров рабочего вещества в компрессор определяют, ⁰С:

Перегрев на всасывании необходим для того, чтобы обеспечить безопасную работу компрессора, так как попадание жидкости в цилиндр поршневого может привести к гидравлическому удару, для других типов компрессоров попадание жидкости тоже не желательно.

Температура переохлаждения жидкого холодильного агента перед регулирующим вентилем определяют при воздушном охлаждении конденсатора:

,

При водяном охлаждении конденсатора

Приведенные перепады температур являются ориентировочными, они зависят от рабочего вещества, типа теплообменников испарителя и конденсатора.

Расход воды, проходящей через испаритель чиллера (холодильной машины), кг/с:

где - холодопроизводительность чиллера, кВт;

- удельная теплоемкость воды, кДж/кг∙К;

- начальная и конечная температура жидкости в испарителе, ⁰С.

Подбор холодильных машин производится одним из трех методов:

- путем пересчета холодопроизводительности с рабочего режима на спецификационный, указанный в каталоге;

- по графическим характеристикам холодильных машин или по таблицам;

- по теоретической объемной подаче компрессора, входящему в комплект холодильной машины.

Пересчет холодопроизводительности с рабочего режима на спецификационный, указанный в каталогах, производится по формуле:

,

где - холодопроизводительность, Вт;

- коэффициент подачи компрессора;

- удельная холодопроизводительность, кДж/м³;

- удельный объем рабочего вещества в точке всасывания его в компрессор, м³/ч;

параметры с верхним индексом ^р (рабочий) соответствуют рабочему режиму работы парокомпрессионной машины;

параметры с верхним индексом ^с (спецификационный) соответствуют рабочему режиму работы, при котором приведено значение холодопроизводительности в каталоге.

Значение определяют по таблицам состояния рабочего вещества или на основе построения цикла изменения состояния холодильного агента на диаграмме.

Второй способ подбора и определения текущих значений тепло-и холодопроизводительности по таблицам или графикам является наиболее простым и употребительным. Он чаще всего применяется для чиллеров и компрессорно-конденсаторных блоков.

Наиболее точным является третий метод, основанный на тепловом расчете холодильного цикла агрегата в расчетном режиме. Задачей точного теплового расчета холодильной машины является определение требуемой объемной подачи компрессора, его подбор, определение тепловой нагрузки на конденсатор и испаритель, подбор конденсатора и испарителя.

В инженерной практике ограничиваются подбором холодильной машины по таблицам и графикам, предоставляемым производителем оборудования. При курсовом проектировании следует использовать второй и третий способы.

Исходными данными для расчета являются: количество вырабатываемого холода , Вт, определяемое как сумма затрат холода на обработку воздуха в центральном кондиционере и потерь холода в изолированных трубопроводах (10% от основных затрат холода), температура холодной воды на входе и выходе из системы холодоснабжения поверхностного воздухоохладителя или политропной камеры орошения , , ⁰С, способ охлаждения конденсатора холодильной машины и температура охлаждающей среды (воды или воздуха).

 

Порядок расчета холодильной машины:

1.Составляют расчетную схему парокомпрессионной холодильной машины (рис. 13).

 

Рис.13. Схема одноступенчатой парокомпрессионной холодильной машины: I –компрессор, II – конденсатор, III – расширительный цилиндр, IV – испаритель.

2. Определяют расчетный температурный режим работы установки.

3. Строят цикл изменения состояния хладона на диаграмме lg P-I для хладона R22 (рис. 14, приложение 3):

а) наносят на диаграмму изобары P_И и P_K, соответствующие для хладона R 22 и ;

б) продолжают P_И до пересечения с изотермой (получают точку 1);

в) через точку 1 проводят адиабату до пересечения ее с изобарой P_K в точке 2;

г) на пересечении линий P_K и получают точку 3, проводят линию постоянной энтальпии до пересечения до пересечения с P_И получают точку 4;

д) определяют энтальпию хладона во всех точках цикла и удельный объем паров хладона в точке 1.

4. Определяют удельные характеристики цикла:

Удельная холодопроизводительность, кДж/кг:

;

 

Рис 14. Теоретический цикл одноступенчатой паракомпрессионной холодильной машины со всасыванием насыщенных паров холодильного агента R22 на lg P-i диаграмме

Удельное количество теплоты, отводимое в конденсаторе, кДж/кг:

;

Удельная теоретическая работа сжатия в компрессоре, кДж/кг:

.

5. Определяем требуемый массовый расход хладона , кг/с:

.

6. Требуемая объемная производительность компрессора , м³/с:

где – коэффициент подачи компрессора, который учитывает объемные потери, которымисопровождается действительный процесс сжатия.

Коэффициент подачи представляют в видепроизведения четырех коэффициентов, каждый их которых учитывает влияние одного фактора:

,

где - объемный коэффициент подачи, определяется отношением бъема засасываемых паров к объему, описываемому поршнем, для фреоновых машин определяется:

,

где – коэффициент мертвого пространства, принимаемый для больших машин 0,02; для малых 0,06;

– показатель политропы, принимаемый для хладоновых компрессоров равным 0,9 – 1,1;

– коэффициент дросселирования, учитывает уменьшение производительности из-за потерь во всасывающем канале. У среднетемпературных холодильных машин находится в пределах 0,98 - 1,0.

– коэффициент подогрева, учитывает уменьшение производительности из-за подогрева рабочего вещества при его всасывании и сжатии в цилиндре, его можно считать равным:

– коэффициент плотности, учитывает уменьшение производительности из-за утечек и перетечек. Для современных холодильных компрессоров, имеющих поршневые кольца, коэффициент плотности =0,95-0,99, меньшее значение соответствует большим отношением давлений конденсации и испарения.

По значению выбирают одну или две холодильные машины с компрессором соответствующей производительности так, чтобы сумма объемных подач компрессоров была на 25-30% больше величины, полученной расчетом.

7. Определяют действительную холодопроизводительность компрессора, кВт:

где - действительный массовый расход хладоагента, кг/с:

.

8. Электрическая мощность компрессора, кВт:

а) теоретическая

б) индикаторная

в) на валу электродвигателя

,

где , , – коэффициенты полезного действия индикаторный =0,7-0,8; механический =5-7; =0,8 при =11-13; коэффициенты полезного действия для малых электродвигателей =0,85-0,9, для крупных =0,9-0,95.

9. Поверочный расчет конденсатора проводится с целью определения требуемой поверхности теплопередачи и выполнения требования соответствия ее действительной поверхности теплообмена. При этом запас поверхности теплообмена не должен превышать 15%.

Тепловая нагрузка на конденсатор определяется из уравнения теплового баланса холодильной машины:

;

и через удельный расход теплоты на основе цикла холодильной машины:

.

Выбирая большее значение.

10. Определяют требуемую площадь теплоотдающей поверхности конденсатора, м²:

,

где - коэффициент теплопередачи конденсатора, кВт/(м²К), для конденсаторов, работающих на хладоне R 22 =400 -650 Вт/(м²К);

– среднелогарифмический температурный перепад, определяемый по формуле:

,

где , =

, – температура охлаждающей воды на входе, выходе в конденсатор.

При этом температура конденсации не должна превышать 36 ⁰С.

Расход воды, охлаждающей конденсатор:

.

11. Требуемая площадь поверхности испарителя:

.

где коэффициент теплопередачи испарителя, величина которого может приниматься равной 500 – 650 Вт/м²К при хладоагенте R 22.

для испарителя находится аналогично, где , = .

Размещение холодильных установок не допускается в жилых зданиях, интернатах для престарелых и инвалидов, детских учреждениях, гостиницах, зданиях лечебно-профилактических учреждений, они должны размещаться в отдельно стоящих зданиях. В производственных, общественных и административно-бытовых зданиях следует размещать холодильные установки в помещениях, где над перекрытием или под полом нет помещений с плановым постоянным или временным пребыванием людей, предусматривая трехкратный воздухообмен, при аварии пятикратный. Высота помещений принимается не менее 3,6 м, проход между агрегатами 1,5 м, расстояние между стенами и агрегатами 0,7 м. Водоохдаждающие холодильные машины с воздушным охлаждением конденсатора и с осевым вентилятором размешают снаружи здания: на крыше или во дворе здания.

Схема холодоснабжения. Подбор баков и насосов.

Схема холодоснабжения центрального кондиционера может быть одноконтурной без бака в установках с поверхностным воздухоохладителем и с политропной камерой орошения холодопроизводительностью до 150 кВт, одноконтурной с двухсекционным баком при больших значениях холодопроизводительности.

Рис 15. Одноконтурная схема присоединения воздухоохлаждающей машины к камере орошения. 1- водоохлаждающая машина, 2 – камера орошения, 3 – блок автоматического регулирования холодопроизодительности.

Рис.16. Двухконтурные схемы циркуляции холодоносителя с открытым двухсекционным баком (а) и односекционным (б). 1 и 2 двухсекционный и односекционный баки, 3 – водоохлаждающая машина.

В схеме без бака при децентрализованном холодоснабжении, после использования в камере орошения отепленная вода забирается насосом из поддона, проходит через испаритель холодильной машины и подается обратно к форсункам. Эта схема применяется, если холодопроизводительность машины регулируется автоматически по температуре воды, выходящей из испарителя, при большом объеме трубопроводов и испарителя. Подобная сема без бака применяется и для поверхностного воздухоохладителя.

В установках большей производительности и при централизованном холодоснабжении от холодильных станций отепленная вода из поддона камеры орошения самотеком поступает в бак, расположенный ниже уровня поддонов камеры орошения. При двухконтурной схеме бак имеет два отсека: отепленной и охлажденной воды, две группы насосов, одна из которых осуществляет циркуляцию холодоносителя между баком и потребителем холода, вторая между баком и испарителем холодильной машины. Степень охлаждения воздуха после камеры орошения регулируется с помощью трехходового смесительного клапана путем изменения температуры холодной воды, подаваемой на форсунки, за счет изменения соотношения количества холодной и рециркуляционной воды в клапане. Для управляемых процессов в оросительной камере степень охлаждения воздуха после камеры орошения кроме того регулируется путем изменения расхода холодной воды с помощью двухходового регулирующего клапана.

Подбор насосов. Циркуляционные и смесительно-циркуляционные насосы, используемые в системах тепло-и холодоснабжения, подбираются подвум значениям: подаче насоса, равной объемному расходу тепло-и холодоносителя, напору, развиваемому насосом.

Напор, развиваемый насосом, определяется в зависимости от схемы тепло-и холодоснабжения поверхностного теплообменника или камеры орошения. Для замкнутой схемы циркуляции с поверхностным теплообменником он складывается из потерь напора в трубопроводах, регулирующей, запорной арматуре, промежуточных водо-водяных теплообменниках при независимой схеме, поверхностном теплообменнике. Потери напора (давления) в отдельных элементах гидравлической сети вычисляют при подборе соответствующего оборудования. Потери напора (давления) в трубопроводах определяют в результате гидравлического расчета, назначая диаметр трубопровода, ориентируясь на скорость движения жидкости не более 1 – 1,5 м/с или в курсовом проекте принимают ориентировочно.

Насосы для подачи воды в оросительную камеру подбирают по расходу холодной воды и напору, развиваемому насосом, определяется по формуле:

,

где – потери напора в трубопроводах и коллекторах, м. в. ст., ориентировочно 0,5 м;

- высота подъема воды, м;

ρ – плотность жидкости, кг/м³;

- давление воды перед форсунками, соответствующее расходу воды для достижения значения коэффициента адиабатной эффективности, Па.

Насосы для подачи отепленной воды в испаритель холодильной машины и далее резервуар холодной воды, подбирают по расходу холодной воды и напору:

+Δ ,

где Δ – потери напора в испарителе, Па;

– высота бака холодной и отепленной воды от всасывающей трубы до перелива, м;

– потери напора в трубопроводах, Па.

Подбор расширительного бака. Для компенсации увеличения объема в замкнутом гидравлическом контуре трубопроводов, обычно при независимой схеме, следует предусматривать закрытый расширительный бак. Полезный объем закрытого расширительного бака определяется по формуле:

,

где – изменение температуры воды от минимального до максимального значения в системе, ⁰С:

.

В режиме охлаждения минимальная температура принимается равной +4⁰С, равной температуре окружающего воздуха 35 ⁰С;

– объем воды в системе теплохолодоснабжения поверхностных теплообменников, определяется суммированием объема воды в отдельных элементах: испарителе чиллера, трубопроводах, воздухоохладителе при независимом присоединения, водоводяном теплообменнике, воздухонагревателе или воздухоохладителе, трубопроводах при независимом присоединении;

– абсолютное минимальное давление в расширительном баке, кПа (бар), равное гидростатическому давлению на уровне установки бака с некоторым запасом при установке насосов и бака в нижних точках системы:

,

где – запас давления для создания избыточного давления в верхней точке системы, кПа, принимается равным 5 кПа;

– высота от уровня воды в расширительном баке до верхней точки системы теплохолодоснабжения, м;

– плотность теплохолодоносителя при минимальной температуре, кг/м³.

Если расширительный бак устанавливается в верхней части системы, то минимальное давление принимается 150 кПа (1,5 бар) не зависимо от перепада высоты между точкой установки бака и потребителем (фэнкойлом, теплообменником). Объем закрытого бака уменьшается при переходе его в верхнюю часть здания;

- абсолютное давление в баке до его подключения к системе, кПа, или давление предварительной настройки, определяется как:

.

абсолютное максимальное давление воды в баке, кПа, принимается равным:

,

где – рабочее давление, допустимое для элементов для элементов системы тепло-холодоснабжения в низшей точке, кПа; для кожухотрубного испарителя чиллера 1000 кПа (10 бар), для разборного пластинчатого испарителя – 500 кПа (5 бар);

– давление, развиваемое насосом, кПа;

- гидростатическое давление столба жидкости высотой h₁, определяется как расстояние от уровня установки насоса до уровня воды в расширительном баке.

Бак подбирается по объему и давлению предварительной настройки .

 

Приложение 1

Варианты заданий

Номер по списку в группе	Район строительства		Номер по списку в группе	Район строительства
1. 2. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.	Волгоград Брест Астрахань Кострома Киров Киев Курск Краснодар Саратов Тула Владимир Москва		13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.	Смоленск Псков Пенза Симферополь Ярославль Иваново Орел Вологда Брянск

№ варианта	План	Позиция
1.		1,2
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.		1,2
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.

 

Приложение 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 3

 

Приложение 4