Собівартість штучного холоду в холодильних установках та теплових насосах

План лекції

4.1. Собівартість штучного холоду, одержаного від одноступеневої парокомп­ресор­ної холодильної установки (ОХУ). Методологія.

4.1.1. Визначення енергетичної складової одержаного від ОХУ.

4.1.2. Визначення повної собівартості холоду, одержаного від ОХУ.

4.1.3. Висновки щодо штучного холоду від ОХУ.

4.2. Собівартість штучного холоду та теплової енергії, одержаних від паро­ком­­пре­сійного теплово­го насосу ПТН. Методологія.

4.2.1. Визначення енергетичної складової теплової енергії, одержа­ної від ПТН.

4.2.2. Приклад визначення повної собівартості теплової енергії, одержаної від ПТН.

4.2.3. Висновки щодо теплової енергії від ПТН.

4.2.4 Визначення енергетичної складової штучного холоду від ПТН.

4.2.5. Визначення повної собівартості штучного холоду від ПТН.

4.2.6. Висновки щодо штучного холоду від ПТН.

4.1. Собівартість штучного холоду, одержаного від одноступеневої парокомп­ресорної холодильної установки (ОХУ). Методологія.

Повна собівартість штучного холоду, у разі одержання його від парокомпре­сорної установки з використанням електроприводу компресора – (С _шт.х^t) ^Σ, грн/ Гкал(х),визначається за фор­му­лою:

(С _шт.х ^t ) ^Σ = (С _шт.х ^t ) ^е/е, + (С _шт.х ^t ) ^експл + (С _шт.х ^t ) ^рент (4.1)

де:

(С _шт.х ^t) ^е/е – енергетична складова собівартості штучного холоду, грн/Гкал(х);

(С _шт.х ^t) ^експл – експлуатаційна складова штучного холоду, грн/Гкал(х);

(С _шт.х ^t) ^рент –складова рентабельності виробництва штучного холоду, грн/Гкал(х).

Енергетична складова собівартості штучного холоду– (С _шт.х^t) ^е/е, грн/Гкал(х),визначається за формулою:

(С _шт.х^t) ^е/е = S _е/е ^шт.х / Q _шт.х^t (4.2)

де:

S _е/е ^шт.х – вартість спожитої протягом визначеного часу, наприклад, однієї годи­ни, електроенергії, витраченої в холодильній установці на ви­роблення хо­лоду конкретної темпера­тури, грн/год;

Q _шт.х^t – кількість одержаного протягом визначеного часу, наприклад, однієї го­ди­ни, в холодильній установці штучного холоду конкрет­ної темпера­ту­ри, т.зв. холодопродуктивність, Гкал/год або кВт.год(х).

Визначення складових формули (4.2) є достатньо складною процедурою і тому потребують детального визначення.

Вартість електричної енергії, спожитої компресором холодильної установки – S _е/е ^шт.х,грн/год, визначається за формулою:

S _е/е ^шт.х = С _е/е · W _компр (4.3)

де:

С _е/е – закупівельна вартість електричної енергії, грн/кВт.год. Виз­начається умо­вами електропостачання та кон’юнктурою енерго­ринку.

W _компр – кількість електричної енергії, спожитої компресором протягом визна­ченого часу, наприклад, однієї години, кВт.год(е)/год. Виз­начається за формулою:

W _компр = L _компр^t · τ_визн / η_е.прив (4.4)

де:

η_е.прив – експлуатаційний ККД електроприводу компресора, од. Визначається йо­го паспортом та терміном експлуатації.

τ_визн – визначений термін часу експлуатації холодильної установки для роз­ра­хунку собівартості штучного холоду. Як правило, τ_визн = 1,0 год.

L _компр^t – механічна потужність компресора, спожита компресором протягом визна­ченого часу, наприклад, однієї години, кВт.год/год. Виз­начається нижче, за формулою:

L _компр^t = l _компр^t· G _Х.А (4.5)

де:

l _компр^t – фактична питома робота, виконана компресором, в процесі одержання штуч­ного холоду, кДж/кг. Визначається параметрами термо­динамічного циклу хо­ло­диль­ної установки.

G _Х.А – масова витрата холодильного агента, що циркулює в системі “компре­сор – конденсатор - випарник” холодильної установки, кг/год або кг/с. Визна­ча­ється за паспортною характеристикою компресора або метода­ми енер­гетичних балансів компресора, випарника, конденсатора, або шляхом безпосереднього виміру. У разі наявності достовірних даних що­до холо­допродуктивності холодильної установки – Q _шт.х^t , величина G _Х.А мо­же бути визначена за формулою:

G _Х.А = Q _шт.х^t / q _шт.х^t (4.6)

де q _шт.х^t – питома холодопродуктивність холодильної установки, кДж/кг. Визна­чається термодинамікою циклу холодильної установки.

Питомі показники термодинамічного циклу, визначальні в методології визна­чення собівартості холоду від холодильної установки, визначаються з побудо­ва­но­го в системі термодинамічних координат циклу холодильної установки, див. рис. 1.4, і мають наступний вигляд:

q _шт.х ^t = i ₂ – i ₁ – питома кількість штучного холоду, одержаного в холодильній установці внаслідок випаровування холодоагенту, кДж/кг;

l_a ^t = i _3а – i ₂ – питома робота ізоентропного (адіабатичного) стискання холодо­аген­ту в компресорі, кДж/кг;

l _компр^t = i ₃ – i ₂ – питома робота реального стискання робочого тіла в компре­сорі, кДж/кг. Визначається за формулою: l _компр^t = l_a ^t / η_компр із враху­вання експлуатаційного ККД компресора.

Цикл одноступеневої парокомпресорної установки на одну тем­­­пературу холо­ду – 8 ^оС в системі координат “ lg(p)-і ” пред­с­тавлено нижче, на рис. 4.1.

 

 

Рис. 4.1. Термодинамічний цикл одноступеневої холодильної установки

Макропоказники роботи холодильної установки, наступні:

- Q _шт.х^t, Гкал/год (або кВт(х)) – холодопродуктивність холодильної установ­ки (кількість одержа­ного про­тя­гом визначеного часу штучного холоду) кон­к­рет­­ної темпера­тури. Визначається за формулою:

Q _шт.х^t = G _X.A · q _шт.х ^t = G _X.A · (i ₂ – i ₁) (4.7)

де:

i ₂ – ентальпія холодоагенту (у стані насиченої або перегрітої пари) на виході із випарника, кДж/кг. Визначається у відповідності до експлуатаційного тиску у випарнику.

i ₁ – ентальпия холодоагенту (у стані насиченої або переохолодженої рідини) на виході із конденсатора (після дроселювання), кДж/кг. Визначається у відпо­від­­ності до експлуата­цій­но­го тиску в конденсаторі.

- L _компр^t , кВт (або кДж/с) – механічна потужність (робота, виконана компре­сором, в оди­ни­цю часу) в процесі одер­жан­ня штуч­ного холо­ду конкретної температури. Визначається за форму­лою:

L _компр^t = G _X.A · l _шт.х^t = G _X.A · (I ₃ – I ₂) (4.8)

де:

I ₃ – ентальпия холодильного агенту (у стані перегрітої пари) на виході з компре­сора (на вході в конденсатор), кДж/кг. Визначається відповідності до екс­плу­а­таційного тиску в конденсаторі.

- W _компр^t, кВт(е) – електрична потужність, яку споживає компресор. Виз­на­ча­єть­ся за форму­лою:

W _компр^t = L _компр^t / η_е.прив (4.9)

де:

η_е.прив – ККД електроприводу компресора. Визначається за паспортом електро­приводу в межах від 0,90 до 0,95.

Нижче, наведено приклад визначення енергетичної складової та повної собі­вар­­тості штучного холоду, температурою – 8 ^оС, одержаного від односту­пене­вої холодильної установки, що має визначену хододопродуктівнісь у 525 кВт(х), або у 0,45 Гкал(х)/год, з холодоагентом – аміаком (R-717).