Воздушная компрессионная холодильная установка

Применение воздуха в качестве хладоагента желательно вследствие его большой доступности и абсолютной безвредности для человека.

Работа системы производства холода, где в качестве хладоагента используется воздух (рис) состоит в следующем. Воздух от производственных объектов хладопотребления 1 засасывается воздушным компрессором 5, затем подвергается сжатию, в результате чего его температура и давление повышается. Из компрессора сжатый воздух поступает в охладитель 4, где он охлаждается проточной водой, поступающей из системы производственного водоснабжения, при p=const и приобретает температуру охлаждающей воды. 

 

Из охладителя хладоагент направляется в расширитель 3 (детандер), где его давление снижается (к примеру, до атмосферного). При расширении воздух совершает работу, в результате чего температура снижается. После расширителя воздух направляется в систему распределения холода 2 и оттуда к потребителям 1.

 

В TS –координатах компрессорный цикл представлен на рис. Площадь фигуры 6-4-1-5 соответствует количеству теплоты q_o, воспринятого системой от промышленного охлаждаемого объекта, а фигуры 6-3-2-5 – кол-во теплоты q_к, переданной охлаждающей воде. Площадь фигуры 1-2-3-4- выражает затраты энергии на осуществление цикла и эквивалентна механической работе сжатия хладоагента (воздуха).

Холодильный коэффициент

   (1)

Можно записать, что

Пологая Cp =const и подставляя значения Cp в формулу (1), запишем

 

 

Полученное выражение преобразуем в виду:

                                       (2)

 

Из адиабат 1-2 и 3-4 имеем (рис. 1)

 

 

Но P₂ = P₃=const и P₁=P₄=const, следовательно,

Выполняя подстановку полученных соотношений в формулу (2), окончательно запишем

 

                                                     (3)

Сравнивая холодильный коэффициент  с (холодильный коэффициент машины, работающей по обратному циклу Карно),  видим, что в холодильной установке определяющими параметрами являются температура воды в системе технического водоснабжения и температура хладоагента в системе распределения холода. Поэтому сравнение будет выполняться для интервала температур T₃ …..T₁. Для этих пределов температур холодильный коэффициент в цикле Карно

                                                                                   (4)

Сравнивая выражения (4) и (3), видим, что > .

Холодильный коэффициент действительного цикла воздушной холодильной машины можно выразить как функцию отношения P₂/P₁ конечного P₂ и начального P₁ давлений в компрессоре. Из адиабаты сжатия 1-2 имеем

                                                                             (5)

Подставляя выражение (5) в формулу (3), получаем

 

Сравнительные расчеты выявляют отрицательные стороны воздуха как хладоагента при использовании его в поршневых машинах. Основной его недостаток – низкая производительность, что влечет за собой его большие расходы и, в конечном итоге, повышенные конечные затраты при сооружении системы производства и распределения холода. В настоящее время при использовании в качестве хладоагента воздуха (разделение воздуха в цикле Капицы) применяют не поршневые компрессоры, а турбокомпрессоры, которые при достаточной компактности обладают высокой производительностью.