Визначення еколого-енергетичних характеристик установки.

На початку 1990-х років при оцінюванні перспектив використання альтернативних холодоагентів почав використовуватися метод TEWI-аналізу. Величина Повного Еквіваленту Глобального Потепління - TEWI (Total Equivalent Warming Impact) була запропонована для врахування енергетичних і екологічних факторов, що впливають на збільшення парникового ефекту. Цей критерій враховує як прямий вклад в збільшення парникового ефекту від емісії холодоагентів, так і непрямий вклад від викиду СО₂ при виробленні електроенергії, необхідної для експлуатації холодильного обладнання.

,

де b - емісія СО₂ при вироблені 1кВт^.година електроенергії, кг(СО₂)/кВт^.година, прийнята для України b = 0,7; α - ступінь утилізації холодоагенту, приймаємо α = 0.

Як результат подальшого розвитку методики TEWI-аналізу, було включення в нього розрахунку непрямого вкладу від енергозатрат на створення обладнання і ексергетичних втрат, було отримано метод еколого-термоекономічного аналізу холодильного обладнання. Сформульовані в рамках цього метода коефіцієнти (tewi, δ, γ, φ) дуже зручні при аналізі ефективності, оскільки вони не залежать від продуктивності обладнання.

Найбільш простим і зручним для попереднього аналізу перспектив застосування того чи іншого альтернативного холодоагенту є питоме (віднесене до холодопродуктивності) значення і коефіцієнт питомої емісії парникових газів

,

де - емісія СО₂ від частини енергії, що перетворена в холод, кг(СО₂):

В рамках запропонованих коефіцієнтів порівняння доцільності застосування альтернативного холодоагенту можна виконати за допомогою подальших коефіцієнтів:

Коефіцієнт еколого-енергетичної доцільності*

Коефіцієнт еколого-енергетичної досконалості*

Дані коефіцієнти розраховується для двох холодоагентів, що порівнюються, і в цьому випадку індекс "альт" відноситься до одного з альтернативних холодоагентів. Якщо перехід на альтернативний холодоагент є доцільним, то , а .

 

Довідково-інформаційні дані

 

Початкові дані для розрахунку вибираються відповідно до варіанту з табл. 1:

Таблиця 1 – Дані для виконання розрахунково-графічного завдання.

Варіант	Холодоагенти	t0, ^0С	tk, ^0С	t1, ^0С	Vh, м^3/г	LХЛ, кг/рік	mХЛ, кг	N, рік
	R134а, R404А				20,6	0,05^.mХЛ
	R22, R407С				20,6	0,1^.mХЛ
	R125, R410А				20,6	0,05^.mХЛ
	R134а, R404А				20,6	0,1^.mХЛ
	R22, R407С				20,6	0,05^.mХЛ
	R125, R410А				20,6	0,1^.mХЛ
	R134а, R404А	-10			20,6	0,05^.mХЛ
	R22, R407С	-10			20,6	0,1^.mХЛ
	R125, R410А	-10			20,6	0,05^.mХЛ
	R134а, R404А	-10			20,6	0,1^.mХЛ
	R22, R407С	-10			20,6	0,05^.mХЛ
	R125, R410А	-10			20,6	0,1^.mХЛ
	R134а, R404А	-20			20,6	0,05^.mХЛ
	R22, R407С	-20			20,6	0,1^.mХЛ
	R125, R410А	-20			20,6	0,05^.mХЛ
	R134а, R404А	-20			20,6	0,1^.mХЛ
	R22, R407С	-20			20,6	0,05^.mХЛ
	R125, R410А	-20			20,6	0,1^.mХЛ
	R134а, R410А			t0+15	31,0	0,05^.mХЛ
	R22, R404А			t0+15	31,0	0,1^.mХЛ
	R125, R407С			t0+15	31,0	0,05^.mХЛ
	R134а, R410А			t0+15	31,0	0,1^.mХЛ
	R22, R404А			t0+15	31,0	0,05^.mХЛ
	R125, R407С			t0+15	31,0	0,1^.mХЛ
	R134а, R410А	-10		t0+25	31,0	0,05^.mХЛ
	R22, R404А	-10		t0+25	31,0	0,1^.mХЛ
	R125, R407С	-10		t0+25	31,0	0,05^.mХЛ
	R134а, R410А	-10		t0+25	31,0	0,1^.mХЛ
	R22, R404А	-10		t0+25	31,0	0,05^.mХЛ
	R125, R407С	-10		t0+25	31,0	0,1^.mХЛ
	R134а, R410А	-20		t0+25	31,0	0,05^.mХЛ
	R22, R404А	-20		t0+25	31,0	0,1^.mХЛ
	R125, R407С	-20		t0+25	31,0	0,05^.mХЛ
	R134а, R410А	-20		t0+25	31,0	0,1^.mХЛ
	R22, R404А	-20		t0+25	31,0	0,05^.mХЛ
	R125, R407С	-20		t0+25	31,0	0,1^.mХЛ
	R134а, R407С	-5		t0+25	41,4	0,05^.mХЛ
	R22, R410А	-5		t0+25	41,4	0,1^.mХЛ
	R125, R404А	-5		t0+25	41,4	0,05^.mХЛ
	R134а, R407С	-5		t0+25	41,4	0,1^.mХЛ
	R22, R410А	-5		t0+25	41,4	0,05^.mХЛ
	R125, R404А	-5		t0+25	41,4	0,1^.mХЛ
	R134а, R407С	-15		t0+25	41,4	0,05^.mХЛ
	R22, R410А	-15		t0+25	41,4	0,1^.mХЛ
	R125, R404А	-15		t0+25	41,4	0,05^.mХЛ
	R134а, R407С	-15		t0+25	41,4	0,1^.mХЛ
	R22, R410А	-15		t0+25	41,4	0,05^.mХЛ
	R125, R404А	-15		t0+25	41,4	0,1^.mХЛ
	R134а, R407С	-25		t0+25	41,4	0,05^.mХЛ
	R22, R410А	-25		t0+25	41,4	0,1^.mХЛ
	R125, R404А	-25		t0+25	41,4	0,05^.mХЛ
	R134а, R407С	-25		t0+25	41,4	0,1^.mХЛ
	R22, R410А	-25		t0+25	41,4	0,05^.mХЛ
	R125, R404А	-25		t0+25	41,4	0,1^.mХЛ

 

Де t₀ - температура холодоагенту в випарнику; t_K - температура холодоагенту в конденсаторі; t₁ - температура холодоагенту на вході в компресор; V_h - об'єм, що описується поршнями компресора; L_ХЛ - витік холодоагенту; m_ХЛ - маса холодоагенту і спінюючого агенту, що знаходяться в установці; N - час експлуатації обладнання.

 

Наступні дані однакові для всіх варіантів:

кінцева мінімальна різниця температур у конденсаторі ;

кінцева мінімальна різниця температур у випарнику ;

мінімальна різниця температур у переохолоджувачі ;

температура охолоджуючої води на вході у конденсатор ;

температура артезианської води t_{артез.води} = 6 ºС;

в охолоджувач холодоагенту подається артезианська вода в обсязі G_ПО = 0.5 т/ч = 0.139 кг/с;

температура холодоносія на вході у випарник ;

внутрішній індикаторний ККД компресора η_0i = 0.8;

електромеханічний ККД компресора η_ЭМ = 0.9.

Таблиця 2 – Значення GWP для деяких холодоагентів

Холодоагент	Потенціал глобального потепління (GWP), за 100 років
R410А
R125
R22
R404А
R407С
R134а

Таблиця 3 –Дані для задач

Задача №1

Варіант
Р1, кПа
t1, ºС
ε	5.5		6.5
q1, кДж/кг
Робоче тіло	повітря	повітря	повітря
k	1.4	1.4	1.4

Задача №2

Варіант
Р1, кПа	101.3	101.3	101.3
t1, ºС
ε
ρ	1.65	1.67	1.69
t3, ºС
Робоче тіло	повітря	повітря	повітря
k	1.4	1.4	1.4

Задача №3

Варіант
t1, ºС	-9	-7	-5
PК, бар	9.1	9.3	9.5
Робоче тіло	R143A	R22	R410A
Q0, кВт

Задача №5

Варіант
PК, бар
Робоче тіло	R143A	R22	R410A
toc, ºС

Задача №6

Варіант
t1, ºС
P1, бар
Робоче тіло	R143A	R22	R410A
toc, ºС
Pос, бар

Задача №7

Варіант
t1, ºС
P1, бар
Робоче тіло	R143A	R22	R410A
toc, ºС
Pос, бар
QK, кВт
t'вода, ºС
t''вода, ºС

 

 

Таблиця 4 –Відповіді на задачі

Задача №1

Варіант
ηt	0.494	0.512	0.527
lц, кДж/кг	454.7967	480.9422	505.9477
q2, кДж/кг	465.2033	459.0578	454.0523
υ1, м3/кг	0.095561	0.092692	0.08999
υ2, м3/кг	0.017375	0.015449	0.013845

Задача №2

Варіант
ηt	0.587	0.610	0.630
υ1, м3/кг	0.901604	0.915805	0.930004
Р2, кПа	3284.454	4075.573	4913.347
T2, ºК	859.6159	928.6571	994.7648
υ3, м3/кг	0.110404	0.089258	0.074158
T4, ºК	545.309	499.305	461.5109
T1, ºК (Карно)	1048.472	1089.151	1126.393
T2, ºК (Карно)	421.5785	404.8604	391.0477
Cp 23, кДж/(кг*К)	1.152764	1.160167	1.16663
q1, кДж/кг	465.1796	392.7084	320.106
Cυ41,кДж/(кг·К)	0.732988	0.731989	0.731707
q2, кДж/кг	166.5047	128.9434	97.58118
lц, кДж/кг	272.9702	239.7048	201.5362
ηt (Карно)	0.748	0.745	0.741
φ	0.784	0.819	0.849

Задача №3

Параметри робочого тіла в характерних точках циклу

Варіант	t, ºC
	-9	-7	-5
	16.8286	34.80439	10.6019
	12.95663	20.77936	5.476715
	-9	-7	-5.09436

Варіант	Р, бар
	4.635352	3.939371	6.782838
	9.1	9.3	9.5
	9.1	9.3	9.5
	4.635352	3.939371	6.782838

Варіант	h, кДж/кг
	383.08577	402.38491	420.92623
	398.57336	423.4177	429.87538
	219.82713	225.02283	209.61521
	219.82713	225.02283	209.61521

Варіант	s, кДж/(кг*K)
	1.6945134	1.7611115	1.8909042
	1.6945134	1.7611115	1.8909042
	1.0698686	1.0870375	1.1007147
	1.0764606	1.0947126	1.1027273

Варіант	x, кг/кг
	> 1	> 1	> 1
	0.168597	0.157537	0.070709

Варіант
q0, кДж/кг	163.2586	177.3621	211.311
qК, кДж/кг	178.7462	198.3949	220.2602
l, кДж/кг	15.48759	21.03279	8.949155
G, кг/с	0.612525	0.563818	0.473236
ε	10.541	8.433	23.612

 

 

Задача №5

Варіант
TK, ºK	302.2013	303.4109	305.3744
r, кДж/кг	153.8532	177.3645	173.9441
τ	0.029951	0.027227	0.026932
e, кДж/кг	4.608075	4.829076	4.684698

Задача №6

Варіант
h1, кДж/кг	401.1551	415.8954	430.0519
s1, кДж/(кг*K)	1.670481	1.715976	1.825668
h2, кДж/кг	245.9512	236.9574	253.5059
s2, кДж/(кг*K)	1.15691	1.126236	1.247671
h0, кДж/кг	419.9136	427.3609	460.1964
s0, кДж/(кг*K)	1.970693	1.976894	2.238579
e1, кДж/кг	69.24851	65.54451	92.55206
e2, кДж/кг	64.59793	60.66823	87.75786
η	0.933	0.926	0.948

Задача №7

Варіант
h1, кДж/кг	401.1551	415.8954	430.0518535
s1, кДж/(кг*K)	1.670481	1.715976	1.825667671
h2, кДж/кг	245.9512	236.9574	253.5058561
s2, кДж/(кг*K)	1.15691	1.126236	1.247670702
h0, кДж/кг	419.9136	426.7026	458.5556982
s0, кДж/(кг*K)	1.970693	1.97466	2.233038901
e1, кДж/кг	69.24851	65.28471	91.73177352
e2, кДж/кг	64.59793	59.81869	85.78158163
h′вода, кДж/кг	104.9189	104.9189	104.9188927
s′вода, кДж/(кг*K)	0.3672	0.3672	0.367199984
h0вода, кДж/кг	84.00605	88.18977	92.37285455
s0вода, кДж/(кг*K)	0.296463	0.31071	0.324907218
e′вода, кДж/кг	0.176324	0.112715	0.063328512
qK, кДж/кг	155.2039	178.938	176.5459974
G, кг/с	0.644314	0.838279	1.132849246
tвода ср, ºС	27.5	27.5	27.5
Ср вода ср, кДж/(кг*K)	4.180438	4.180438	4.180437625
Gвода, кг/с	4.784188	7.176282	9.568376228
e′в, кДж/кг	1.309253	0.964927	0.53489114
dК, кДж/кг	5.95983	6.430947	6.485083027
η	0.916	0.903	0.93