Енергозбереження в холодильних установках

 

Енергоефективність компресорів

Часто виробники заявляють про підвищений ККД і холодильний коефіцієнт вироблюваних компресорів. В роботі [2] на підставі офіційних каталогів фірм Tecumseh, Bristol, Maneurop, Copeland, Воск, Frascold, Bitzer проведено порівняльний аналіз компресорів, які працюють на холодоагенті R404а і мають потужність електродвигуна від 2 до 15 кВт. Результати дали змогу встановити, що холодильні коефіцієнти всередині груп ідентичних компресорів (наприклад, серед напівгерметичних) відрізняються незначно. Усереднені холодильні коефіцієнти деяких компресорів представлені в таблиці 2.3.

З одержаних даних можна зробити висновок про високу ефективність спіральних компресорів у системах кондиціювання і напівгерметичних – в установках для глибокого заморожування.

Таблиця 2.3

Холодильні коефіцієнти деякіх компресорів

Компресори	Ткип=0°С Тконд=40°С	Ткип=-15°С Тконд=40°С	Ткип=-30°С Тконд=40°С
Герметичні поршневі	2,91	1,85	1,25
Напівгерметичні поршневі	3,19	2,15	1,43
Герметичні спіральні	3,27	2,12	1,36

 

Регулювання продуктивності

З розвитком напівпровідникової і цифрової техніки і зниженням її собівартості виробники компресорів все частіше пропонують регулювати продуктивність за допомогою частотного регулювання. Таке обладнання дає змогу виконувати аналогове регулювання холодопродуктивності компресорів у певному діапазоні й підтримувати задану тем­пературу випаровування холодоагенту. В цьому випадку економія енергії відбувається завдяки роботі установки в оптимальному режимі. Проте, беручи до уваги високу вартість таких регуляторів (близько 20000грн коштує електродвигун 10 кВт) і складність встановлення оптимальних режимів, необхідно бути обережними, вибираючи подібні методи регулювання, й порівнювати термін окупності з терміном роботи обладнання. Як альтернативу можна розглядати ступінчасте регулювання холодопродуктивності багатокомпресорних станцій, які дають змогу регулювати продуктивність за рахунок від'єднання компресорів.

 

Регулювання тиску конденсації

Раніше цей процес відбувався за допомогою механічних регуляторів тиску, що дають можливість підтримувати необхідний тиск у ресивері, незалежно від температури охолоджувального повітря або води. З точки зору підвищення енергоефективності таких установок особливо цікавим є використання реле тиску або інших регуляторів, які регулюють тиск конденсації ввімкненням-вимиканням або зміненням швидкості обертання вентиляторів конденсатора. Крім того, плавне змінення швидкості обертання вентиляторів забезпечує постійний тиск рідкого холодоагенту і збільшує ефективність роботи системи за рахунок стабільної роботи дроселюючого пристрою.

 

Вибір обладнання

У виборі конденсаторів і повітроохолодників необхідно керуватися не тільки ціною і потужністю, треба враховувати потужність, споживану вентиляторами і ТЕНами. Виробники пропонують багато типів обладнання для різних умов застосування. У разі правильного вибору можна одержати обладнання не тільки з високими експлуатаційними характеристиками, але і з низьким енергоспоживанням.

 

Настроювання обладнання

Якщо настроїти холодильні системи на автоматичну роботу за оптимальних умов, якими є певні температури кипіння й конденсації, періодичність і тривалість відтавання, можна зекономити до 50% споживаної електроенергії. Але однією з основних проблем є відсутність приладів контролю й обліку споживання електроенергії. Також в нагоді стануть системи дистанційного контролю й управління холодильним обладнанням (наприклад Televis від компанії Elivell), які допомагають контролювати роботу обладнання дистанційно, з офісу сервісної організації.

 

Підбір компресора

Потужність електродвигуна морозильного компресора на 10...20% менша за потужність холодильного тієї ж продуктивності. Тому необхідно використовувати компресо­ри, які відповідають режимам застосування. Встановлення на морозильне обладнання середньотемпературних і високотемпературних компресорів підвищує споживання електроенергії внаслідок завищеної потужності компресорного електродвигуна.

 

Проектування

Вибираючи компресори, насоси, проектувальники часто, за браком знань і досвіду, віддають перевагу обладнанню із завищеними параметрами. Це призводить до збільшення витрат на його придбання і експлуатацію.

Застосування масловіддільників, рекуперативних теплообмінників для підігріву води або повітря, підвищення перегріву всмоктуваної пари та переохолодження рідини перед дроселюючим пристроєм теж підвищують ефективність системи.

 

Заощадження

Використання відтавання випарників гарячою парою холодоагенту, яке відбувається під час охолодження інших камер. У цьому випадку енергія не витрачається на нагрівання ТЕНів, оскільки використовується тепло конденсації холодоагенту. Цей метод дає змогу економити від 3 до 8% споживаної енергії.

Застосування статичних випарників зберігає електроенергію, потрібну для живлення вентиляторів, до того ж продукти менше усихають і обвітрюються.

Використання затоплених рідиною випарників підвищує ефективність їх тепловіддачі та роботи холодильної системи.

Зростання вартості й дефіцит енергоносіїв може найближчим часом істотно збільшити собівартість продукції з причини витрати енергії на її виробництво і зберігання. Зе­кономити енергію та підвищити ефективність роботи холодильного обладнання можна тільки за допомогою контролю цих завдань на всіх стадіях проектування і експлуатації.

Приклади розрахунку теплових схем

Холодильних установок

 

Задача 2.1. Виконати тепловий розрахунок двоступеневої холодильної машини з однократним дроселюванням і неповним проміжним охолоджуванням, якщо її холодильна продуктивність =100 кВт; температура кипіння =213 К; температура конденсації =303 К; температура на вході в компресор I-ї ступені =233 К; робоче тіло - ; недорекуперація робочого тіла на виході із змійовика проміжної посудини =5 K.

Розрахунок

1. Відповідно до схеми і циклу холодильної машини, які зображені на рис.2.16 за діаграмою або за таблицями з додатків [7] визначають параметри характерних точок (табл. 2.4).

Рис. 2.16. Схема і цикли двоступеневої холодильної машини з однократним дроселюванням і неповним проміжним охолоджуванням

Таблиця 2.4

Параметри характерних точок

Параметри	Точки
p, МПа	0,0218	0,16	0,16	0,16	1,169	1,169
T, K
h, кДж/кг				1444,6
υ, м^3/кг	4,75	-	-	0,86	-	-

 

Параметри	Точки
p, МПа	0,16	0,16	0,16	0,169	0,16
T, K
h, кДж/кг
υ, м^3/кг	-	-	-	-	-

 

2. Проміжний тиск розраховуємо за рівнянням

МПа.

3. Масова витрата робочого тіла в I ступені

кг/с.

4. Масова витрата робочого тіла в IІ ступені

кг/с.

5. Ентальпія робочого тіла на вході у компресор II ступені

6. Ізоентропна потужність компресорів I і II ступені:

кВт,

кВт.

7. Дійсна об'ємна продуктивність компресорів I і II ступені:

/ с,

/ с.

8. Теоретичний холодильний коефіцієнт:

 

Задача 2.2. Виконати тепловий розрахунок каскадної холодильної машини, якщо її холодопродуктивність =10 кВт; температура кипіння у нижній гілці каскаду =193 К; температура конденсації у верхній гілці каскаду =303 К; робоче тіло нижньої гілки каскаду - , верхньої - .

 

Розрахунок

1. У нижній і верхній гілках каскаду одноступеневі машини (див. рис. 2.17). Температуру конденсації робочого тіла в нижній гілці каскаду і температуру кипіння робочого тіла у верхній гілці каскаду вибирають з умови рівності ступені підвищення тиску в компресорах в нижній і верхній гілках каскадів, і різниця температур К. Параметри характерних точок визначають за таблицями станів робочого тіла [7] (таблиця. 2.5).

2. Стан робочого тіла в точці 9 визначають з умови підігрівання його в теплообміннику II до 223-233 К. У теплообміннику III (точка 1) хладон R 13 нагрівається до температури 273-258 К. Температуру робочого тіла знаходять за умовами недорекуперації в теплообміннику IV (5-10 K). Підігрів робочого тіла у верхній гілці каскаду в регенеративному теплообміннику I (процес 10-11) вибирають рівним 20-30 К.

3. Стан робочого тіла в точках 4, 6, 14 визначають за тепловими балансами теплообмінників:

кДж/кг,

кДж/кг.

Рис. 2.17. Схема і цикли каскадної холодильної машини

 

Таблиця 2.5

Параметри характерних точок

Параметри	Точки
p, МПа	0,11	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9	0,11	0,11
T, K
h, кДж/кг	1046,5		1072,5		908,5			1006,5
υ, м^3/кг	0,19	-	-	-	-	-	-	-

продовження табл. 2.5

Параметри	Точки
p, МПа	0,11	0,145	0,145	1,1908	1,1908	1,1908	0,145
T, K
h, кДж/кг			1038,5		871,5
υ, м^3/кг	-	-	0,16	-	-	-	-

 

4. Питома холодопродуктивність нижньої гілки каскаду

кДж/кг.

5. Питома холодопродуктивність верхньої гілки каскаду

кДж/кг.

6. Випарник верхньої гілки каскаду відводить від робочого тіла нижньої гілки каскаду питому масову теплоту

кДж/кг.

7. Масова витрата робочого тіла нижньої гілки каскаду

кг/с.

8. Масова витрата хладону R22 на 1 кг хладону R13:

кг/кг.

9. Масова витрата робочого тіла верхньої гілки каскаду:

кг/с.

10. Об'ємна продуктивність компресорів нижньої і верхньої гілок каскаду:

/ с,

/ с.

11. Ізоентропна потужність компресорів нижньої і верхньої гілок каскаду:

кВт,

кВт.

12. Теоретичний холодильний коефіцієнт

 

Питання для самоконтролю

 

1. Переваги і недоліки різних холодоагентів.

2. Принцип розшифрування номерів фреонів.

3. Основні властивості хладонів. Їх вплив на конструкцію холодильної установки і витрату енергії.

4. Основні вимоги до присадок.

5. Назвати групи холодоносіїв.

6. Рекомендації по застосуванню інгібіторів.

7. Вимоги до схем холодильних установок.

8. Особливості роботи вузла одноступеневих компресорів на декілька температур кипіння.

9. Схеми приєднання всмоктувальних ліній до компресорів.

10. Особливості проектування вузла конденсатора і лінійного ресивера.

11. Особливості роботи вузла компресорів двоступеневого стиску.

12. Переваги схеми «економайзер».

13. Зобразити схему включення відцентрового компресора з двоступеневим дроселюванням.

14. Основні переваги компресорних цехів.

15. Компоновка обладнання компресорних цехів.

16. Переваги і недоліки децентралізованих машинних відділень.

17. Розміщення холодильного устаткування децентралізованих машинних відділень.

18. Переваги централізованих машинних відділень.

19. Компоновка устаткування централізованих машинних відділень.

20. Перерахувати основні заходи з енергозбереження в холодильних установках.

Розділ 3