24.09.2019

Выбор температурного напора в теплообменниках

 

В.В.Шишов, главный инженер Группы компаний «Фармина», доцент МГТУ им. Н.Э. Баумана

 

 

   Более полувека в холодильной технике не меняются рекомендации по выбору температурного напора в теплообменниках (ТО), хотя, казалось бы, что постоянно растущие тарифы на электроэнергию и материалы, из которых выполнены теплообменники (в основном – медь и алюминий) должны бы влиять на эти величины, которые должны выбираться, исходя из технико-экономического обоснования с учетом изменений этих цен.

   Как видно из энтропийно - статистического анализа, основная доля энергетических потерь приходится на ТО, и потери зависят не только от температурных режимов работы, но и от ХА и холодильного цикла [1]. Малые значения степени термодинамического совершенства систем кондиционирования  ηт = 0.09-12  объясняются общепринятыми необоснованно высокими температурными напорами в воздухоохладителях (ВО). Увлечение уменьшением размеров ТО, а, следовательно, и их стоимости приводит к резкому повышению эксплуатационных расходов.   Одним из способов повышения эффективности холодильных установок (ХУ) является снижение температурных напоров ∆t в ТО, например, благодаря увеличению площади их поверхности. 

   По общепринятым рекомендациям температурный напор ∆tкд в конденсаторе (КД) воздушного охлаждения составляет 10-20 К. Максимальное значение ∆tкд определяется пределом безопасной эксплуатации компрессора (КМ) при тяжелых погодных условиях, так как превышение этого параметра ведет к уменьшению ресурса работы КМ из - за роста степени сжатия и температуры нагнетания, которой следует уделять пристальное внимание, устанавливая на КМ защитные температурные реле (следует следить, чтобы температура нагнетания не превышала 135 0С). При температуре окружающей среды tос = +35 0С температура конденсации при ∆tкд = 20 К будет tкд = +55 0С, что близко к предельной для КМ при работе на R 404А. При уменьшении ∆tкд, с одной стороны, растет годовое потребление электроэнергии вентиляторами КД, однако с другой– снижается давление конденсации, что ведет к снижению годового энергопотребления компрессорного агрегата. В итоге общее энергопотребление ХУ снижается настолько, что, несмотря на повышение стоимости КД с меньшим ∆tкд, появляется возможность обеспечить малый срок окупаемости. Алюминиевый микроканальный КД с воздушным охлаждением теплопроизводительностью 300 кВт при ∆tкд = 8 K по сравнению с КД с ∆tкд = 15 K окупится менее чем за полгода, классический воздушный КД окупится в течение года. При современной тенденции на увеличение стоимости энергоносителей необходимо обратить серьезное внимание на выбор размера КД. Целесообразно будет ограничить верхнюю границу рекомендованного ∆tкд значением 10 K [2].

    Не менее важным фактором является выбор температурного напора в ВО. В одноступенчатом цикле с ХА R 404А для поддержания температуры в камере - 25 0С при температуре конденсации tк = + 45 0С, адиабатном КПД КМ ηад = 0.65, перегреве в ВО Δtп = 7 К (перегрев ХА в ВО поддерживают Δtп = 5÷8 К, что обеспечивает безопасный «сухой» ход КМ), увеличивая температурный напор с рекомендуемого 6 К до 10 К, можно уменьшить площадь ВО, но следует учитывать, что холодильный коэффициент ε в этом случае упадет приблизительно на 10 %, а удельная объемная холодопроизводительность уменьшится на 17.5 %, т.е. придется применять КМ большего типоразмера. Уменьшение рекомендуемого температурного напора в ВО с понижением температуры кипения вызвано резким уменьшением при этих условиях удельной объемной холодопроизводительности ХА.

 

  Список литературы:

1.Шишов В.В. Энтропийно - статистический анализ холодильных циклов для систем кондиционирования // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Сер. Машиностроение. 2012. № 8. С. 143 – 156.

2.Шишов В.В., Талызин М.С. Повышение энергоэффективности холодильных установок при уменьшении температурного напора в конденсаторах с воздушным охлаждением

// Теплоэнергетика.2015. №9. С. 1-4.