19.12.2017

Практические результаты энтропийно – статистического метода анализа (ЭСМА) холодильных циклов

В.В. Шишов, главный инженер Группы компаний «Фармина», доцент МГТУ им. Н.Э. Баумана
(журнал "Холодильная Техника" №9, 2017 г.)

 

    Расчеты с помощью ЭСМА позволяют определить распределение энергетических потерь в холодильной установке (ХУ), их изменение по узлам в зависимости от хладагента (ХА) и вида цикла, на основании которых можно планировать совершенствования того или иного узла ХУ.

   ЭСМА позволяет утверждать, что рекомендательные документы, применяемые в настоящий момент при проектировании ХУ, не учитывают полностью особенности, свойственные разным холодильным циклам, работающим на разных ХА. Например, рекомендуемые перепады температур для теплообменников (ТО) в холодильной технике не увязаны с ХА и холодильными циклами, а определяются только рабочими температурными зонами, например, стандартные условия для воздухоохладителей в соответствии с EN328 (SC1 – SC4).

   Начиная с принятия Монреальского протокола (1987 г), в холодильной технике идет постоянный процесс замены ХА на экологически безопасные. Поэтому понимание того, как изменяется распределение энергетических потерь по узлам в ХУ в зависимости от ХА очень важно при конструирования новых эффективных систем.

   Постоянно растущие тарифы на электроэнергию и требования по снижению вредного воздействия на окружающую среду сделали повышение энергоэффективности оборудования в холодильной индустрии и кондиционировании воздуха устойчивой тенденцией последних лет. С развитием технологий работы велись в основном в области компрессоростроения, систем автоматического управления и поиска новых ХА.

   Однако существует еще один способ повышения эффективности, на который следует обратить пристальное внимание, - снижение температурных напоров в ТО, например, за счет увеличения их поверхности. Как видно из ЭСМА большая доля энергетических потерь приходится на ТО.

   Малые значения степени термодинамического совершенства систем кондиционирования  = 0.1… 0.15 объясняются необоснованно высокими температурными напорами, принятыми в ТО. Увлечение снижением размеров ТО, а, следовательно, и их стоимости, приводит к завышению эксплуатационных расходов. С внедрением алюминиевых микроканальных ТО появилась возможность снизить температурный напор в них, а, следовательно, и повысить энергетическую эффективность ХУ.

Температуру конденсации при применении конденсатора с воздушным охлаждением по общепринятой рекомендации поддерживают выше температуры окружающей среды на 10...20 К. При проектировании новых объектов целесообразно производить подбор конденсаторов на меньшую разницу температур (не более 10 К) между охлаждающей средой и температурой конденсации (обычно сроки окупаемости не превышают 1 года). Особенно это актуально для крупных промышленных предприятий с длительным сроком эксплуатации оборудования.

   ЭСМА реальных работающих ХУ позволяет произвести сравнение решений вне зависимости от применяемых компонентов, нагрузки на холодильное оборудование и региона установки конкретной холодильной системы.

   Высокий адиабатный КПД КМ позволяет на практике применять одноступенчатое сжатие до t= – 350 С, хотя, потери в КМ при t= – 310 С и tконд = +420 С для R404А сопоставимы с потерями при дросселировании (40% и соответственно 24.8%), адиабатный КПД КМ ηад = 0.6. Поэтому в этих случаях рекомендуется переходить на другие циклы, например, цикл с экономайзером, у которого холодильный коэффициент ε на 30% выше ε простого одноступенчатого цикла.

   Как видно из вышесказанного ЭСМА холодильных систем выходит из области академических наук и становится инструментом инженеров - практиков.

   Предполагается ЭСМА внедрить в инженерные программы подбора оборудования для проектировщиков ХУ.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

  1. Шишов В.В., Верховный А.И., Васильев М.К., Сахапов Р.Р. Выбор хладагента для холодильной установки на основе энтропийно – статистического анализа // Холодильная техника. 2017. №5. С.38-41.
  2. Архаров А.М., Шишов В.В., Талызин М.С. Энтропийно – статистический анализ низкотемпературных холодильных циклов и выбор на его основе оптимальной системы холодоснабжения магазина // Холодильная техника. 2016. №3. С.30-34.