Цикл парокомпрессионной холодильной машины с плавающим давлением конденсации

 

В связи с тем, что энергоэффективность названа одним из приоритетов экономической поли­тики России, весьма актуальным является вопрос повышения эффективности парокомпрессионных холодильных циклов.

Существует возможность уменьшения энергозатрат в системах на основе парокомпрессионного холодильного цикла за счет использования неравномерности температуры окружающей среды с тече­нием времени. Это решение может быть наиболее выгодно в системах холодоснабжения, работающих круглогодично в регионах с заметным годовым перепадом средних температур (в том числе для России).


В применяемых системах компрессоры работают с постоянной степенью сжатия, рассчитанной на поддержание давления конденсации хладагента при постоянной расчетной температуре окружающего воздуха. За расчетную для каждого региона (согласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология») принимается установленная температура, превышение которой в году наблюдается лишь в течение регламентированного времени. Реальная температура окружающей среды меняется в течение года, месяца и даже суток (рис. 1).



В современных системах с понижением температуры окружающей среды ниже расчетной при­нимаются меры для поддержания установленного значения давления и температуры в конденсаторе. Поддержание постоянного давления конденсации вызвано тем, что производительность ТРВ зависит от перепада давлений на нем. Слишком низкое давление конденсации приводит к недостаточному перепаду давления на расширительном устройстве, в результате чего испаритель плохо снабжается хладагентом. С другой стороны ясно, что при более низкой температуре конденсации работа холодильной машины эффективнее. То есть существующие холодильные установки с ТРВ работают по неоптимальному с точ­ки зрения термодинамики алгоритму: возможностью экономии энергии жертвуют ради стабильности работы машины.


Если реализовать систему, в которой параметры конденсации всегда будут соответствовать те­кущему состоянию окружающей среды, при условии обеспечения работоспособности всех элементов холодильной системы, можно рассчитывать на экономию энергии за счет уменьшения работы сжатия при понижении температуры окружающего воздуха.


В работе [ 1] описываются преимущества использования герметичных насосов жидкого хладагента «в качестве второй ступени сжатия, создающей давление подачи, необходимое для обеспечения достаточной пропускной способности ТРВ» на холодильных установках судов рыболовного флота. В конце 80-х гг. в была проведена модернизация холодильных установок УПС «Профессор Воеводин» и БМРТ «Генерал остряков» с использованием фреоновых насосов .


В США, начиная с 1960 г., по рассматриваемой теме были получены несколько патентов, но данные о практическом применении не обнаружены вплоть до момента, когда Р.Хайд получил поддержку государства со своим патентом 1992 г. [2].


В контуре между конденсатором и расши­рительным устройством установлен насос, повы­шающий давление жидкости. Производительность конденсатора не регулируется и процесс конденса­ции всегда происходит при температуре, соответ­ствующей температуре окружающей среды. На­пор, необходимый для устойчивой работы рас­ширительного вентиля обеспечивается насосом. Затраты энергии на сжатие жидкости при этом несравнимо меньше затрат на сжатие газа в ком­прессоре. Таким образом, в конце 80х-начале 90- х гг. парокомпрессионные холодильные системы с плавающим давлением конденсации, получив­шие в западной литературе название LPA (Liquid Pressure Amplification) или LRP (Liquid Refrigeration Pumping) систем были опробованы и начали при­меняться.


Опыт эксплуатации в климатических условиях США показывает, что применение их позволяет сэкономить от 10 до 30 % энергии и срок окупаемости большинства установок составляет от 1-го до 3-х лет. Однако повсеместного применения технология не получила. Возможно, это связано как с небольшими (по сравнению, например, с Россией) сезонными колебаниями температур воздуха, так и с необходимостью установки малорасходного насоса хладагента, требующего специального изготовления.


Альтернативное решение предлагается авторами [3] и защищено патентом Российской Федера­ции [4].


Применение холодильных установок с плавающим давлением конденсации эффективно для холодоснабжения:

  • супермаркетов;
  • складов;
  • систем кондиционирования серверных;
  • технологических процессов пищевой, химической, металлургической промышленности;
  • ледовых спортивных сооружений;
  • судов рыболовного флота;
  • потребителей, не функционирующих круглогодично, но находящихся в зонах со значительным суточным перепадом температуры (особенно в сочетании с аккумуляторами холода).

Список литературы

1. Плотников В. А. О проектировании энергосберегающих судовых холодильных установок // Судостроение. 1992. № 7. C. 19-21.

2. US Patent № 5150580, 1992.

3. Жердев А. А., Колесников А. С., Фролов Ю. ДЦикл парокомпрессионной холодильной машины с плавающим давлением конденсации // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Машиностроение. 2010. Спец. вып. Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения. С. 141-147.

4. Патент РФ № 95082, 2010.

31 Марта 2013
Организация: MГТУ им. Н.Э. Баумана
Комментарии 0

Комментариев пока нет