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.
Организация: MГТУ им. Н.Э. Баумана
Комментариев пока нет