CC BY
256
УДК 621.56
Сравнительный анализ циклов бытового холодильника на хладагентах R134a, R600a
Лариса Владимировна Сумзина, к.т.н., зав. каф. сервиса, e-mail: [email protected] Александр Васильевич Максимов, к.т.н., доцент, каф. сервиса Юрий Владимирович Кудров, аспирант, каф. сервиса, e-mail: [email protected] ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва
Представлены результаты сравнительного анализа потерь эксергии в процессах цикла бытового холодильника при применении хладагентов R134а и R600а; на основе проведенных расчетов построены диаграммы распределения потоков эксергии в процессах цикла; установлено, что анализ показателей термодинамической эффективности цикла холодильного агрегата бытового холодильника подтверждает преимущества хладагента R600a по сравнению с хладагентом R134а.
The article offers results of a comparative analysis of exergy loss in processes of the household refrigerator cycle with application of R134а and R600а cooling agents. Basing on their calculations, the authors provide diagrams of exergy direction control in the cycle processes and state that the analysis results of the cycle thermodynamic effectiveness indicators for the refrigerating unit of a household refrigerator prove advantages of R600a cooling agent in comparison with R134а cooling agent.
Ключевые слова: цикл холодильного агрегата, энтальпия, эксергия, потери эксергии, термодинамическая эффективность цикла, эксергетический КПД.
Keywords: cycle of a refrigerator set, enthalpy, exergy, exergy loss, cycle thermodynamic effectiveness, exergetic efficiency factor.
В настоящее время в качестве рабочих веществ бытовых компрессионных холодильников наибольшее распространение получили холодильные агенты R134а (тетрафторэтан СН2РСР3) и R600а (изобутан С4Н10). С точки зрения экологии изобутан R600а в качестве хладагента имеет явные преимущества по показателям влияния на озоновый слой Земли (ОБР = 0) и возможности возникновения парникового эффекта (GWP = 0,001). Анализ физических свойств также подтверждает эффективность изобутана, которая проявляется в снижении энергопотребления и уровня шума холодильников.
Термодинамический анализ циклов холодильных агрегатов, работающих на хладагентах R134а и R600а, целесообразно начать с рассмотрения диаграммы «энтальпия-эксергия» (рис.1). С помощью этой диаграммы можно оценить эксер-гетический потенциал применяемых хладагентов и потери эксергии в процессах цикла. Расчет производился для исходных данных, приведенных в [2]. Результаты расчетов сведены в табл. 1.
Эксергию процесса сжатия применительно к рассматриваемому циклу можно считать затратами эксергии на входе в систему е', а эксергию процесса кипения - суммарной полезной эксерги-ей на выходе системы е" [1].
Эксергетический КПД п цикла холодильного агрегата определяется по формуле е"
Пе =—.
е
Таблица 1. Результаты расчета энтальпии и эксергии в цикле холодильного агрегата
№ точки цикла R134a R600a
i, кДж/кг е, кДж/кг i, кДж/кг е, кДж/кг
1 453,16 0,23 287,66 0,21
2 393,10 0,63 177,91 4,25
3 444,45 0,00 275,28 0,00
4 393,10 2,77 177,91 6,55
5 579,27 -46,42 515,59 -81,65
6 630,63 -52,05 612,96 -93,21
7 696,25 13,58 727,69 21,52
8 618,71 4,33 609,83 8,66
9 456,10 0,34 295,18 0,44
40
Энтальпия /', кДж/кг
Рис. 1. Диаграммы «энтальпия-эксергия» для хладагентов Ю34а и Я600а
На основе проведенных расчетов (см. табл. 1) можно определить потери эксергии в процессах
Рис. 2. Диаграмма распределения потоков эксергии: а - хладагент R134а; б - хладагент R600а
цикла и построить диаграмму распределения потоков эксергии (рис. 2).
Рассмотрение диаграммы распределения потоков эксергии показывает, что максимальные потери эксергии для двух рассматриваемых хладагентов наблюдаются в процессе отвода теплоты от сжатых паров в окружающую среду (кривые 7 - 8) и конденсации хладагента (кривые 8 - 9). В данных процессах потери при применении хладагента Я134а выше, чем у Я600а.
Затраты эксергии на входе в систему е', соответствующие работе процесса сжатия, у хладагента Я600а на 80,8% выше, чем у хладагента Я134а.
Суммарная полезная эксергия на выходе системы, соответствующая процессу кипения, на 74,8% выше у хладагента Я600а. Для получения равной холодопроизводительности в холодильных агрегатах, работающих на рассмотренных хладагентах, в агрегате на Я600а необходимо снизить массу циркулирующего в системе рабочего вещества, что приведет к снижению потребляемой компрессором мощности.
Проведем анализ термодинамической эффективности циклов на основе представленных в табл. 2 показателей.
Таблица 2. Показатели термодинамической эффективности циклов
Название показателя Величина показателя
Ю34а RбGGa
Удельная холодопроизводитель-ность, д0, кДж/кг 18б,2 337,7
Удельная теплота, отводимая от конденсатора, qk, кДж/кг 1б2,б 314,7
Адиабатическая изоэнтропическая работа компрессора, Ь5, кДж/кг б5,б 114,7
Холодильный коэффициент, є 2,84 2,94
Теоретический массовый расход хладагента, Оа, кг/с G,GGG8 G,GGG4
Изоэнтропическая мощность компрессора, Вт 52,5G 42,G9
Теоретическая объемная производительность компрессора, Уі, м3/с G,GGG2 G,GGG3
Эксергетический КПД, г)е G,72 G,75
На рис. 3 приведены результаты расчета показателей термодинамической эффективности: удельной холодопроизводительности qo, удельной теплоты, отводимой от конденсатора qk, и адиабатической изоэнтропической работы компрессора Ls.
Анализ полученных результатов показывает более высокую эффективность хладагента R600а: удельная холодопроизводительность выше на 81%, удельная теплота, отводимая от конденсатора, возрастает на 93%, а адиабатическая изоэнтро-пическая работа компрессора - на 75% по сравнению с хладагентом R134а. Результаты расчета холодильного коэффициента є и основного показателя термодинамической эффективности цикла -эксергетического КПД г/е - приведены на рис. 4. Эксергетический КПД хладагента R600a на 4% выше, чем у хладагента R134a.
Таким образом, результаты проведенного сравнительного анализа показателей термодинамической
_________________%______________9*_____________^_____________
Рис. 3. Сравнительный анализ показателей термодинамической эффективности цикла для хладагентов R134а и R600a
Рис. 4. Сравнительный анализ холодильного коэффициента и эксергетического КПД цикла для хладагентов R134а и R600а
эффективности цикла холодильного агрегата бытового холодильника подтверждают преимущества хладагента ЯбООа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бродянский В. М., Фратшер В., Михалек К. Эксергетический метод и его приложения. М.: Энергоиздат. 1988.
2. Сумзина Л. В., Максимов А. В. Анализ потерь эксергии в цикле компрессионного бытового холодильника // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2012. Т. 8. № 1. С. 37 - 39.
Поступила 22.03.2012 г.
