CC BY
30
УДК 621.565.943
В.П. Шайдуллина, Л.В. Дуболазова
Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет,
690087, г. Владивосток, ул. Луговая, 52б
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ НАПОРОВ В ИСПАРИТЕЛЯХ НА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ
Исследуется влияние температурного напора в испарителях на энергоэффективность холодильной машины. Выведены математические уравнения зависимости удельной холодо-производительности и работы от температурного напора.
Ключевые слова: температурный напор, холодопроизводительность, холодильный коэффициент.
V.P. Shaidullina, L.V. Dubolazova THE IMPACT OF EVAPORATOR TEMPERATURE RANGE ON THE REFRIGERATING MACHINE ENERGY EFFICIENCY
The article studies the evaporator temperature range and its impact on the refrigerating machine energy efficiency. We came up with the equation that indicates the dependence of refrigerating capacity and compression strength per unit on temperature range.
Key words: temperature range, compression strength per unit, refrigerating capacity, refrigerating coefficient.
Введение
Для максимального сохранения качества продуктов питания требуется определенная температура и влажность воздуха. Необходимая температура воздуха в холодильной камере поддерживается в зависимости от требуемой температуры хранения продукции. Температура в холодильной камере зависит от многих факторов: теплопритоков через ограждения, тепло-притоков от термической обработки продуктов, теплопритоков от открывания дверей, от работающего персонала, электрооборудования, кратности циркуляции воздуха в камере.
В испарителях (воздухоохладителях) холодильных машин происходит процесс кипения холодильного агента. Кипение - процесс парообразования внутри жидкости, температура которой выше температуры насыщения при данном давлении. Для поддержания процесса кипения необходим непрерывный подвод теплоты к кипящей жидкости от охлаждаемой среды.
Количество теплоты, передаваемое хладагенту от охлаждаемой среды, определяется по формуле (1)
Q0=kFOm, (1)
где k - коэффициент теплопередачи испарителя, Вт/(м2 0С); F - площадь теплопередающей поверхности, м2; вт - температурный напор между средами, °С.
Коэффициент теплопередачи зависит от типа испарителя. При низких температурах работа испарителей всегда приводит к малым значениям коэффициента теплопередачи, так как при низких температурах кипения имеют место невысокие коэффициенты теплоотдачи как на стороне кипящего хладагента, так и на стороне жидкого хладоносителя. С понижением температуры кипения коэффициенты теплопередачи снижаются в 2,5-3 раза, т.е. весьма су-
щественно [1]. К наиболее распространенным причинам понижения коэффициента теплопередачи испарителя в процессе эксплуатации относятся:
- образование значительного слоя инея (снеговой шубы) на наружной поверхности испарителя или образование льда на рабочей поверхности в испарителях, используемых для охлаждения хладоносителей;
- загрязнение маслом внутренней поверхности испарителя;
- уменьшение скорости движения воздуха в воздухоохладителях или хладоносителя в испарителях для охлаждения жидкостей.
Наличие температурного напора Зт определяет перенос теплоты от охлаждаемого продукта к кипящему холодильному агенту. В холодильных машинах работа теплообменных аппаратов обусловлена малыми температурными напорами [2, 3, 4, 5, 6]. В процессе эксплуатации величина температурного напора зависит в основном от состояния теплопередающей поверхности, заполнения испарителя холодильным агентом и соответствия между холодо-производительностью компрессора и испарителя.
Правильный выбор величины температурного напора позволяет снизить энергопотребление холодильной машины, поэтому целью данной работы является исследование влияния температурных напоров на параметры холодильной машины.
Методы исследования
На рис. 1 приведена схема холодильной машины и цикл в диаграмме по которому
проведены сравнительные расчеты параметров холодильного цикла. Термодинамические процессы цикла: 1-2 - адиабатное сжатие в компрессоре; 2-3 - охлаждение, конденсация и переохлаждение сжатого пара в конденсаторе; 3-4 - дросселирование холодильного агента; 4-1 - кипение хладагента в испарителе.
Рис. 1. Схема холодильной машины и цикл в диаграмме h-lgp Fig. 1. The diagram of refrigeration unit and cycle in diagram h-lgp
Удельная массовая холодопроизводительность, кДж/кг
qo = hi - h4.
(2)
Работа на сжатие 1 кг хладагента, кДж/кг
l = (h2 - hi). (3)
Холодильный коэффициент
q
. — о
s =-— (4)
h2- hi • KV
Удельная объемная холодопроизводительность, кДж/м3
q = qo
qv--. (5)
vi V 7
Результаты исследования
Сравнительные расчеты параметров холодильного цикла для R717, R22, R507, R404a проведены по формулам (2-5) и представлены в табл. 1, 2.
Таблица 1
Параметры холодильного цикла при разных температурных напорах
Table 1
Refrigeration cycle parameters according to different temperature drops
Температура конденсации tK 0С Температура кипения to, 0С Удельная массовая холодопроизводительность qo, кДж/кг Удельная объемная холодопроизводительность qv, кДж/м3 Отклонения, %
R717
35 -5 1090 3027
-10 1080 2571 3,0
-15 1070 2098 3,6
-20 1060 1737 3,44
R22
35 -5 161 2824
-10 159 2373 3,2
-15 158 2025 2,9
-20 156 1695 3,2
R507
35 -5 118 3185
-10 116 2697 3,0
-15 114 2235 3,1
-20 112 1836 3,57
R404а
35 -5 108 2700
-10 107 2276 3,1
-15 106 1859 3,66
-20 104 1552 3,3
Таблица 2
Параметры холодильного цикла при разных температурных напорах
Table 2
Refrigeration cycle parameters according to different temperature drops
Температура конденсации tK 0С Температура кипения t0, 0С Работа на сжатие l, кг Холодильный коэффициент s Отклонения, %
R717
35 -5 190 5,73
-10 240 4,5 12,3
-15 290 3,68 19,3
-20 301 3,4 7,6
R22
35 -5 32 5,03
-10 34 4,67 7,15
-15 37 4,27 8,56
-20 45 3,47 18,7
R507
35 -5 25 4,72
-10 27 4,29 9,1
-15 29 3,93 8,39
-20 36 3,11 20,8
R404a
35 -5 27 4,0
-10 29 3,68 8,0
-15 32 3,3 10,32
-20 37 2,81 14,84
Снижение температуры кипения хладагента на 1 градус вызывает снижение удельной объемной холодопроизводительности более чем на 3 % (см. табл. 1, 2) вызывает увеличение работы на сжатие 1 кг хладагента (рис. 2) и снижение холодильного коэффициента (рис. 3). При понижении температуры воздуха происходит осушение воздуха, если воздух становится насыщенным, осуществляется конденсация водяных паров из воздуха на теплопередающей поверхности испарителя. Влага, выпадающая на приборах охлаждения, вызывает уменьшение массы продукции и снижение качества. Степень усушки продукции в первую очередь зависит от разности температур кипения и воздуха в камере. Увеличение объёмного расхода воздуха при снижении разности температур на входе в воздухоохладитель и выходе из него способствует снижению выпадения влаги.
Используя программу СигуеЕхрег! 1.4, получим математические уравнения кривых зависимостей изменения удельной объемной холодопроизводительности от температуры кипения для различных холодильных агентов (рис. 2): для R717 - qv= 3444+ 86,8610; для R22 - qv= 3163+ 74,710; для R507 - qv= 3615,5+ 90,18t0; для R404а - qv = 3662+ 77,22t0 .
Данные уравнения можно использовать для определения удельной объемной холодопроизводительности в диапазоне температур кипения от -5 0С до -20 0С.
Рис. 2. Изменение удельной объемной холодопроизводительности в зависимости от температуры кипения для различных холодильных агентов Fig. 2. Change in specific volumetric cooling capacity depending on the boiling point for various refrigerants
Рис. 3. Изменение холодильного коэффициента в зависимости от температуры кипения
для различных холодильных агентов Fig. 3. Change in the refrigeration coefficient depending on the boiling point for various refrigerants
Используя программу CurveExpert 1.4, получим математические уравнения кривых зависимостей изменения коэффициента в зависимости от температуры кипения для различных холодильных агентов (рис. 3):
для R717 - е = 7,4675 + 0,3937 t0+0,0095 t20 ; для R22 - е = 5,08 -0,0084 t0-0,0044 t20; для R507 - е = 4,8225 + 0,0063 t0+0,0039 t%; для R404а - е = 4,2225 + 0,0365 t 0-0,0017 t 2 .
Данные уравнения можно использовать для определения удельной объемной холодопро-изводительности в диапазоне температур кипения от -5 0С до -20 0С.
Выводы
Таким образом, рассмотрено влияние изменения температурного напора в испарителях на параметры холодильной машины.
Выведены математические уравнения зависимостей удельной холодопроизводительно-сти, работы на сжатие 1 кг хладагента, от температурного напора.
Сокращать размеры испарителя, увеличивая температурный напор между средами, экономически нецелесообразно, несмотря на снижение капитальных затрат на испаритель, поскольку это приводит к повышению энергетических затрат на производство искусственного холода из-за понижения температуры кипения хладагента. Снижение эффективности работы испарителя, вызывая понижение температуры кипения хладагента, приводит, в свою очередь, к уменьшению холодопроизводительности компрессора, увеличению удельного расхода электроэнергии при одновременном ухудшении условий работы компрессора, так как при этом повышается температура нагнетания.
Список литературы
1. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. СПб.: Политехника, 2000. 576 с.
2. Шишов В.В. Температурный напор в конденсаторах с воздушным охлаждением // Холодильная техника. 2014. № 9. С. 35-37.
3. Идельт П., Арндт У. Кондиционирование воздуха. Сплит и VRF-мультисплит системы. М.: Техносфера, 2011. 335 с.
4. Симдянкин А.А., Назаренко А.В. Исследование влияния изменения температурного напора в воздушных конденсаторах на параметры холодильных установок // Науч. тр. Даль-рыбвтуза. 2019. Т. 48, № 2. С. 62-66.
5. Шишов В.В. Рекомендации по температурным напорам // Холодильная техника. 2014. № 9. С. 41-43.
6. Шайдуллина В.П., Дуболазова Л.В. Анализ температурных напоров в конденсаторах холодильных машин, их влияние на энергоэффективность // Науч. тр. Дальрыбвтуза. 2019. Т. 49, № 3. С. 55-61.
Сведения об авторах: Шайдуллина Валентина Павловна, кандидат технических наук, доцент; e-mail: [email protected];
Дуболазова Людмила Васильевна, старший преподаватель.
