Теплота конденсации хладагента холодильной установки (также как и теплота абсорбции в абсорбционной установке) должна быть передана окружающей среде. В качестве теплоотводящей среды могут быть выбраны вода или атмосферный воздух – самые доступные теплоприемники. Ранее считалось более целесообразным охлаждать конденсаторы промышленных холодильных установок, а также абсорберы
абсорбционных установок водой, так как из-за более интенсивной (примерно в 1000 раз по сравнению с воздухом) теплоотдачи к воде и более значительной (почти в 3000 раз) объемной теплоемкости воды обеспечиваются компактность теплообменных аппаратов и относительно низкая их металлоемкость. Кроме того, температура воды в летнее время, как правило, ниже температуры воздуха в данной местности, и поэтому
холодильная установка, имеющая конденсатор с водяным охлаждением, работает летом при более низкой температуре конденсации хладагента. Конденсаторы с воздушным охлаждением обычно применяли только в малых торговых и транспортных холодильных установках, то есть там, где по ряду причин применение воды исключалось.
При использовании воды в качестве теплоотводящей среды возможны два вида водоснабжения: проточное (разомкнутая система подачи воды) и оборотное (замкнутая система подачи воды). В разомкнутой системе (рис. 1) вода, взятая из источника водоснабжения 1 при температуре tw1 насосом 2, используется однократно для отвода теплоты в конденсаторе и затем сбрасывается, будучи нагретой до температуры tw2. Система проточного водоснабжения может быть применена, прежде всего, благодаря своей простоте, однако ее использование не всегда экономически оправдано, а часто и невозможно из-за вероятности загрязнения окружающей среды.
Рис. 1. Схема проточного водоснабжения: 1 - открытый водоем; 2 - насос; 3 – конденсатор.
Целесообразность использования той или иной системы водоснабжения в большой степени зависит от источника водоснабжения, количества и качества воды в нем. Иногда для водоснабжения холодильных установок воду берут из различных естественных водоемов: рек, озер, морей. Если предприятие находится вблизи таких источников, то стоимость воды оказывается низкой и ее повторное использование нецелесообразно. В некоторых случаях вода естественных водоемов может содержать большое количество растворенных солей, что приводит к образованию отложений на теплопередающей поверхности и коррозии аппаратов, охлаждаемых такой водой. В других случаях вода оказывается сильно загрязненной, что требует ее предварительной обработки или частой очистки аппаратов и, следовательно, усложняет эксплуатацию установки. Часто приходится, например, при водоснабжении химических предприятий, отказываться от разомкнутой системы с забором воды из реки, так как в теплообменных аппаратах вода может загрязняться рабочими веществами при их утечке, а санитарные требования запрещают возвращать загрязненную воду в реку.
Другим целесообразным источником водоснабжения для холодильных установок вследствие низкой температуры воды (
tw1 = 9…12 °C) являются артезианские скважины (колодцы). Но артезианская вода часто жесткая, химически агрессивная, что также приводит к образованию отложений и коррозии. В крупных населенных пунктах
холодильные установки нередко снабжаются из городской водопроводной сети. Применение в таких случаях проточного водоснабжения приводит к значительным расходам. Из-за сравнительно высокой стоимости водопроводной воды иногда получается, что за воду приходится платить существенно больше, чем за электроэнергию на привод холодильного оборудования (в частности,
компрессора). В некоторых случаях недостаточное поступление воды из источника (недостаточный дебит), не обеспечивающее нужд холодильной установки, лишает возможности применять проточное водоснабжение даже при хорошем качестве воды и низкой ее стоимости.
В замкнутой системе (рис. 2) вода используется многократно, так как циркулирует по замкнутому контуру и перед очередным использованием охлаждается в атмосферном охладителе 1, отдавая окружающему воздуху теплоту Qк, полученную в конденсаторе 2 (или других аппаратах). Таким образом, в замкнутой системе вода, циркулирующая при помощи насоса 3, является промежуточным теплоносителем между хладагентом, от которого отводится теплота в аппарате, и наружным воздухом.
Рис. 2. Схема оборотного водоснабжения: 1 - атмосферный охладитель; 2 - конденсатор; 3 - насос; 4 - вентилятор; 5 – бак.
В таких охладителях вода непосредственно контактирует с окружающим воздухом и охлаждается благодаря передаче теплоты воздуху при одновременном действии конвективного теплообмена и поверхностного испарения воды в воздух. Потери воды за счет испарения (до 4 % от общего количества циркулирующей воды) компенсируются добавкой из внешнего источника. Роль лучистого теплообмена в общем количестве переданной теплоты сравнительно невелика, и поэтому влиянием этого процесса обычно пренебрегают. Однако в некоторых конструкциях охладителей лучистый теплообмен может оказывать и нежелательное действие, когда открытая поверхность воды подвергается нагреванию солнечными лучами. Таким образом, охлаждение воды происходит путем совместного действия теплообмена и массообмена при соприкосновении воды с
влажным атмосферным воздухом.
Оборотное водоснабжение используют при следующих условиях:
1) высокая стоимость воды;
2) загрязненность воды в источнике водоснабжения;
4) недостаточный дебит источника водоснабжения;
5) высокая жесткость воды.
Обычно температура воды
tw1, поступающей в конденсатор после охлаждения в атмосферном охладителе, несколько выше температуры воды, забираемой из естественных источников в данной местности, в связи с чем и расчетное давление конденсации, принимаемое
при проектировании установки, также должно быть выше, что повышает энергетические затраты на производство холода.
Статья полностью:
Способы отвода теплоты к окружающей среде
