Техническое обслуживание промышленных холодильных установок

Техническое обслуживание промышленных холодильных установок

В процессе эксплуатации на холодильную установку воздействует энергия окружающей среды, включая обслуживающий и ремонтный персонал, и внутренних источников, связанных с совершением процесса сжатия хладагента и хладоносителя, а также аккумулировавших энергию. При передаче механической, электромагнитной, внутренней, химической энергии в форме работы и теплоты в элементах холодильной установки возникают процессы разной природы, сопровождающиеся действием сил, которое приводит к изменению их начальных свойств. Например, к компрессору, насосу, вентилятору подводится механическая энергия для совершения рабочего процесса. Здесь действию механической силы подвержена вся кинематическая цепочка. В результате изменяются свойства элементов холодильной установки.

Исключить нежелательное изменение свойств (старение) элементов холодильной установки нельзя. Но знание причины и сущности процессов старения позволяет использовать установку так, чтобы исправность (или только работоспособность) сохранялась в течение заданной наработки.

Процессы старения приводят к ухудшению технического состояния объекта. Но изменение свойств может носить обратимый характер, если оно связано, например, с упругой деформацией материала, отложением продуктов коррозии и разложения масла, образованием накипи, засорением фильтров и т.д. Повреждения и отказы, вызванные такими явлениями, могут быть устранены в результате выполнения комплекса относительно простых и нетрудоемких операций, называемого техническим обслуживанием.

Техническое обслуживание обычно включает контроль технического состояния объекта, операции профилактического характера (очистка, смазывание, регулирование и др.) и замену дефектных элементов.

Технический контроль, цель которого - проверка исправности (или только работоспособности) на промышленных холодильных установках, осуществляет штатный дежурный персонал, который визуально (т. е. при помощи органов чувств) и с помощью измерительных средств следит за состоянием установки, периодически регистрирует в суточном журнале (при отсутствии автоматической регистрации) режим работы и на основе значений параметров и признаков функционирования принимает решения по управлению установкой.

Компрессорные агрегаты

Техническое состояние компрессорных агрегатов контролируют путем измерения эксплуатационных параметров, визуально и с помощью технических средств по признакам функционирования, например, по наличию течей, состоянию масла, шуму, вибрации и др.

Утечку хладагента определяют с помощью индикаторов, течеискателей и газоанализаторов, а место утечки - посредством индикатора или течеискателя. Герметичность сальника проверяют по количеству капель масла, вытекающих в единицу времени.

Работа механизмов сопровождается механическими и акустическими колебаниями. Как правило, работоспособному состоянию оборудования соответствуют определенные уровни вибрации и шума.

О состоянии трущихся сопряжений (сальникового уплотнения, подшипников скольжения и качения) можно получить информацию по температуре поверхности корпуса или температуре смазочного масла.

В процессе работы смазочное масло окисляется, частично разлагается, загрязняется продуктами износа и разложения. В результате оно теряет свое качество. И по этой причине необходим контроль состояния масла с целью замены при достижении им предельно допустимого состояния, указанного в нормативно-технической документации (НТД).

Работоспособность смазочной системы характеризуется рядом признаков, указанных в НТД. Например, уровнем масла в картере поршневого и маслоотделителе винтового компрессоров, разностью давлений до и после насоса, температурами масла в картере поршневого, на входе и выходе из винтового компрессора, герметичностью насоса, состоянием масла.

Смазочные материалы

Смазочные материалы (масла), применяемые для смазки компрессоров, могут быть минеральными и синтетическими. Наиболее распространены минеральные масла на основе нефти. Основой синтетических смазочных материалов могут быть, например, алкилбензол, полигликоли, полиэфиры и другие вещества.

Масла на основе синтетических веществ имеют более высокие показатели свойств, но дороже минеральных масел. Универсальных холодильных смазочных материалов, в одинаковой степени удовлетворяющих противоречивым требованиям к маслам, пока не существует. Предпочтение отдается маслу, которое взаимно растворяется с хладагентом при прочих равных условиях.

В настоящее время применяют: минеральные масла при работе на хладагентах R717, R744, R290, R600a и новые синтетические масла на основе полиэфиров и полиалкиленгликолей при работе на гидрофторуглеродах (R134a, R32, R125), их бинарных (R507, R410A) и тройных смесях (R404A, R407C), которые растворимы в них.

Полный текст статьи Техническое обслуживание промышленных холодильных установок

Правила эксплуатации холодильного оборудования

Правила эксплуатации холодильного оборудования

Срок службы торгового холодильного оборудования и безотказность его работы зависят от соблюдения правил его эксплуатации, содержания в чистоте, использования по прямому назначению.

Основные условия бесперебойной работы холодильного оборудования следующие:

• высокое качество монтажа;
• квалифицированное техническое обслуживание;
• выполнение всех правил эксплуатации персоналом.

Монтаж, то есть подготовку к работе и пуск холодильного оборудования, должен проводить механик, имеющий удостоверение на право осуществления таких работ и обслуживания холодильных агрегатов. В период между техническим обслуживанием и ремонтами персонал торгового предприятия должен осуществлять следующее:

• контроль за состоянием агрегата, правильной его загрузкой и установкой щитков, системой отвода конденсата;
• визуальный осмотр машинного отделения, при котором проверяется герметичность трубопроводов (появление следов масла в разъемных соединениях указывает на утечку хладагента);
• ежедневную чистку и пропитку изделия после окончания работы;
• удаление снеговой ”шубы” (слоя инея толщиной более 3 мм);
• визуальный контроль за температурой в охлаждаемом объеме по термометру.

От качества выполнения персоналом этих обязанностей в значительной мере зависит надежность работы оборудования и снижение затрат на его эксплуатацию. Торговое холодильное оборудование устанавливают в сухом, наиболее холодном месте помещения. Для нормальной и экономичной работы холодильное оборудование следует устанавливать в местах, не подверженных прямому действию солнечных лучей, и как можно дальше, но не менее 2 м от отопительных приборов и других источников тепла. Не рекомендуется открывать дверцы в сторону потока теплого воздуха. При размещении оборудования необходимо, чтобы к конденсатору агрегата обеспечивался свободный доступ воздуха, поэтому он должен быть установлен на расстоянии не менее 0,2 м от стены. Оборудование со встроенным агрегатом также должно иметь свободный доступ воздуха к решеткам машинного отделения. Оборудование необходимо содержать в чистоте. Наружную его часть следует периодически протирать слегка влажной фланелью и вытирать насухо. Внутренние стенки каждую неделю необходимо промывать с мылом, затем ополаскивать чистой водой и насухо вытирать. В целях достижения минимальных потерь холода раздвижные створки витрин и прилавков, двери холодильных шкафов и камер рекомендуется открывать только в случае надобности и на короткий срок. В витринах, шкафах продукты укладывают с зазором, чтобы расстояние до стекол или стенок было не менее 10 cм. Несоблюдение этого требования отрицательно влияет на температурный режим. Чем ниже температура окружающего агрегат воздуха, тем ниже давление конденсации и, следовательно, выше холодопроизводительность установки и экономичнее ее работа. Предельно допустимая температура воздуха, окружающего холодильную машину, 25…35 °С. При более высокой температуре воздуха давление конденсации достигает установленного верхнего предела и контроллер автоматически выключает агрегат. При нарушении нормальной работы холодильного оборудования необходимо немедленно выключить электродвигатель компрессора и вызвать механика, обслуживающего холодильную установку.

При эксплуатации холодильного оборудования запрещается:

• допускать посторонних лиц к осмотру, ремонту холодильной машины и регулировке приборов автоматики;
• выполнять вышеприведенные работы своими силами;
• прикасаться к движущимся частям холодильного агрегата во время работы и автоматической остановки;
• удалять иней с испарителя механическим способом при помощи скребков, ножей и других предметов);
• загромождать холодильный агрегат и проходы посторонними предметами, затрудняющими технический осмотр и проверку его работы, а также препятствующими нормальной циркуляции воздуха, охлаждающего конденсатор;
• включать холодильную машину при снятых с агрегата, а также с вращающихся и движущихся его частей крышке магнитного пускателя, клеммной колодке электродвигателя, регулятора давления и других приборов.

Долговечная работа холодильной машины зависит от соблюдения следующих правил:

• загружать оборудование продуктами следует только по достижении нормального температурного режима;
• количество загружаемых продуктов не должно превышать допустимую норму единовременной загрузки оборудования;
• для свободного движения холодного воздуха и лучшего, равномерного охлаждения продукта их укладывают или подвешивают неплотно между собой на расстоянии oт стенок 8-10 см;
• нельзя хранить продукты на испарителях, покрывать решетчатые полки и продукты бумагой, целлофаном и т.п.;
• не допускается хранение в охлаждаемом оборудовании посторонних предметов;
• следует избегать совместного хранения разнородных продуктов, передающих друг другу запах;
• закрытые двери холодильного оборудования по всему периметру должны быть плотно прижаты к корпусу, открывать их следует как можно реже и на короткий срок;
• на испарителе не должно быть инея, между его ребрами должен свободно циркулировать холодный воздух.

Причины, негативно влияющие на работоспособность оборудования:

• использование оборудования в режиме сверхнагрузки. В первую очередь это относится к холодильным витринам, служащим для демонстрации товара, а не для его хранения. Перезагрузка витрин по уровню выкладки товара в демонстрационном объеме ведет к перенапряженному режиму работы агрегата, что уменьшает срок его службы. Высота загрузки при выкладке товара в холодильных или морозильных витринах не должна превышать отмеченного на боковине уровня;
• практически все холодильное оборудование рассчитано на работу при температуре окружающего воздуха до 25 °С. В летних условиях температура в торговых помещениях доходит до 30 °С и выше. Это также отрицательно влияет на работу агрегата. Экономия на установке дополнительных вентиляционных систем или систем кондиционирования может привести к выходу из строя холодильного оборудования.
• нерегулярность проведения профилактических работ. Это особенно характерно для весенне-летнего периода, когда тополиным пухом и пылью забивается машинное отделение.

Энтропийный анализ термодинамического цикла абсорбционного бромистолитиевого термотрансформатора

Энтропийный анализ термодинамического цикла абсорбционного бромистолитиевого термотрансформатора

В статье представлены результаты энтропийного анализа термодинамического цикла абсорбционного бромистолитиевого термотрансформатора (АБТТ), работающего в режиме получения холода. Анализ был проведён на основании Первого и Второго начал термодинамики, а также теоремы Гюи-Стодолла и позволил определить, в зависимости от условий работы машины, тепловые нагрузки аппаратов и распределение дополнительных затрат подводимой тепловой энергии, необходимой для компенсации роста энтропии в необратимых процессах, входящих в цикл.

Использованная методика термодинамического анализа позволяет выявить влияние  несовершенства отдельных элементов установки на общий показатель её эффективности, в качестве которого здесь используется степень термодинамического совершенства. Данный показатель отражает степень отклонения рассматриваемого цикла от его идеального образца – цикла, решающего идентичные задачи, но не содержащего источников необратимости. В роли образца для рассматриваемого цикла АБТТ выступает пара сопряженных циклов Карно – прямого и обратного.

Прямой цикл осуществляется за счёт перехода тепла q_г с температурного уровня греющего источника Т_г на температурный уровень окружающей среды Т_ос. Получаемая в прямом цикле работа l расходуется в обратном цикле на передачу теплоты q_х с температурного уровня охлаждаемого объекта Т_х на температурный уровень окружающей среды Т_ос. Таким образом, цикл АБТТ осуществляет трансформацию потенциала вводимой в него теплоты практически без подвода к нему внешней работы. В действительности же, АБТТ потребляют некоторое, в десятки раз меньшее, чем холодильные установки с электрическим приводом, количество электрической энергии (не более 5% от номинальной холодопроизводительности). Основными потребителями электрической энергии в циклах АБТТ являются, помимо системы управления, циркуляционные насосы.

В рассматриваемой простейшей схеме АБТТ, представленной на рис. 1, а, предусмотрен один циркуляционный насос (Н), осуществляющий подачу насыщенного хладагентом рабочего раствора из абсорбера (А) в генератор (Г), расходуя внешнюю работу в количестве l_н. Тепловые потоки АБТТ изображены на рис. 2, б. За счёт подвода теплоты q_г высокого потенциала T_г к насыщенному раствору в генераторе (Г) хладагент покидает его и направляется в конденсатор (К), а обедненный хладагентом раствор через гидравлический затвор стравливается обратно в абсорбер (А), где охлаждается отводом теплоты q_а в окружающую среду и поглощает пары хладагента, поступающие из испарителя (И). К испарителю (И) подводится теплота q_х от охлаждаемого объекта; от конденсатора (К) в окружающую среду отводится теплота фазового перехода хладагента q_к. Сконденсированный хладагент через гидравлический затвор поступает из конденсатора (К) в испаритель (И). В целях сокращения затрат тепла в схеме предусмотрен теплообменник-рекуператор (Т), осуществляющий возврат части тепла q_т от покидающего генератор (Г) горячего раствора – поступающему в генератор (Г) холодному раствору из абсорбера (А).

а                                                          б

Рис. 1. Принципиальная схема (а) и тепловые потоки (б) АБТТ: К – конденсатор, Г – генератор, И – испаритель, А – абсорбер, Н – насос раствора, Т – теплообменник растворов.

Сопоставляя задачи задействованных в схеме аппаратов с идеологией построения прямого и обратного циклов, можно сделать вывод, что конденсатор (К) и испаритель (И) являются элементами обратного цикла, тогда как оставшиеся элементы составляют прямой цикл и узел сопряжения циклов, иначе говоря, могут быть рассмотрены, как термохимический компрессор для упомянутого обратного цикла.

Созданная математическая модель термодинамического цикла АБТТ основывается на уравнениях состояния воды и водного раствора соли бромистого лития, записанных через энергию Гиббса. Данные уравнения позволяют с высокой точностью определять термодинамические свойства в широком диапазоне температур и давлений, полностью покрывающем характерный для АБТТ рабочий диапазон. Уравнение состояния водного раствора соли бромистого лития дополнено уравнением линии кристаллизации, аппроксимированным по имеющимся литературным данным кусочно-непрерывной функцией.

Термодинамический анализ начинается с поиска q_г^min – минимального количества теплоты, необходимой для осуществления образцового цикла АБТТ. Искомая величина определяется из равенства работы, производимой в идеальном прямом и потребляемой в идеальном обратном циклах – данное равенство является неотъемлемым условием сопряжения циклов.

откуда:

Общие балансы АБТТ записываются в следующем виде:

Записанная система легко преобразуется к равенству:

Первым слагаемым левой части полученного выражения является величина работы, получаемой из теплоты q_г в прямом цикле с максимально возможным коэффициентом преобразования η_К. По сути же первое слагаемое левой части, это теоретически необходимая для осуществления рассматриваемого цикла величина работы. Вторым слагаемым является непосредственно подводимая к циклу внешняя работа l_н.

Первое слагаемое правой части соответствует количеству работы, необходимой для осуществления обратного цикла передачи теплоты q_х с температурного уровня Т_х в окружающую среду с максимально возможным холодильным коэффициентом ε_К. Второе слагаемое, согласно теореме Гюи-Стодолла, определяет сумму величин дополнительной работы осуществления цикла, расходуемой на компенсацию генерируемой в необратимых процессах цикла энтропии, или, другими словами, общую величину теоретических значений энергетических потерь.

В итоге, для величины теоретически необходимой теплоты высокого потенциала получаем следующее выражение:

Аналогичное выражение для степени термодинамического совершенства:

Теоретическую величину теплового коэффициента АБТТ можно представить как:

Для элементов рассматриваемой схемы АБТТ при различных режимных параметрах были определены величины генерируемой ими энтропии. Затем, по представленным выражениям был определён вклад каждого элемента в снижение степени термодинамического совершенства и теплового коэффициента цикла, а также в увеличение необходимого для осуществления цикла количества тепла высокого потенциала. Большая часть (до 70 %) расхода дополнительного тепла приходится на элементы, составляющие термохимический компрессор. В первую очередь сказанное относится к генератору и абсорберу, что позволяет сделать вывод о исключительно сильном влиянии этих аппаратов на общую энергетическую эффективность машины. При решении задачи повышения энергетической эффективности АБТТ наиболее ощутимого результата можно ожидать, совершенствуя именно эти аппараты.

Задача термодинамического анализа в этом случае могла быть решена также и эксергетическим методом, причём без противоречий в результатах. Однако, использование энтропийного анализа или, что равнозначно, анализа с позиции Второго начала термодинамики и теоремы Гюи-Стодолла, позволяет обойти противоречивое в области температур ниже окружающей среды понятие «эксергии холода» [1].

Литература

1. Архаров А.М., О едином термодинамическом температурном пространстве, теплоте, холоде, эксергии и энтропии, как о базовых понятиях инженерной криологии // Холодильная техника №6, 2009 г.

Холодильная установка для кладовых помещений на основе воздушного компрессорно-конденсаторного агрегата

Одна холодильная установка может обеспечивать поддержание температурного режима в нескольких помещениях с одинаковой температурой. Также возможно поддерживать различные значения температур в нескольких помещениях при помощи одной холодильной установки. В последнем варианте на выходных патрубках хладагента из испарителей, у которых температура кипения выше, устанавливают регуляторы давления испарения.

В данной статье рассмотрен пример охлаждения кладовых помещений при помощи холодильной установки, состоящей их двух независимых систем каждая из которых сможет обеспечивать поддержание условий хранения продукции в своей группе помещений.

Если несколько помещений разделить на группы по температурным режимам, то для каждой из них можно использовать отдельную холодильную установку.

Основными узлами каждой из холодильных установок являются: компрессорно-конденсаторный агрегат (с конденсатором воздушного охлаждения теплообменной поверхности), воздухоохладители, щит управления, трубопроводы хладагента и регулирующая арматура.

Холодильная установка для кладовых помещений на основе воздушного компрессорно-конденсаторного агрегата

Холодильная установка для кладовых помещений на основе компрессорно-конденсаторного агрегата, охлаждаемого водой

Холодильная установка для кладовых помещений на основе компрессорно-конденсаторного агрегата, охлаждаемого водой

Рассмотрим пример установки холодильного оборудования (далее холодильная установка) в группе помещений, предназначенных для хранения продовольственной продукции. Задача холодильной установки – поддержание заданного температурного режима в каждом помещении. Для этого в каждом помещении предназначенном для хранения продукции устанавливается воздухоохладитель. Температура в каждом из помещений может быть одинаковой, а может быть определенной для каждого помещения индивидуально (это зависит от условий хранения продукции).

Температурой в каждом помещении управляет контроллер, получая сигнал от температурного датчика, установленного в охлаждаемом помещении. Контроллер осуществляет регулирование температуры и операции размораживания в целевом помещении путем управления подачей хладагента, включения-выключения вентиляторов воздухоохладителй и/или включения-выключения компрессорно-конденсаторного агрегата холодильной установки.
В зависимости от условий использования применяют холодильные установки как непосредственного испарения так и установки с промежуточным хладоносителем.
Ниже представлен пример холодильной установки непосредственного испарения. Основными узлами холодильной установки являются: компрессорно-конденсаторный агрегат, воздухоохладители, щит управления, трубопроводы хладагента и регулирующая арматура.

Особенности проектирования, монтажа и эксплуатации холодильных систем супермаркетов

Особенности проектирования, монтажа и эксплуатации холодильных систем супермаркетов

Рассмотрены вопросы проектирования, монтажа и эксплуатации холодильных установок крупных торговых предприятий; предложены методы проектирования и схемные решения, обеспечивающие уменьшение эксплуатационных и энергетических затрат.

Проектирование холодильных установок предприятий торгового профиля и сопутствующий ему выбор оборудования – задача непростая, и относиться к ней необходимо, используя опыт проектировщиков, монтажников и эксплуатационщиков. Стандартные  методики  расчета  и  подбора  холодильного  оборудования не всегда могут учесть круг вопросов, возникающих на стадиях монтажа и ввода его в эксплуатацию. Становится актуальным накопленный опыт практических работников, предлагающих нестандартный подход к подбору холодильного оборудования. Используя нестандартный подход в решении задач холодоснабжения разветвленных сетей торговых предприятий, можно добиться оптимального результата в создании эффективных энергосберегающих систем с длительным и безаварийным сроком эксплуатации.

Проектирование начинается с правильно составленного задания на создание системы холодоснабжения. Проектировщик не должен выполнять разработку вслепую, придумывая те или иные эксплуатационные параметры самостоятельно. Одним из важных возникающих и требующих решения вопросов является проблема размещения оборудования или более подробно взаимное размещение оборудования. Рациональный выбор площади теплообменников холодильной системы обеспечивает необходимые параметры работы цикла и поддержание температуры в охлаждаемом помещении [1]. Правильно выбранная конструкторами система воздухораспределения в охлаждаемом помещении обеспечивает не только оптимальное хранение продукта, но и способствует  увеличению срока службы оборудования. Кроме этого, эксплуатационные параметры холодильной установки в значительной степени определяются параметрами настройки холодильного оборудования.

Цель статьи – систематизация знаний и опыта, полученных при монтаже и наладке холодильного оборудования, для составления рекомендаций по оптимизации его работы.

Проектирование холодильных систем и подбор современного оборудования для торговых предприятий является ответственной задачей. В настоящее время существует много различных программ для определения теплопритоков в охлаждаемые объекты и подбора необходимого оборудования. Проектировщик должен обладать хорошими знаниями в областях:

• холодильной техники;
• технологии обработки и хранения пищевых продуктов;
• термодинамики;
• гидродинамики;
• электротехники и систем управления и др.

Выполнение реальных работ обеспечивает проектировщику возможность проявить свои знания на практике. Проектирование обычно начинается с разработки технического задания на конкретный объект в соответствии с задачами, которые поставил заказчик. Опыт работы с заказчиками показал, что технические задания (заявки) недостаточно продуманы и зачастую являются неполными. Опросный лист (заявки) выполняется в соответствии со стандартным бланком. Из этой заявки известно название объекта, место размещения в помещении и необходимая температура в охлаждаемом объекте, вид хранящегося продукта.

Однако неизвестно предполагаемое количество поступающего продукта, его температура, вид тары и упаковки, количество обслуживающего персонала, работающего в камере, и многие другие параметры. По данным, которые приведены в опросном листе, выполнить расчет и подбор необходимого оборудования, работающего с минимальными энергозатратами, затруднительно, так как они не дают полной информации о проектируемом объекте и не позволяют выполнить полноценные расчеты и подбор оборудования.

В опросных листах (технических заданиях) обязательно должна быть подпись заказчика. Практика взаимодействия с заказчиком показывает, что после ввода объекта в эксплуатацию заказчик требует от проектировщиков получения на установленном оборудовании параметров, не предусмотренных ранее условиями технического задания. Например, в заявке указывается, что камера  предназначена для хранения замороженных полуфабрикатов, поступающих с температурой -16…-18 ºC. В действительности продукт поступает с более высокой температурой, прямо от производителя с температурой, равной температуре окружающей среды.

Особое внимание следует уделять месту размещения охлаждаемых объектов и компрессорного цеха. Подход к разработке проекта холодообеспечения должен быть комплексным. И при составлении технического задания, плана размещения оборудования, системы разводки трубопроводов не соблюдается принцип, заключающийся в выборе оптимального решения по совокупным затратам (первоначальным и эксплуатационным). При этом холодильное оборудование является энергоемким оборудованием и рассчитывается на длительный период эксплуатации. Чаще всего заказчик идет на уменьшение первоначальных затрат при покупке оборудования, забывая о том, что приведенные затраты в процессе эксплуатации определяют эффективность использования оборудования. Так, например, при рассмотрении тендерных предложений заказчик выбирает дешевое теплообменное оборудование с минимальными площадью или шагом оребрения. Последнее приводит к тому, что холодильная машина должна работать при пониженном давлении в испарителе.

Тепловую нагрузку на теплообменные аппараты определяют из уравнения теплопередачи.

Проанализировав уравнение:

Q = k · F · (t_кам – t₀),

где Q – тепловой поток в испарителе, кВт;

k  – коэффициент теплопередачи испарителя, Вт/(м²·К);

F – площадь поверхности испарителя, м²;

t_кам , t₀ – температура воздуха в камере и кипения хладагента соответственно, ˚С,

Приходим к выводу, что увеличение количества отводимой теплоты возможно только вследствие понижения температуры кипения. Но последнее приводит к увеличению энергозатрат и увеличению потерь продукта от усушки.

Иллюстрацией для этого могут служить приведенные диаграммы в соответствии с рис. 1.

Рис. 1. Процесс обработки воздуха в і-d диаграмме влажного воздуха у поверхности приборов охлаждения

Движущей силой процесса является разность парциальных давлений водяного пара у поверхности продукта и охлаждающего прибора. Из диаграммы видно, что эта разность увеличивается с понижением температуры кипения холодильного агента.

Значительные сопротивления циркуляции холодильного агента в системе возникают вследствие  нерациональной разводки трубопроводов и больших расстояний между охлаждаемыми объектами и компрессорными станциями. Планировочные решения торгового объекта, показанные на рис. 2, могут быть обеспечены холодильной системой с верхней разводкой трубопроводов, в которой необходимо устанавливать маслоподъемные петли для возврата масла в компрессор. Наличие большого числа поворотов приводит к росту гидравлических сопротивлений. Такая же картина наблюдается и при компоновке машинных компрессорных агрегатов: на длине трубопровода до 3 м, вследствие непродуманности схемы, могут размещаться до 6…8 поворотов вместо возможных двух.

Рис. 2. Пример планировочного решения крупного супермаркета

Увеличение гидравлических сопротивлений на линии всасывания приводит к необходимости установки компрессоров с большим объемом, описываемым поршнями и соответственно к увеличению затрачиваемой энергии на производство холода. Это видно из диаграмм, приведенных на рис. 3.

[caption id="attachment_2444" align="aligncenter" width="2016" caption="Рис. 3. Теоретический и реальный циклы работы холодильной машины в lgp-h диаграмме"][/caption]

К повышенным энергозатратам, вследствие увеличения объема сжимаемого компрессорами пара, приводят также холодильные системы, в которых среднетемпературные агрегаты с температурой кипения t₀ = -10 ˚С используются для потребителей с температурами в производственных цехах крупных магазинов (мясном, рыбном и т.п.), равными 12…16 ˚С.

Повышенные гидравлические сопротивления на линии низкого давления особенно опасны в низкотемпературных установках. Повышенные гидравлические сопротивления в жидкостных линиях могут вызвать вскипание холодильного агента перед его дросселированием. Вскипание холодильного агента перед дросселированием можно предотвратить уменьшением гидравлического сопротивления в жидкостном трубопроводе и удовлетворительным переохлаждением жидкого холодильного агента.

При обследовании холодильных систем приходится встречаться с нарушением правил техники безопасности при размещении оборудования. Оборудование находится на отметках, значительно превышающих нулевую и без необходимых эстакад для его обслуживания или в тесных компрессорных цехах, где не соблюдаются необходимые проходы, высоты, отсутствуют системы вентиляции. Нередко компрессорные агрегаты размещают в неприспособленных помещениях, например, в подвалах, где к компрессорному агрегату приходится пробираться через систему коммуникаций водопровода, канализации и др.

В числе ошибок, которые снижают качество хранения продукта, следует отнести организацию воздухораспределения в камерах. Зачастую воздухоохладители размещаются вдоль короткой стороны камеры, а для равномерного распределения температурного поля в камере устанавливают дополнительные вентиляторы.

При монтаже холодильных систем необходимо решать вопросы отвода талой воды из камер хранения. В низкотемпературных камерах необходимо предусматривать подогрев поддона воздухоохладителя и сливных трубопроводов. Системы подогрева должны исключать возможность замерзания воды в трубопроводах и поддоне.

Большинство строительных конструкций торговых предприятий проектируются и монтируются без систем подогрева грунта в низкотемпературных камерах. Один из возможных вариантов системы предотвращения промерзания грунта приведен на рис. 4. Под полом камеры предусматривается воздушный продух с принудительной циркуляцией воздуха.

а

б

Рис. 4. Система подогрева пола в низкотемпературной камере: а – разрез камеры; б – схема принудительного движения воздуха

При проектировании холодильных установок особое внимание необходимо уделять размещению воздушных конденсаторов, выполняя все рекомендации заводов-изготовителей. Конденсаторы необходимо устанавливать так, чтобы исключить рециркуляцию теплого воздуха, обеспечивая свободный доступ свежего воздуха в необходимом количестве. Следует отметить, что, несмотря на очевидные преимущества применения воздушных аппаратов при их использовании, необходимо предусматривать линейные ресиверы увеличенной емкости (на величину емкости конденсатора) для нормальной работы конденсатора в летнем режиме. Обвязку конденсаторов и линейного ресивера следует выполнять так, чтобы обеспечить слив холодильного агента без залива конденсаторов в любой период года.

В современных проектах необходимо более полно использовать современные системы управления и защиты. Следует использовать многоскоростные вентиляторы, укомплектовывать управляющими приборами каждый охлаждающий прибор отдельной системой управления, а не одним прибором управления несколько охлаждающих приборов. Прекращение оттайки охлаждающих приборов лучше всего заканчивать по температуре поверхности охлаждающего прибора, а не по заданному времени. Положение датчиков температуры окончания оттайки необходимо определять экспериментально во время пусконаладочных работ. На каждый объект необходимо предусматривать систему мониторинга рабочих параметров холодильной установки.

Полная комплектация приборами управления не гарантирует эффективную эксплуатацию холодильного оборудования. Необходимо правильно устанавливать все элементы холодильной установки и соответственно правильно настраивать приборы управления и защиты. На основании опыта эксплуатации рекомендуется устанавливать РТО типа «труба в трубе» перед охлаждающими приборами, а термобаллон крепить к паровой линии после РТО. Основная задача таких РТО – перегревать пар холодильного агента на 5…10 ˚C и, соответственно, переохлаждать жидкий холодильный агент перед дросселированием.

Указанное место размещения датчика температуры ТРВ упрощает настройку ТРВ и позволяет более полно использовать теплообменную поверхность охлаждающего прибора, так как перегрев холодильного агента в охлаждающем приборе сводится к минимуму.

Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать вывод, что для проектирования системы холодоснабжения необходимы: наличие правильно составленного технического задания, стремление к оптимальным длине трубопроводов и количеству поворотов и петель. Площади теплообменных аппаратов должны эксплуатироваться с максимальной эффективностью при минимальных разностях температуры. Комплектовать холодильные системы надо необходимыми приборами автоматики и проводить рациональные настройки их параметров. Система воздухораспределения в камерах хранения должна обеспечивать равномерное температурное поле. В низкотемпературных камерах необходимо предусматривать мероприятия против промерзания грунта.

Литература

1. Холодильні установки [Текст]: підручник/ І.Г. Чумак [та ін.]; за ред. І.Г. Чумака. – 6-е вид., перероб. і допов. – О.: Пальміра, 2006. – 552с. – ISBN 7325-0419-2.

Особенности проектирования систем кондиционирования воздуха для высотных зданий

Особенности проектирования систем кондиционирования воздуха для высотных зданий
В статье изложены основные нюансы и проблеиы, с которыми сталкивается современный инженер-конструктор при проектировании систем кондиционирования воздуха для высотных зданий.

Основные проблемы

При проектировании систем кондиционирования воздуха высотных зданий конструктору приходится искать решение трех основных проблем:

1. Размещение оборудования – высотные здания зачастую находятся в окружении плотной застройки, не имеют стилобатной части и плоской кровли, где может быть размещено климатическое оборудование.

2. Выбор максимального гидростатического давления в коммуникациях - данная проблема касается не только систем кондиционирования, но и других водонаполненных систем.

3. Необходимость охлаждения зданий в зимнее время. Современные здания отличаются очень хорошей теплоизоляцией, в связи с чем в зданиях административного назначения, офисных зданиях внутренние тепловыделения зачастую превышают теплопотери даже в зимнее время. Например, для современного здания при температуре –30 °С удельные теплопотери составляют, в среднем, порядка 50...60 Вт/м2, а удельные внутренние тепловыделения даже при отсутствии солнечной радиации могут достигать 70...80 Вт/м2, т.е. появляется необходимость в охлаждении зданий в зимнее время. Для этих целей применяются так называемые сухие охладители (англ. "dry coolers"). Используемый иногда термин «сухая градирня» является стилистической ошибкой (оксюмороном), поскольку градирня по определению не может быть «сухой». Это оборудование (сухие охладители) требует больших площадей. Например, сухой охладитель мощностью 600...800 кВт имеет габариты в длину 9...12 м, в ширину 2,5 м, а таких блоков необходимо несколько десятков. Площадей для размещения такого количества оборудования, как правило, нет, поэтому здесь необходимы какие-то специальные решения.

Определенные преимущества есть у системы с водяным охлаждением. Дело в том, что самый дорогой компонент системы – это компрессор холодильной машины, и установка его под открытым небом – не очень хорошее решение с точки зрения сохранности оборудования. Хотя и предполагается, что эти установки рассчитаны на наружное применение, все же в наших климатических условиях лучше самое дорогое оборудование размещать в помещении. Это можно сделать применив машины с водяным охлаждением, которые можно установить, например, в подвале. В этом случае для отвода сбросного тепла используются градирни. Обычно приводится аргумент, что градирни все равно приходится располагать снаружи здания. Но здесь надо учитывать, что стоимость градирни существенно меньше стоимости холодильной машины, и даже ее замена не приведет к ощутимым финансовым потерям. В настоящее время на большинстве новых высотных объектов применяются холодильные машины с водяным охлаждением конденсаторов.

Система кондиционирования воздуха, которая наиболее предпочтительна для использования в зимнее время

Концепция была предложена при проектировании одного из высотных комплексов. В этом здании были применены VRV-системы, у которых наружные блоки охлаждаются водой (эти блоки обычно называют не наружные, а внешние). На каждом рабочем этаже стоит внешний блок. Для охлаждения конденсатора этого внешнего блока подается оборотная вода. Размеры внешнего блока при мощности 28 кВт: ширина 800 мм, высота 1000 мм, глубина 500 мм. На этаже любого высотного здания всегда можно найти подсобное помещение площадью 4...5 м2, в котором удается разместить 2...4 таких блока. Четыре блока – это уже 100...110 кВт холодильной мощности, 1000 м2 площади. Преимущество этих систем еще и в минимальной длине фреоновых магистралей, поскольку блоки стоят на этом же обслуживаемом этаже. Сейчас экспертиза выдвигает требование проверки, может ли система работать в случае утечки фреона. При использовании рассматриваемых водяных систем даже в случае утечки всего фреона в помещении площадью 18 м2 не будет достигнута аварийная концентрация. В случае же разводки фреоновых магистралей по высоте, при воздушном охлаждении, они достигают диаметра 50 мм и больше, длина, соответственно, тоже достаточно большая, и объем фреона в системе получается очень большим. В этом случае, если действительно произошла утечка в каком-то помещении, то эта концентрация может быть намного выше аварийной концентрации, она составляет около 460 г/м3. Это очень высокое значение, но, тем не менее, объем фреона в большой системе может привести в случае утечки к концентрации, значительно превышающей эту величину.

Возможность объединения системы холодоснабжения центральных кондиционеров и системы холодоснабжения фэнкойлов

Однозначное "НЕТ". В СНиП есть пункт, запрещающий объединять системы теплоснабжения установок систем кондиционирования воздуха с системами отопления, поскольку у этих систем совершенно разные режимы работы в течение года и разные гидравлические характеристики. Системы холодоснабжения центральных кондиционеров и системы холодоснабжения фэнкойлов нельзя объединять по той же самой причине. Холодоснабжение центральных кондиционеров требуется при температуре наружного воздуха выше 16...17 °С. Если температура наружного воздуха ниже, вообще не нужно холодоснабжение приточных установок. Можно вообще отключить эти холодильные машины. Это первый пункт положения: совершенно разные режимы работы. Второй момент – гидравлика, которая для холодоснабжения центральных кондиционеров и для холодоснабжения фэнкойлов абсолютно разная. Приточные установки могут быть расположены в 5...10 м от кондиционера. Фэнкойлы же могут иметь протяженность и 100, и 200, и 300 м, в том числе и по разным этажам. В таком случае невозможно даже просто нормально запустить систему, не говоря уже о том, чтобы обеспечить ее нормальную работу.

Особенности работы одноконтурной и двухконтурной систем холодоснабжения

Одноконтурная система холодоснабжения работает следующим образом. Через испаритель проходит холодная вода, забирается и насосом подается потребителю, после чего возвращается обратно в испаритель. То есть стоит один контур холодоснабжения, один рабочий насос, может быть предусмотрен резервный насос. Подобные машины можно проектировать в порядке исключения, если холодильная нагрузка примерно до 500 кВт. Если же холодильная нагрузка составляет 3...10 МВт и потребители разбросаны по зданию, в том числе по высоте, такие машины проектировать нельзя. Например, проект подобной системы для здания высотой 90 м и площадью около 40000 м2. Единственный насос подает воду всем потребителям, а затем эта вода возвращается на холодильную машину. В этом случае расход холодной воды в этом контуре весь год, пока работает холодильная машина, должен оставаться постоянным, поскольку если расход воды через испаритель уменьшится, сработает реле на холодильной машине и отключит ее. Поэтому в таком случае всех потребителей, каждый проход, каждую приточную установку необходимо подключить только трехходовыми клапанами. Кроме того, необходимо обеспечить гидравлическую увязку всех потребителей. В любом режиме работы должен оставаться постоянным проход воды через кондиционеры. При перекрытии прохода холодной воды меняется вся гидравлика, меняется расход воды и отключается проток холодильной машины.

Двухконтурная система холодоснабжения работает по иному принципу. Есть холодильная машина, насос подает холодную воду в бак холодной воды. Из этого бака холодная вода подается потребителям отдельными насосами. Этих насосов может быть по числу потребителей достаточно много. Отепленная вода от потребителей возвращается в бак отепленной воды, откуда поступает на испаритель. Бак холодной воды соединен с баком отепленной воды перемычкой. Таким образом, организуется внутренний контур. Тепловой контур холодильной машины работает постоянно. Это насос с давлением 12...15 м вод. ст. Холодильная машина гидравлически никак не связана с потребителями. Обратная связь с потребителями – исключительно по температуре. Следует обратить внимание на следующий момент. Есть два типа холодильных машин. Один тип холодильных машин – с регулировкой температуры воды на выходе холодильной машины. Машины этого типа постоянно поддерживают температуру воды на выходе на постоянном уровне, то есть при понижении температуры обратной воды, допустим, с 12 до 10 °С температура воды на выходе все равно будет поддерживаться на уровне 7 °С, но при этом снижается производительность. Такие машины могут применяться в двухконтурных системах холодоснабжения. Другой тип холодильной машины – с регулировкой по температуре обратной воды, и такие машины в рассматриваемом случае применять ни в коем случае нельзя. Машины этого типа поддерживают постоянной температуру обратной воды на уровне 12 °С, а при ее понижении снижают холодопроизводительность, повышая температуру воды на выходе с 7 °С на несколько градусов. Допустим, к системе подключено несколько потребителей. По условиям эксплуатации половину из них отключили. Температура обратной воды при этом понижается, например, с 12 до 10 °С. Холодильная машина уменьшает холодопроизводительность, повышая температуру воды на выходе с 7 до 9 °С. Температура обратной воды восстанавливается до заданного значения, но при этом потребителям поступает вода, температура которой на два градуса выше расчетного значения, а в этих условиях холодопроизводительность фэнкойлов падает в два раза. Таким образом, оставшиеся потребители недополучают холод, хотя общая холодильная нагрузка уменьшается. В результате система не может работать нормально.

Особенности проектирования систем кондиционирования воздуха с фэнкойлами

При проектировании системы воздушного отопления предъявляется целый ряд нормативных требований к ней – требования по резервированию систем, по температурам и т. д. К фэнкойлам же, которые предполагается использовать в качестве отопительных приборов, нормативные документы таких требований не предъявляют, в результате чего они зачастую и рассматриваются как обычные отопительные приборы. Тем не менее, по сути своей фэнкойл – тот же прибор воздушного отопления. Он имеет в своем составе теплообменник и вентилятор, и требования к нему должны предъявляться как к части системы воздушного отопления, причем представляется, что эти требования должны быть закреплены нормативно. Известно несколько случаев аварий, которые привели к существенному ущербу именно из-за ошибок проектировщиков. В зимнее время владельцы квартиры уехали на месяц в отпуск, и буквально на следующий день после их отъезда вышел из строя вентилятор фэнкойла, установленного в большой гостиной. При неработающем вентиляторе теплоотдача фэнкойла составляет максимум 8...10 % от номинальной. В результате аварии за достаточно длительное время отсутствие хозяев произошло полное вымораживание квартиры.

Технология слива и сбора хладагентов

Проектирование холодильных систем
Слив хладагента, т. е. его перелив из холодильного контура в специальный накопитель, является весьма тонкой процедурой, которую можно выполнять в жидкой фазе, либо в газовой фазе.

В каждом из этих вариантов возможны различные решения, наиболее важными из которых являются следующие.

Перелив в жидкой фазе под действием силы тяжести

Сдвоенный вентиль сливного баллона подключается к установке следующим образом (рис. 1):

• вентиль жидкой фазы сливного баллона или емкости подключается к жидкостному ресиверу в его нижней точке, чтобы баллон находился ниже уровня ресивера;
• вентиль газовой фазы сливного баллона подключается к газовой полости ресивера в верхней точке.

В результате жидкость из ресивера будет стекать в баллон под действием силы тяжести, а газ из баллона будет передавливаться в ресивер.

Рис. 1. Слив в жидкой фазе под действием силы тяжести

Перекачка жидкой фазы насосом

Если сливной баллон не может быть размещен ниже уровня ресивера, перекачку осуществляют с помощью насоса. Насос устанавливается на магистрали, соединяющей нижнюю точку ресивера с жидкостным вентилем баллона (рис. 2). Насос всегда должен быть залит хладагентом, и во избежание его повреждения нужно следить за тем, чтобы не допускать работы насоса всухую.

Рис. 2. Перекачка жидкой фазы насосом

Передавливание жидкой фазы с помощью компрессора установки

Принципиальная схема подключения сдвоенного вентиля сливного баллона к холодильной установке представлена на рис. 3. Стрелки на пунктирных линиях схемы показывают направление движения сред в процессе перекачки. Из схемы видно, что компрессор, откачивая газовую фазу из сливного баллона, создает в нем разрежение и наддувает ресивер, в результате чего жидкая фаза передавливается из жидкостного ресивера в сливной баллон.

Рис. 3. Перелив жидкой фазы путем охлаждения сливной емкости

Перелив жидкой фазы путем охлаждения сливной емкости

Один из самых простых вариантов, принцип которого заключается в уменьшении давления в сливной емкости до значения, меньшего, чем давление в контуре, за счет охлаждения емкости. Охлаждение может осуществляться путем помещения емкости либо в бак со льдом либо в переносную охлаждающую камеру.

Перекачка хладагента в газовой фазе

Различные технологии слива хладагента из установки в жидкой фазе не позволяют полностью удалить его из контура. Так, например, слив под действием силы тяжести обеспечивает удаление только 94,6 % полной заправки хладагента, если речь идет об R502 (для других хладагентов процент удаления может быть и выше), а если перекачка осуществляется за счет охлаждения сливной емкости до -15 °C, удаляется 98,8 % R22. Чтобы извлечь из установки остатки хладагента, находящиеся в газовой фазе, либо осуществить его полное удаление в газовой фазе, используют опорожняющий агрегат, принципиальная схема которого приведена на рис. 4.

Рис. 4. Принципиальная схема опорожняющего агрегата

Этот агрегат используется также для опорожнения установок, в которых нет жидкостного ресивера, или установок с жидкостным ресивером при небольших значениях их полной заправки, не превышающих 20 кг. Перекачка хладагента в газовой фазе требует очень много времени. Поэтому она используется только для опорожнения небольших установок либо для откачки остатков хладагента, находящихся в газовой фазе, после слива жидкой фазы из крупных установок. Еще раз подчеркнем, что любая перекачка хладагента является непростой операцией, требующей соблюдения специальных мер, например использования рычажных или пружинных весов, позволяющих контролировать степень заполнения сливной емкости и не допускать ее переполнения. Необходимо помнить, что с учетом масла, которое может содержаться в загрязненном хладагенте, заполнение сливной емкости не должно превышать 75 % ее объема.

При перекачке возможны нештатные ситуации (например, разрушение конденсатора или испарителя в процессе откачки газовой фазы хладагента, приводящее к его выбросу в атмосферу), что требует перед началом операции по перекачке достаточно подробно продумать все ее возможные последствия.

Литература

В. Мааке, Г.-Ю. Эккерт, Дан-Луи Кошпен / Польманн. Учебник по холодильной технике. Основы-комплектующие-расчеты. Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание холодильных установок // Перевод с франц. под ред. д.т.н. В.Б. Сапожникова - М.: МГУ, 1998. - с. 1047-1048.

Области применения спиральных компрессоров

Области применения спиральных компрессоров
Накопленные отраслевые знания по холодильной технике и технологии обеспечили в XX веке значительный научно-технический прогресс, приведший к появлению многих новых типов компрессорного оборудования, в том числе и спиральных компрессоров.
Идея спирали известна человечеству более 3 тыс. лет. Спирали (от греч. speira - виток) - это кривые, закручивающиеся вокруг точки на плоскости (плоские спирали), например, архимедова спираль, гиперболическая спираль, логарифмическая спираль, или вокруг оси (пространственная спираль), например, винтовая линия. Но технически воплотить идею в жизнь человечество смогло лишь к концу XX века.

А началось все в 1905 г., когда французский инженер Леон Круа разработал конструкцию спирального компрессора и получил на нее патент. Однако в то время эта технология не могла быть реализована из-за отсутствия необходимой производственной базы. Поэтому конструкцию работающего прототипа пришлось ждать до второй половины двадцатого века поскольку для эффективного функционирования, в спиральном компрессоре необходимо обеспечение малого конструктивного зазора в сопрягаемых деталях (спиралях). Такая точность стала возможной только при прецизионной машинной обработке, разработанной в течение второй половины XX века, чем и объясняется относительно недавнее появление спирального компрессора на рынке высокотехнологического оборудования. Реанимировал концепцию спиральных компрессоров физик Нильс Янг в 1972 г. Он отдал идею сотрудникам фирмы "Arthur D. Little" (США), руководство которой увидело высокий потенциал этой концепции и начало разработку возможной модели в январе 1973 г. Крупные производители нефтехимического и холодильного оборудования были очень заинтересованы в разработке компрессора принципиально новой конструкции, позволяющей достичь значительной эффективности. Уже в ходе испытаний прототипа спирального компрессора было выявлено, что он обладает возможностью создания высокой степени сжатия и самой большой эффективностью из существовавших в начале 1970-х гг. холодильных компрессоров, а также имеет высокие эксплуатационные характеристики (надежность, низкий уровень шума и т.п.).

Затем "Arthur D. Little" предпринимает в конце 1973 г. значительные усилия по разработке действующей модели холодильного спирального компрессора для американской корпорации "Тгаnе". Немного позже многие крупные компании, например, "Bitzer" (Германия), "Copeland" (США), "Hitachi" (Япония), "Volkswagen1" (Германия) начинают интенсивные исследования и совершенствование конструкции холодильного спирального компрессора, осваивание технологии изготовления деталей и спирального компрессора в целом. Разработка прототипа воздушного спирального компрессора шла медленнее. В конце 80-х гг. "Hitachi" и "Mitsui Seiki" (Япония) представили маслосмазывающий воздушный компрессор. Однако эти компрессоры являлись просто модификациями холодильных спиральных компрессоров. "Iwata Compressor" (Япония) заключила лицензионное соглашение с "Arthur D. Little" на разработку воздушного спирального компрессора в 1987 г. В результате фирма "Iwata Compressor" первой в мире представила в январе 1992 г. "сухой" (без масла) спиральный компрессор. Первоначальная мощность воздушных компрессоров составляла 2,2 и 3,7 кВт. Основными преимуществами "сухих" спиральных компрессоров "Iwata Compressor" по сравнению с поршневыми "сухими" компрессорами являются: долговечность, надежность, низкий уровень шума и вибрации.

В настоящее время широкомасштабные исследования в области спиральных компрессоров ведут все фирмы-производители компрессоров для холодильной промышленности. Холодильные спиральные компрессоры успешно выдержали испытания временем и активно начали вытеснять другие типы компрессоров (особенно поршневые) с рынка холодильного оборудования, всего лишь за несколько лет заняв доминирующее положение на рынке кондиционирования и тепловых насосов. Спиральные компрессоры с каждым годом находят все большее применение в холодильной технике и системах кондиционирования воздуха. Это обусловлено тем, что они более надежны в эксплуатации, содержат на 40 % меньше деталей, чем поршневые, производят меньше шума и имеют больший ресурс эксплуатации.

Последние несколько лет объем производства спиральных компрессоров быстро увеличивается, и к январю 2000 г. было произведено свыше 20 млн. компрессоров.

Спиральные компрессоры нашли применение во всех основных системах воздушного кондиционирования, включая сплит и мультисплит модели, напольные версии и в чиллерах, руф-топах (кондиционерах, располагаемых под крышей) и тепловых насосах. Типичным применением является кондиционирование воздуха в квартирах, на кораблях, фабриках и больших зданиях, также на АТС, в процессах охлаждения и на транспорте. Холодильные спиральные компрессоры широко используются в компрессорно-конденсаторных агрегатах, в системах "выносного холода" супермаркетов, в промышленном холоде и в транспортных установках, включая контейнеры. Границы холодопроизводительности для спиральных компрессоров постоянно увеличиваются и в настоящее время приближаются к 200 кВт при использовании многокомпрессорной станции.

Популярность спиральных компрессоров очень высока благодаря их широкой области применения, что объясняется их надежностью и многофункциональностью.

Бытовое (комфортное) кондиционирование

Спиральные компрессоры отвечают требованиям этого сектора кондиционирования воздуха низким уровнем шума, компактными размерами, уменьшенной массой по сравнению с поршневыми компрессорами.

Их характеристики, будучи более постоянными, лучше соответствуют требованиям комфортного кондиционирования.

Однофазные электродвигатели компрессоров (используемые для комнатного кондиционирования) не нуждаются в стартовых реле или конденсаторах. Они предпочтительны из-за своего минимального влияния на другие элементы контура.

Коммерческое кондиционирование

Холодопроизводительность спиральных компрессоров достаточна для удовлетворения требований коммерческого кондиционирования.

Также спиральные компрессоры применяются для кондиционирования воздуха в магазинах, туристических агентствах, офисах, банках, ресторанах, закусочных "фаст-фуд", барах и во многих других объектах. Кондиционеры со спиральными компрессорами - удачное техническое решение, особенно для агрегатов, работающих летом и круглогодично, а также - в режиме теплового насоса.

Тепловые насосы

В тепловых насосах спиральные компрессоры имеют преимущества в виде увеличения надежности перед другими типами компрессоров, используемых в тепловых насосах из-за возможности управления жидким хладагентом, поступающим в аварийных ситуациях в компрессор (без разрушения его составных элементов).

Холодильные агрегаты для компьютерных центров и АТС

Эти направления требуют фактически непрерывной работы холодильных агрегатов, часто свыше 8000 ч/год. Особенно важно обеспечить для данных условий непрекращающуюся работу за счет постоянного сервисного обслуживания. При таких условиях спиральные компрессоры могут оказывать благоприятное воздействие на снижение энергопотребления благодаря высокой эффективности.

Низкий уровень шума спиральных компрессоров является еще одним фактором, позволяющим применять их в системах кондиционирования, часто устанавливаемых в самих кондиционируемых помещениях.

Автономные агрегаты "руф-топ"

Наиболее типичной сферой их применения являются фабрики и продуктовые супермаркеты, где особенно необходимы преимущества высокой производительности спиральных компрессоров, потому что это сектора, обычно характеризуемые высоким энергопотреблением систем воздушного кондиционирования и холодильных установок.

Надежность является еще одним важным вкладом, который спиральные компрессоры вносят в общую экономию средств при работе супермаркета, где непрерывность работы оборудования является решающим фактором.

Другие области применения

Многофункциональность спиральных компрессоров расширяет области их применения в технологических процессах, например, в автоклавах для очистки вина, системах охлаждения формовочных машин химической промышленности, холодильных системах, испытательных камерах, холодильном консервировании сырья биологического происхождения (мясопродуктов, плодов и овощей и т.д.), охлаждении безводноочищающегося оборудования (конденсация растворителей), переработки пищевого сырья и т.д.

Сейчас многие производители спиральных компрессоров ведут активные рекламные кампании. Не менее активные антирекламные кампании ведут производители поршневых и винтовых компрессоров. Поэтому назрела необходимость по возможности объективного анализа преимуществ и недостатков спиральных компрессоров.

В частности, широкие перспективы имеют спиральные компрессоры в реструктуризированных объектах распределительных холодильников, хладокомбинатов, овоще- и фруктохранилищ. С переходом на рыночные отношения значительно снизилась эффективность использования холодильных камер. Это вызвано ростом грузооборота из-за краткосрочного хранения грузов и недозагруженности холодильных камер. Например, на распределительных холодильниках, располагающих камерами вместимостью от 400 т и выше (90 %), ранее использовалось до 100 % емкостей, в настоящее время в связи с повышением грузооборота и сокращением сроков хранения – 25…40 %.

Стоимость услуг по хранению грузов на распределительных холодильниках сокращается с повышением степени загрузки холодильников с 25 до 100 % в 2,1…2,5 раза, а удельный расход холода снижается в 4,1…4,4 раза.

При реструктуризации холодильных камер повышается степень загрузки холодильников, снижается себестоимость приведенного грузооборота, что в конечном итоге улучшает финансовое состояние предприятий.

Для охлаждения реструктуризированных холодильных камер (переход от камер вместимостью 400 т и выше на камеры вместимостью от 10 до 100 т) могут успешно применяться спиральные компрессоры с децентрализованной системой охлаждения, что помимо перечисленных достоинств позволит снизить хладоемкость системы, протяженность и количество трубопроводов, арматуры и тем самым обеспечить надежность и экологическую безопасность холодильных систем.

Анализ возможности применения абсорбционных водоаммиачных холодильных машин в системах получения воды из атмосферного воздуха

Анализ возможности применения абсорбционных водоаммиачных холодильных машин в системах получения воды из атмосферного воздуха
Проведен анализ существующих систем получения воды из атмосферного воздуха. Показаны перспективы применения абсорбционных водоаммиачных холодильных машин в таких системах, а также возможность создания такой системы на базе солнечных коллекторов.

Общеизвестно, что самым ценным ресурсом на планете в ближайшее время станет вода, а борьба за водные ресурсы в мире является одним из факторов в современных вооруженных конфликтах и эта тенденция будет только расти в обозримом будущем.

Для содействия в решении этой проблемы в декабре 2003 г. Генеральная Ассамблея Организации Объединенных Наций объявила 2005-2015 годы Международным десятилетием действий «Вода для жизни».

Около 70 % поверхности земного шара покрыто водой, однако на 97,5 % она состоит из соленой воды. Оставшиеся 2,5 % приходятся на пресную воду, почти две трети которой находится в замороженном состоянии в ледниковых шапках. Между тем основная часть пресной воды находится в одно километровом слое атмосферы. Ее суммарный объем составляет не менее 1 трлн. м³. По данным работы [1], средняя абсолютная влажность около земной поверхности составляет 11 г/м³, а в тропических регионах она доходит до 25 г/м³ и выше. Большое количество стран тропического пояса страдает от отсутствия пресной воды, хотя ее содержание в атмосфере весьма значительно. Например, в Джибути в течение всего года практически не бывает дождей, но абсолютная влажность составляет 18-24 г/м³. Количество воды, проносящейся над каждым квадратом в 10 км² Аравийской пустыни или Сахары, равно по объему озеру площадью 1 км² и глубиной 50 м [2].

Поэтому одной из важнейших задач является развитее технологий, позволяющих извлекать воду из воздуха, причем непосредственно на месте, где она необходима.

С древних времен пресную воду в очень ограниченных количествах получали путем сбора сконденсированных капель из воздуха в результате естественного суточного радиационного охлаждения земной поверхности (охлаждение в ночное время пористых камней с образованием росы). Например, в Нуакшоте (Мавритания) средняя месячная температура в мае – октябре составляет 27-30 °С, относительная влажность 60-80 %. Это означает, что в каждом кубическом метре воздуха содержится 20-24 г воды. При понижении температуры на 10-15 °С из каждого кубического метра можно выделить 10-14 г воды. В Израиле, например, 190-200 ночей характеризуются выгодными условиями для получения пресной воды из атмосферного воздуха (в Ашдоте, Тель-Авиве очень часто летом бывает 100%-процентная влажность воздуха) [2].

Для повышения эффективности процессов конденсации паров воды используют интенсифицирующие элементы–холодоаккумуляторы (щебень), тепловые трубы, обеспечивающие передачу тепла на значительные расстояния, и систему сорбентов, работающих в циклическом режиме «зарядка-разрядка» [2].

Наибольшие перспективы имеют методы, связанные с работой автономных генераторов искусственного холода – холодильных машин, которые гарантированно обеспечивают температуру ниже точки росы. Известно, что для получения 1 литра воды требуется затратить около 1 кВт·ч электроэнергии, а в среднем из потока воздуха 1 кг/с выделить приблизительно 10 г/с воды. При холодильном коэффициенте компрессионной холодильной машины, равном 3, на производство 1 литра воды будет затрачивается энергия примерно 0,33 кВт·ч.

В наше время основной объем рынка оборудования по выделению воды из воздуха приходится на системы, имеющие в своем составе компрессионную холодильную установку с электрическим приводом. Вместе с тем применение компрессионных установок перспективно только для производительности до 3-4 литров воды в час. При более высокой производительности происходит существенное возрастание габаритов установки.

Необходимым условием работы компрессионной холодильной машины является наличие электрической энергии. В то же время подавляющее число стран, испытывающих дефицит воды, ограничены и в энергоресурсах. Едва ли не единственным доступным источником энергии у них является солнце.

Таким образом, проблема получения воды из атмосферного воздуха – актуальная научная и практическая задача, которая до настоящего времени не нашла своего решения, а большинство технических предложений остаются на уровне патентов.

Поэтому, в качестве наиболее перспективного направления, нами выбрано использование модернизированных абсорбционных холодильных машин (АХМ), работающих от источника низкопотенцильного тепла  – солнечной энергии. Одним из многообещающих направлений является возможность использования существующей инфраструктуры солнечных нагревателей воды, суммарный объем площадей коллекторов которых в мире более 110 млн. м².

Анализ режимных характеристик АХМ показал, что основные проблемы, которые надо решить при использовании их в системах получения воды, – это, во-первых, разработать конструкции АХМ с воздушным охлаждением теплорассеивающих элементов, а во-вторых, предложить цикл, который можно было бы реализовать в условиях тропических температур наружного воздуха и уровне температур традиционных водяных солнечных коллекторов (80-100 °C).

В таких условиях наибольшие перспективы имеют абсорбционные водоаммиачные холодильные машины (АВХМ), которые позволяют провести необходимую модификацию цикла. С связи с выбором АВХМ необходимо отметить, что в последние годы из-за неблагоприятных техногенных воздействий на окружающую среду систем холодильной техники все большее внимание уделяется природным холодильным агентам. Последние документы [3] уже четко регламентируют применение конкретных природных холодильных агентов для различных типов холодильных машин: для бытовых и торговых холодильников  – пропан; для средних холодильников – углекислота; для крупных систем – аммиак.

АВХМ, в отличии от аналогов – бромистолитиевых абсорбционных холодильных машин и пароэжекторных водяных холодильных машин, холодильным агентом в которых является вода, имеют более широкую область применения, в частности, в области отрицательных температур до минус 50 °C [4]. Для их работы можно использовать самые различные источники тепловой энергии: технологический пар, горячую воду, отходящие газы печей, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания [5]. АВХМ, кроме задач кондиционирования воздуха, могут быть использованы и в холодильниках при длительном хранении замороженных продуктов и сельскохозяйственного сырья.

Особый интерес представляют АВХМ, работающие на возобновляемых источниках энергии, в частности, на энергии солнечного излучения. Такой интерес связан с возможностью круглогодичного использования солнечных коллекторов, находящих в настоящее время широкое применение в системах отопления и горячего водоснабжения. Предполагается [6], что при избытке солнечной энергии в теплый период года часть ее можно направлять в генератор АВХМ для производства искусственного холода. Полученный холод можно использовать как в системах кондиционирования, так и в холодильниках.

На первом этапе разработок систем получения воды из воздуха на базе АВХМ были проведены расчеты циклов и определен диапазон рабочих концентраций заправки рабочего тела.

Известные подходы к расчету АВХМ [7, 8, 9] для работы в системах с солнечным подогревом не могут быть использованы из-за неучета взаимной зависимости трех уровней температур: высшей в генераторе (греющего источника) – низшей в абсорбере (окружающей среды) – кипения в испарителе. Тогда, как известно [4], что из этих трех температур только две могут быть выбраны относительно произвольно, а третья температура определяется однозначно.

Такой вывод был получен авторами [6] при анализе теплового коэффициента идеального цикла произвольной абсорбционной холодильной машины в котором:

а) зона дегазации стремится к нулю и процессы в генераторе и в абсорбере протекают практически изотермично;

б) абсорбер не обладает собственным парциальным давлением и теплота дефлегмации отсутствует.

Из формулы теоретической зависимости теплового коэффициента идеального цикла такой машины

            (1)

где T_a, T_h , T_o , T_k – температуры в процессах абсорбции, генерации, кипения и конденсации соответственно и последующего ее упрощения с учетом реального допущения

             (2)

где T_w – температура охлаждающей среды, К,

            (3)

авторы [4] получили зависимость T_h= f (T_o, T_w) для работы на водоаммиачном растворе (ВАР) при η_теор = 1:

            (4)

Очевидно, что реальные циклы АВХМ отличны от идеального, но какие-либо сведения о зависимостях типа (4) для них отсутствуют.

Актуальность в определении зависимостей типа (4) связана и с активным продвижением на рынке отопительной техники и солнечных коллекторов. Наибольшее распространение получили модели, работающие с водой в качестве теплоносителя.

Недостаток их в комбинированной схеме солнечный коллектор – АВХМ связан с ограниченным уровнем температур греющего источника (порядка 100 °С).

На рынке солнечных коллекторов имеются и модели на органических теплоносителях с рабочим уровнем температур до 250°С, но они имеют большую стоимость и выбор их должен быть обоснован.

Для анализа зависимостей T_h= f (T_o, T_w) реальных АВХМ был составлен алгоритм расчета.

Рассмотрена традиционная схема АВХМ, включающая два регенеративных теплообменника  – растворов и холодильного агента, изображенная на рис. 1.

 Рис. 1. Схема АВХМ с двумя регенеративными теплообменниками: 1 – генератор; 2 – ректификатор; 3 – дефлегматор; 4 – абсорбер; 5 – регенеративный теплообменник растворов; 6 – насос; 7 – конденсатор; 8 – регенеративный теплообменник холодильного агента; 9 – испаритель.

Исходными данными для анализа являлись:

а) перепад температур между греющей средой и слабым раствором в генераторе АВХМ Δt_h = 10 ºC;

б) перепад температур между охлаждающей средой и крепким раствором в абсорбере Δt_wa= 5 ºC;

в) перепад температур между охлаждающей средой и жидким аммиаком в конденсаторе (выходящего пара аммиака из дефлегматора) Δt_wk= 5 ºC (Δt_wd= 5 ºC);

г) перепад температур между температурой кипения и охлаждаемой средой Δt_o= 5 ºC;

д) перепад температур между слабым и крепким растворами на холодном конце регенеративного теплообменника растворов Δt_то = 5 ºC;

е) перегрев пара аммиака в регенеративном теплообменнике Δt_рто = 5 ºC.

Для определения термодинамических и теплофизических свойств водоаммиачного раствора использовались справочные данные [10].

Варьируемыми данными являлись:

а) температура греющей среды t_h;

б) температура охлаждающей воды t_w;

в) температура охлаждаемого объекта t_o.

Во всех случаях определялись термодинамические параметры и состав рабочего тела в характерных точках цикла АВХМ.

Основным показателем работоспособности АВХМ являлись кратность циркуляции ВАР:

               (5)

где ξ_d, ξ_сл , ξ_кр – массовая доля аммиака в паровой смеси, поступающей на вход дефлегматора, слабого раствора на выходе генератора, крепкого раствора на входе в генератор соответственно.

Алгоритм поиска рабочих режимов АВХМ состоял в следующем.

На первом этапе задавались температуры объекта охлаждения t_o= -30°С; -15°С; -5°С.

Для каждого значения t_o проводился расчет с фиксированным значением t_w в диапазоне 25…43 °C с шагом 1 °C.

Для заданных значений t_o и t_w проводился расчет кратности циркуляции по уравнению (5) с изменением t_h с шагом 1 °С.

В случае если f > 0, делали вывод, что режим работы АВХМ может быть реализован, а в обратном случае, когда f < 0, режим работы не осуществим.

Результаты расчетов приведенного выше алгоритма представлены на рис. 2.

Рис. 2. Результаты расчета минимальной температуры греющего источника t_h в зависимости от температур охлаждаемого объекта t_o и охлаждающей воды t_w

Полученные зависимости представляют собой минимально необходимые значения температур греющей среды для условий работы реальных АВХМ.

Анализ этих результатов показывает, что АВХМ в системе с солнечным коллектором на воде в качестве теплоносителя может найти применение только в системах кондиционирования воздуха при температурах охлаждающей среды не выше 36…37 °С.

Для работы в системах охлаждения с температурами до минус 30 °C необходима температура греющей среды 140…150 °С.

Выводы

1. Разработан оригинальный алгоритм поиска минимально необходимой температуры греющей среды в зависимости от температур объекта охлаждения и охлаждающей среды для реальной АВХМ.

2. Сформулированы рекомендации для применения реальных АВХМ в комбинации с солнечными коллекторами.

3. В дальнейших исследованиях АВХМ, работающих с низкопотенциальными источниками тепловой энергии, целесообразно найти области рабочих параметров с максимальной энергетической эффективностью холодильного цикла.

Литература

1. Алексеев В.В. Получение пресной воды из влажного воздуха / В.В. Алексеев, К.В. Чекарев // Аридные экосистемы. – 1996. – Т. 2. – № 2-3.

2. Перельштейн Б.Х. Новые энергетические системы: моногр. / Б.Х. Перельштейн. – Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2008. – 244 с.

3. Состояние и перспективы развития холодильной отрасли в России / А.В. Бараненко [и др.] // Холодильная техника. – 2009. – № 3. – С. 20-24.

4. Бадылькес И.С. Абсорбционные холодильные машины / И. Бадылькес, Р. Данилов. – М.: Пищ. пром. – 1966. – 356 с.

5. Коханський А.І. Перспективи застосування на морських судах абсорбційних холодильних агрегатів (АХА) / А.I. Коханський, Г.М. Редунов, О.С. Тітлов // Наукові праці ОНАХТ. – 2009. – Вип. 35. – Т. 1. – С. 132-136.

6. Kim D.S. Air-cooled solar absorption air conditioning / D.S. Kim, C.A. Ferreira // Final report. Novem contract BSE  – NEO 0268-02-03-0008.Delftuniversity  of technology, 2005. – 230 p.

7. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин / Е.М. Бамбушек [и др]. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд., 1987. – 423 с.

8. Галимова Л.В. Абсорбционные холодильные машины и тепловые насосы: моногр. / Л.В. Галимова. – Астрахань: Изд-во АГТУ, 1997. – 226 с.

9. Sathyabhama A. Thermodynamic simulation of ammonia-water absorption refrigeration system / A. Sathyabhama, T.P. Ashok Babu // Thermal science. – 2008. – Vol. 12. – № 3. – P. 45-53.

10. Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: справ. / С.Н. Богданов [и др]. – 4-е изд., перераб. и доп. – СПб.: СПбГАХПТ, 1999. – 320 с.