Температурный режим работы холодильной машины: Работа холодильной установки
Работа холодильной установки
Любое технологическое, в том числе и холодильное оборудование, имеет свою, довольно «узкую» специализацию. Это выражается в том, что компрессорно-холодильные установки наиболее эффективно могут выполнять возложенные на него функции в ограниченном диапазоне применений.
«Исторически» сложилось условное деление холодильной техники на следующие температурные поддиапазоны:
- криогенная техника (сверхнизкие температуры)
- низкотемпературное (морозильное) холодильное оборудование (низкотемпературные холодильные витрины, лари, бонеты, холодильные и морозильные камеры, холодильные камеры хранения замороженной продукции, холодильная морозилка и др.)
- среднетемпературное холодильное оборудование (среднетемпературная холодильная камера, холодильные витрины и шкафы и др.)
- высокотемпературное (кондиционерное) холодильное оборудование
Криогеника или техника сверхнизких температур имеет ограниченный круг потребителей, каковыми в основном являются научные и медицинские учреждения и некоторые специализированные производства, связанные с получением сжиженных газов и необходимостью хранить вещества и препараты, несуществующие или скоропортящиеся при номинальных условиях окружающей среды.
Низкотемпературное холодильное оборудование, которое часто называют морозильным (морозильные компрессоры), работает с температурами в охлаждаемом объеме ниже -5⁰С. Как правило, для достижения таких температур необходимо создать условия, чтобы испарители холодильных машин (воздухоохладитель) имели температуру кипения хладагента -15⁰С и ниже.
Среднетемпературное оборудование обеспечивает температуру в охлаждаемых объемах в интервале от -5⁰С до +15⁰С. Холодильная машина такого типа имеет кипение (температура хладагента) в испарителях в диапазоне от -15⁰С до +7⁰С.
Высокотемпературное — обеспечивает температуры охлаждения от +15⁰С и выше. Холодильный агент в испарителях такого оборудования кипит при температурах от +7⁰С и выше.
Необходимо подчеркнуть, что вышеуказанное деление холодильного оборудования на температурные «сферы влияния» является очень условным. Кроме того, это деление совершенно не означает, что холодильная установка, предназначенная для определённого температурного диапазона, просто и резко прекращает выполнять свои функции за пределами «ограничений» от производителей, указанных в технических регламентах, паспортах и каталогах. Когда работа холодильной установки в «приграничных районах» допустимых температурных диапазонов, или за их пределами, у холодильного и кондиционерного оборудования снижается энергоэффективность, то есть количество затраченной энергии на производство «единицы холода» увеличивается, причём эта закономерность носит непропорциональный характер.

Существуют так же «классы» универсального холодильного или кондиционерного оборудования, но следует помнить, что любое стремление придать техническому устройству универсальность (расширить условия и диапазоны возможного применения) влечёт за собой ухудшение энергоэффективности, в отличие от того, когда подразумевается «узкоспециализированное» холодильное устройство. Так же это приводит к элементарному удорожанию «универсальных решений» холодильного оборудования в производстве и комплектации, а значит и к росту стоимости для конечного потребителя.главный инженер Новиков В.В.,академический советник Международной Академии Холода
Глава 21.

Оптимальный режим работы всей установки определяется установлением определенных перепадов температур в теплообменных аппаратах и экономичного режима работы компрессора.
Основными параметрами, определяющими условия работы холодильной машины, являются температуры кипения, всасывания, конденсации, переохлаждения и нагнетания.
Температура кипения. Температуру кипения to определяют по мановакуумметру, присоединенному к всасывающему трубопроводу компрессора. Мановакуумметр имеет две шкалы и показывает давление в испарителе и соответствующую ему температуру кипения жидкости. С понижением температуры кипения холодопроизводительность установки, а также мощность, потребляемая компрессором, значительно уменьшаются (см. рис. ).
При изменении температуры кипения в
среднем на 1° С холодопроизводительность
компрессора изменяется на 4—5%, потребляемая
мощность — на 2% и удельный расход
электроэнергии — на 2—3%.
Понижение температуры обусловливается увеличением удельного объема пара, образовавшегося в испарителе, что приводит к уменьшению массового расхода холодильного агента, засасываемого компрессором, изменением степени сжатия в компрессоре, в результате чего снижается коэффициент подачи и уменьшается массовый расход перекачиваемого холодильного агента, увеличением парообразования в регулирующем вентиле, в связи с чем уменьшается холодопроизводительность 1 кг холодильного агента, а также повышением отношения давления нагнетания к давлению всасывания, вследствие чего возрастает работа на сжатие 1 кг холодильного агента, что требует дополнительного расхода электроэнергии.
При нормальной эксплуатации температурный
напор, т. е. разность между температурами
воздуха в охлаждаемом объекте и
кипения холодильного агента или
хладоносителя, принимают 7—10° С. В
некоторых случаях экономически
оправданными являются напоры 5° С (для
камер охлаждения фруктов) и 12—20° С
(судовые и бытовые установки).
Для испарителей разность между средней температурой охлаждаемой жидкости и температурой кипения холодильного агента поддерживается 4—6° С.
При эксплуатации величина температурного напора зависит в основном от состояния теплопередающей поверхности, уровня заполнения испарителя холодильным агентом и соответствия между производительностями компрессоров и испарителей.
Температура кипения зависит от числа камер, подключенных к компрессору, и теплопритока к батареям. При отключении отдельных камер во время работы компрессора уменьшается поверхность испарительной системы и понижаются температуры кипения.
Температура всасывания. Температуру
всасывания компрессора определяют по
термометру, установленному на всасывающем
трубопроводе компрессора. Перегрев
пара, всасываемого в компрессор, т. е.
разность между температурами всасывания
и кипения, является независимым,
самоустанавливающимся параметром. Для
аммиачных холодильных установок
оптимальным является перегрев 5—15° С,
а для фреоновых холодильных установок,
оборудованных теплообменниками,—
10—45° С.
Производительность терморегулирующих вентилей зависит, во-первых, от его настройки (натяжения пружины) и, во-вторых, от перегрева выходящего пара. При изменении температуры кипения производительность терморегулирующего вентиля не постоянна, так как с понижением давления, действующего на чувствительный элемент, клапан прикрывается.
Увеличение перегрева свидетельствует о недостаточной подаче жидкого холодильного агента в испарительную систему. В этом случае заполнение охлаждающих приборов уменьшается, в результате чего снижается экономичность работы холодильной установки.
Если в испарительную систему подается
больше жидкого холодильного агента,
чем его испаряется, то повышается
уровень жидкого холодильного агента и
часть его поступает во всасывающий
трубопровод и в компрессор, что
приводит к гидравлическому удару.
Температура конденсации. Температуру конденсации tк определяют по манометру, установленному на нагнетательной стороне холодильной установки. Манометр показывает давление конденсации и соответствующую ему температуру. Давление и температура конденсации зависят от расхода и температуры воды или воздуха, поступающих на конденсатор.
Разность между температурой конденсации и средней температурой воды составляет
4—6° С.
Нагрев воздуха в воздушных конденсаторах равен 5—6°С, а температурный перепад — 6—10° С. Верхний предел температуры конденсации для аммиачных компрессоров по ГОСТ 6492—68 составляет 40° С.
Повышение температуры конденсации на
1°С приводит к снижению
холодопроизводительности на 1—2%,
увеличению мощности на 1—1,5% и возрастанию
удельного расхода электроэнергии
на 2—2,5%. Это объясняется увеличением
отношения давления нагнетания к давлению
всасывания, в результате чего уменьшается
коэффициент подачи компрессора, а
также происходит перерасход
электроэнергии.
Температура конденсации определяется расходом и температурой охлаждающей воды (воздуха), состоянием теплопередающей поверхности и соотношением включенных конденсаторов и компрессоров. Температуру конденсации можно понизить или включением дополнительных конденсаторов, или отключением части работающих компрессоров в случае, когда давление конденсации приближается к предельному значению.
Температура переохлаждения. Температура переохлаждения жидкого холодильного агента определяется разностью между температурами конденсации и холодильного агента перед регулирующим вентилем. Процесс переохлаждения происходит в теплообменных аппаратах, конденсаторах, переохладителях, теплообменниках и промежуточных сосудах.
С понижением давления и температуры
кипения жидкого холодильного агента,
проходящего через регулирующий
вентиль, одновременно происходит
частичное Парообразование, которое
обусловливает уменьшение
холодопроизводительности. Чем ниже
температура поступающей жидкости,
тем меньше потери в регулирующем
вентиле, т. е. ее парообразование.
При переохлаждении аммиака на 1°С холодопроизводительность повышается на 0,4%.
Включение переохладителя приводит к увеличению холодопроизводительности установки без затрат электроэнергии на работу компрессора.
При эксплуатации холодильной установки температура переохлаждения холодильного агента должна быть на —3°С выше температуры воды, поступающей в переохладитель.
В двухступенчатых холодильных установках дополнительное переохлаждение жидкого холодильного агента происходит в змеевике промежуточного сосуда. Температура жидкого холодильного агента, выходящего из змеевика промежуточного сосуда, на 2—3°С выше промежуточной температуры.
Вода, подающаяся на конденсатор, обычно поступает начала на переохладитель, а затем на конденсатор, значительное переохлаждение может происходить в случае подачи на переохладитель холодной артезианской воды.
Температура нагнетания. Температуру нагнетания tнаг определяют по термометру, установленному
на нагнетательном трубопроводе
компрессора. Температура нагнетания
зависит в основном от температур кипения
и конденсации, а также от величины
перегрева пара на всасывании. Значения
температур нагнетания в зависимости
от температур кипения и конденсации
аммиачного компрессора приведены в
табл. .
Температура нагнетания для аммиачных тихоходных горизонтальных компрессоров не более 135° С, а для блок-картерных и оппозитных не более 150° С. Температура нагнетания у поршневых компрессоров, работающих на фреоне R12, не выше 125° С.
Для ротационных компрессоров, работающих на аммиаке и R22, максимально допустимые температуры нагнетания не превышают 110° С.
При высоких температурах нагнетания холодильного агента образуется нагар масла в цилиндрах компрессора и возможна вспышка масла, уменьшается вязкость масла, что приводит к износу трущихся деталей.
При высокой температуре нагнетания
значительно испаряется масло и повышается
его унос из компрессора в систему,
что ухудшает работу теплообменных
аппаратов и увеличивает расход
смазочного масла. Температуру
нагнетания для аммиачных поршневых
компрессоров холодильной установки
можно приближенно определить по
зависимости
где t0 — абсолютное значение температуры кипения, оС.
По этой зависимости можно получить удовлетворительные результаты при изменении температур кипения от —5 до —25° С и конденсации от 25 до 40° С, а также при перегреве пара на всасывании от 5 до 15° С.
Значения перегрева нагнетания для фреоновых компрессоров, работающих с перегревом на всасывающей стороне на 20° С, приведены в табл. .
Таблица
Примечание. В числителе указана величина перегрева для компрессора, работающего на R12, в знаменателе — на R22.
Таблица
Ремонт и установка холодильников, морозильных камер и охладителей в районе залива Мы предоставляем приоритетное обслуживание всех типов охлаждающих устройств. ОХЛАЖДЕНИЕ – это процесс удаления тепловой энергии из места, где она не нужна, и утилизации ее в месте, где она нужна, в зону, где она не является нежелательной. Охлаждение делится на четыре широкие области в зависимости от температуры змеевика испарителя. Большая часть коммерческого холодильного оборудования работает в диапазоне от 35°F до 40°F для среднетемпературных блоков и от 0°F до -10°F для низкотемпературных блоков. Наши технические специалисты работают со следующим торговым оборудованием:
ИСПАРИТЕЛИ КОНДЕНСАТОРЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА хладагент в испаритель в условие, необходимое для эффективного поглощения тепла. ТИПЫ
БЫТОВОЕ ХОЛОДИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ВСЕ МАРКИ И МОДЕЛИ Холодильники Обычные холодильники или морозильники Amana ВСЕ МАРКИ И МОДЕЛИ Наши специалисты обладают знаниями для работы с:
ColdDraft Breezaire
ICE МАШИНЫ ХОЛОДИЛЬНИКИ ДЛЯ ВИНА Все марки и модели | |
Холодильники, кондиционеры и тепловые насосы
Холодильники, кондиционеры и тепловые насосы Теплота сама по себе не может переходить от холодного к горячему объекту — это один из способов сформулировать второй.
закон термодинамики. Если бы мог, то сбрасывал тепло на Т низкий могли просто течь обратно в водохранилище на Т высокий и сеть
эффектом будет количество тепла ΔQ = Q high – Q низкий взят на Т высокий и преобразован в работу ни с чем другим
изменения в системе.
Предположим, вы хотите взять тепло из места на Т , низкое и сбросить это в месте с более высокой температурой T и высокой . Вы хотите построить холодильник или кондиционер . Для такого устройства мы определяем коэффициент производительность КПД как отношение количества тепла, отводимого при более низкая температура работы, вложенной в систему (т.е. двигатель).
COP = Q низкий /(-W) = Q низкий /(Q высокий – Q низкий ).
Наилучший возможный коэффициент полезного действия
COP макс. = Q низкий /(Q высокий – Q младшая ) макс = Q младшая /(Q младшая (T младшая /T младшая ) – Q младшая ) = T низкий /(T высокий – Т низкий ),
, если у нас есть реверсивный двигатель, перемещающий тепло. Для настоящего
двигатель Q высокий больше, чем Q низкий T высокий /T низкий ,
и коэффициент полезного действия меньше.
Для холодильника, поддерживающего внутреннюю температуру 4 o C = 277 K в помещении при 22 o C = 299 K наилучшее возможное коэффициент полезного действия COP max = 277/(299 – 277) = 12.6. Наилучшее соотношение количества отводимой теплоты к проделанная работа равна 12,6. Тепло не может течь изнутри обычного холодильник в более теплое помещение, если мы не подключим электродвигатель который работает на хладагенте.
Кондиционер – это холодильник, внутри которого находится охлаждаемое помещение (комната T ). = T low ) и чья внешняя сторона находится на свежем воздухе (T внешняя = T высокий ). В кондиционере используется материал
называют «рабочей жидкостью» для передачи тепла из помещения в
свежий воздух. Рабочая жидкость – это материал, который преобразует
легко из газа в жидкость и наоборот в широком диапазоне
температуры и давления. Эта рабочая жидкость движется через
три основных компонента кондиционера, компрессор , конденсатор ,
испаритель в непрерывном цикле.
- Рабочая жидкость поступает в испаритель внутри помещения в виде жидкость низкого давления примерно при температуре наружного воздуха.
- Испаритель обычно представляет собой змеевидную трубу. Жидкость немедленно начинает испаряться и превращается в газ. В процессе поэтому он использует свою тепловую энергию, чтобы отделить свои молекулы от одного другой и становится очень холодно. Тепло поступает из помещения в этот холодный газ. Рабочая жидкость покидает испаритель в виде газ низкого давления немного ниже комнатной температуры и направляется в сторону компрессор.
- Поступает в компрессор в виде газа низкого давления
примерно при комнатной температуре.
Компрессор сжимает молекулы этого газа ближе друг к другу, увеличивая плотность и давление газа. Поскольку сжатие газа связано с физической работой, компрессор передает энергию рабочей жидкости, и эта жидкость становится более горячей. рабочая жидкость выходит из компрессора в виде газа под высоким давлением значительно выше наружная температура воздуха.
- Затем рабочая жидкость поступает в
конденсатор снаружи, который обычно представляет собой змеевидную трубу.
Так как жидкость горячее окружающего воздуха, тепло уходит из
жидкости и в воздух. Затем жидкость начинает конденсироваться в
жидкость и отдает дополнительную тепловую энергию при конденсации.
Эта дополнительная тепловая энергия также передается в виде тепла в наружный воздух.
Рабочая жидкость выходит из конденсатора в виде жидкости под высоким давлением при
примерно температура наружного воздуха. Затем он протекает через
сужение трубы в испаритель. Когда жидкость идет
через сужение в трубе давление в ней падает и она попадает в
испарителя в качестве жидкости низкого давления.
Цикл повторяется.
В целом тепло отводится из помещения и доставляется в наружный воздух. Компрессор при этом потребляет электроэнергию. процесс, и эта энергия также становится тепловой энергией в наружном воздухе. Максимальный коэффициент такого кондиционера КПД max = T комната /(T снаружи – T комната ). Холодильники и тепловые насосы работают по одному и тому же принципу.
А тепловой насос – это холодильник, чей внутри – это великолепная природа, а снаружи – комната, которую нужно отапливать. коэффициент полезного действия теплового насоса – это отношение отдаваемой энергии при более высокой температуре работы, вложенной в систему, COP = Q высокий / (Q высокий – Q низкий ). Наилучший возможный коэффициент полезного действия
COP макс. (тепловой насос) = (Q высокий /(Q высокий – Q низкий )) макс.
= T высокий /(T высокий – T низкий ) = T комнатный /(T комнатный – Т снаружи )
Если наружная температура 41 o F = 5 o C = 278 K и комнатная температура 77 o F = 25 o C = 298K, тогда COP макс. = 298/(298 – 278) = 14,9. Однако, если температура наружного воздуха опустится до 14 или F = -10 o C = 263 K, тогда E max = 298/(298 – 263) = 8,5.
Примечание: Коэффициент полезного действия для холодильника/кондиционера и
КПД теплового насоса определяются по-разному. Мы
всегда интересуются, сколько работы мы должны сделать или сколько полезной энергии
мы должны инвестировать, чтобы чего-то добиться. Для холодильника или воздуха
кондиционер нас интересует насколько эффективно отводится тепло от более холодного
внутри за заданный объем выполненной работы. Для теплового насоса нас интересует
в том, насколько эффективно тепло доставляется к более горячему внутри для данного количества
работа выполнена. Коэффициент полезного действия дает нам эти соотношения.
Внешняя ссылка: цикл охлаждения (Youtube)
Проблема:
Какой КПД холодильника, работающего с Эффективность Карно между температурами от -3 o C до 27 o C?
Решение:
- Рассуждение:
Для холодильника КС max = T младшая /(T младшая – T младшая ). - Детали расчета:
Наилучший возможный коэффициент полезного действия
COP макс. = T низкий /(T высокий – T низкий ) = 270/(300 – 270) = 9,
Проблема:
Холодильник имеет коэффициент полезного действия, равный 5. Если
холодильник поглощает 120 Дж тепловой энергии из холодного резервуара в каждом
цикл, найти
а) работу, выполненную в каждом цикле, и 90 528
б) тепловая энергия, отводимая в горячий резервуар.
Решение:
- Рассуждение:
Для холодильника коэффициент полезного действия COP = Q low /(-W).