Холодоснабжение и холодильное оборудование - то, что следует знать перед выбором

 

Холодоснабжение и системы, обеспечивающие холодоснабжение, относятся к технически наиболее сложным устройствам климатической техники.

 

---

• Принцип работы холодильных машин
• Основные типы холодильных машин
• Парокомпрессорные холодильные машины
• Как работает парокомпрессионная холодильная машина
• Как работают другие виды холодильных машин
• Классификация холодильных машин
• Характеристики различных типов холодильных агрегатов и сферы их использования
• В качестве резюме

---

Как правило, решения по промышленному холодоснабжению являются дорогостоящими и не всегда понятными конечному потребителю, и «цена ошибки» при их выборе наиболее высока. Поэтому, перед тем как остановить свой выбор на конкретном промышленном холодильном оборудовании или технологии, следует в общих чертах ознакомиться с принципами работы систем холодоснабжения и холодильной техники.

Принцип работы холодильных машин

Процесс охлаждения, применяемый в современном холодильном оборудовании, происходит за счет непрерывной «перекачки» тепла из места, которое следует охладить, в другое место, где это тепло выбрасывается в окружающую среду или утилизируется. Чтобы обеспечить такую перекачку, используется свойство веществ «впитывать» в себя тепловую энергию при испарении (переходе из жидкого в газообразное состояние) и отдавать ее при конденсации (обратном переходе из газообразного состояния в жидкое).

Вещества, совершающие такой фазовый кругооборот в холодильных машинах, называются хладагентами. Большинство холодильных агрегатов получают холод за счет использования фазового перехода хладагента из жидкого в газообразное состояние.

Основные типы холодильных машин

Но существуют и другие типы холодильных машин. В зависимости от физического процесса, применяемого для генерации холода, все агрегаты подразделяют на следующие типы:

• Холодильные машины, использующие фазовый переход. В свою очередь они подразделяются на:
  • парокомпрессорные или просто компрессорные,
  • абсорбционные,
  • эжекторные или пароэжекторные.
• Воздушные холодильные агрегаты:
  • воздушные детандерные холодильные машины,
  • воздушные вихревые холодильные машины или машины на вихревых охладителях.
• Термоэлектрические холодильные машины.

Парокомпрессорные холодильные машины

Это, вероятно, наиболее распространенный на сегодня тип холодильных агрегатов. Хотя и внутри этого типа существует дополнительное разделение агрегатов по типу холодильного компрессора, которые бывают:

• винтовыми,
• осевыми,
• поршневыми,
• ротационными,
• спиральными,
• центробежными.

Чаще всего в бытовых холодильниках и холодильных установках для пищевой промышленности используются поршневые компрессоры. Число поршней в них варьируется от 1 (для бытовых устройств) до 12 (для крупных стационарных компрессоров).

Винтовые компрессоры обладают большей холодопроизводительностью в сравнении с поршневыми компрессорами при сопоставимых размерах.

Ротационные компрессоры используются, преимущественно, в бытовых кондиционерах. Спиральные компрессоры считаются очень перспективными. Их используют в холодильной технике для пищевой промышленности, однако наиболее широкое применение они нашли в системах кондиционирования.

В парокомпрессорных холодильных установках (сокр. ПКХУ или ПКХМ) в качестве хладагентов применяют легкокипящие жидкости. Чтобы реализовать замкнутый цикл перекачки тепла, схема холодильной машины имеет 4 обязательных элемента:

• испаритель,
• конденсатор,
• компрессор,
• регулятор потока.

Как работает парокомпрессионная холодильная машина

В испарителе происходит извлечение тепла из места, которое нуждается в охлаждении, и последующая передача этого тепла хладагенту. За счет полученной тепловой энергии жидкий хладагент испаряется, а само место, откуда тепло ушло, охлаждается. Далее включается в работу компрессор, который всасывает парообразный хладагент и повышает его давление и температуру.

После компрессора горячий пар под давлением попадает в конденсатор. Здесь он отдает полученную тепловую энергию, выбрасывая ее в окружающую среду или нагревая воду. После отдачи температуры температура хладагента закономерно падает, и он конденсируется, т.е. переходит в жидкое состояние, но давление его по-прежнему высокое. Чтобы сбросить это давление, применяется регулятор потока. После его прохождения, хладагент снова возвращается в испаритель, а цикл холодильной машины повторяется.

Как работают другие виды холодильных машин

В воздушных холодильных установках в качестве хладагента используется обычный воздух, а передача тепла от места, которое нужно охладить, до места его выброса, осуществляется за счет механической энергии. Детандер - это расширительный цилиндр, который служит для того, чтобы температура воздуха в системе опустилась ниже температуры охлаждаемых в холодильной камере предметов.

Охлаждение в воздушных вихревых холодильных машинах осуществляется за счет расширения предварительно сжатого компрессором воздуха в блоках специальных вихревых охладителей.

В абсорбционной холодильной машине используется свойство некоторых хладагентов хорошо растворяться в воде (до 1000 объемов аммиака на 1 объем воды). Такими хладагентами могут выступать раствор бромистого лития или аммиак. В целом, рабочий цикл абсорбционной холодильной машины очень похож на цикл парокомпрессорной. Только в ней полностью отсутствует компрессор. А удаление газообразного хладагента из змеевика испарителя происходит за счет поглощения его водой, раствор хладагента в которой затем перекачивается в специальную емкость (десорбер), где производится его нагрев до газообразного состояния.

Пары хладагента и воды из десорбера под давлением поступают в ректификационную колонну, где пары разделяются. Далее практически чистый хладагент попадает в конденсатор, где, охлаждаясь, конденсируется и через регулятор потока снова поступает в испаритель для повторения цикла.

Термоэлектрические холодильные машины основаны на так называемом эффекте Пельтье, заключающемся в поглощении тепла при прохождении электрического тока в месте контакта (спая) двух проводников, сделанных из разных материалов. При этом поглощенное тепло выделяется на другом спае.

Пароэжекторные холодильные установки чаще всего работают на водяном паре, поэтому нуждаются в устройстве, где этот пар будет производиться, например, котельной установке. Работает пароэжекторный холодильный агрегат так. Из котельной установки горячий пар поступает в сопло эжектора. При истечении пара с большой скоростью в камере смешения за соплом создается разрежение, под действием которого в камеру смешения подсасывается менее горячий пар из испарителя холодильной камеры.

В диффузоре эжектора скорость полученной смеси уменьшается, а давление и температура растут. Затем паровая смесь поступает в конденсатор, где превращается в жидкость. Одна часть конденсата перекачивается насосом в котельный агрегат, а другая, используемая как хладагент, проходит через регулятор потока, в результате чего ее давление и температура падают. В испарителе этот пар отбирает тепло у охлаждаемых предметов, а затем вновь поступает в паровой эжектор.

Классификация холодильных машин

Помимо разделения по типу физического процесса, применяемого для генерации холода, холодильные агрегаты можно классифицировать и по другим признакам:

• холодопроизводительности,
• схеме и виду термодинамического цикла,
• температурным характеристикам.

По холодопроизводительности холодильные машины разделяются на малые, средние и крупные установки. К малым относятся агрегаты мощностью до 15 кВт, к средним – от 15 до 120 кВт, крупными считаются установки с холодопроизводительностью свыше 120 кВт.

По схеме и виду термодинамического цикла различают одно- и двухступенчатые установки, а также многоступенчатые и каскадные холодильные машины. Количество ступеней определяется количеством установленных компрессоров.

По температурным характеристикам обслуживаемого объекта холодильные машины подразделяются на:

• низкотемпературные,
• среднетемпературные,
• высокотемпературные.

Высокотемпературные - это как правило одноступенчатые агрегаты, охлаждающие объект до температуры -10 С и выше. Среднетемпературные работают в диапазоне температур от -30 С до -10 С и как правило оснащены одно- и двухступенчатыми компрессорами. Наконец, низкотемпературные холодильные машины могут работать при температуре ниже -30 С. Это многоступенчатые и каскадные агрегаты.

Характеристики различных типов холодильных агрегатов и сферы их использования

Парокомпрессионные холодильные машины с поршневыми компрессорами

Другие публикации TopClimat.ru по теме
	Что такое абсорбционные холодильные машины
	О некоторых преимуществах абсорбционных холодильных машин

Как уже говорилось, это наиболее распространенный тип холодильных агрегатов. Применяются практически повсеместно - в быту, торговле, предприятиях общественного питания, промышленности. Наиболее эффективны там, где холодопроизводительность не превышает 60 кВт.

ПКХМ с поршневыми компрессорами обладают высокими энергетическими показателями (КПД, холодильный коэффициент), но им свойственны определенные недостатки. К их числу относятся:

• ограниченная производительность по холоду,
• высокий уровень вибраций,
• меньшая, чем у машин с винтовыми и центробежными компрессорами, надежность - за счет более быстрого износа и опасности гидроударов.

Парокомпрессионные холодильные машины с центробежными и осевыми компрессорами

Используются в промышленной сфере, где требуется большая производительность по холоду. К числу достоинств можно отнести их большую холодопроизводительность, а также сравнительно небольшие размеры и высокую надежность. Кроме этого, они удобны в регулировании и вибрируют меньше, чем холодильные машины с поршневыми компрессорами.

Но есть у них и недостатки, главным из которых является низкая энергетическая эффективность при малой, менее 700 кВт, холодопроизводительности. В этом случае лучше выбрать агрегат с винтовым или поршневым компрессором.

Парокомпрессионные холодильные машины с винтовыми компрессорами

Занимают промежуточное положение и наиболее эффективны в диапазоне холодопроизводительности от 60 до 700 кВт, т.е. на стыке между холодильными машинами с поршневыми и центробежными или осевыми компрессорами.

Эти агрегаты отличаются надежностью, не боятся гидроударов и не дают больших вибраций, удобны в регулировании. Главным недостатком данных холодильных машин является наличие громоздкой и металлоемкой масляной системы, необходимой для работы, а также высокий уровень шума.

Абсорбционные холодильные машины

Они предназначены для охлаждения больших промышленных и общественных помещений: заводов, фабрик, торговых центров, отелей, больниц.

Преимущества абсорбционных холодильных агрегатов - бесшумность работы, отсутствие движущихся механических частей, т.е. простота конструкции и надежность. А главное - они не потребляют электроэнергию на реализацию холодильного цикла. Электроэнергия расходуется только на перемещение сред – работу насосов и вентиляторов. Источниками тепла для абсорбционных холодильных машин могут стать, к примеру, отработанные газы, что повышает степень их энергоэффективности. Именно с помощью абсорбционных холодильных машин и тепловых насосов возможно наиболее полное использование топливно-энергетических ресурсов, снижение теплового загрязнения окружающей среды, т.е. решение самых актуальных задач энергетики.

Как видите, достоинств у них много. А недостаток практически один, но весьма существенный - низкая холодопроизводительность на единицу объема.

Пароэжекторные холодильные машины

Такие холодильные машины работают на водяном паре, поэтому могут охлаждать только до температуры получаемого холода выше нуля. Как правило, они используются в системах кондиционирования воздуха при наличии источника дешевой тепловой энергии, например, для загрузки отопительных отборов ТЭЦ в летний период.

Достоинства у пароэжекторных холодильных агрегатов те же, что и у абсорбционных машин, за исключением бесшумности. И они так же характеризуются малой энергетической эффективностью, что делает их широкое применение проблематичным.

Воздушные детандерные холодильные машины

Так как в воздушных холодильных агрегатах в качестве хладагента выступает воздух, а также вследствие того, что они работают под сравнительно невысоким давлением, они безопасны, надежны и удобны в работе и довольно компактны. И при этом имеют высокую энергетическую эффективность.

Но эта эффективность, к сожалению, проявляется в при большой холодопроизводительности (свыше 10 кВт) и при температурах охлаждения ниже -80°С. Поэтому применение таких машин ограничено. Они используются в пищевой промышленности, при климатических испытаниях машин и механизмов, при обработке различных материалов и т.д.

Воздушные вихревые холодильные машины

Имеют практически те же достоинства, что и воздушные холодильные машины с детандером, но при этом отличаются низкой энергетической эффективностью и ощутимо шумят во время работы. Используются для обеспечения холодопроизводительности до 3 кВт.

Применение вихревых холодильных машин оптимально при однократной или эпизодической и при этом кратковременной потребности в холоде: в транспорте, для металлообработки, в медицине и т.п.

Термоэлектрические холодильные агрегаты

Работают абсолютно бесшумно, имеют простое устройство, но получили малое распространение из-за дороговизны охлаждающих термоэлектрических элементов. Применяются главным образом для устройства небольших автомобильных холодильников и в охладителях питьевой воды. Отличаются минимальной из всех типов энергетической эффективностью.

В качестве резюме

В настоящее время не существует методики выбора типа оптимальной холодильной машины «для всех времен и народов». Всякий раз приходится учитывать многочисленные факторы, обусловленные конкретными условиями применения. Поэтому, чтобы не получить неэффективное и при этом дорогостоящее решение, следует обратиться к специалистам, которые помогут выбрать наилучший вариант, путем технико-экономического сравнения разных вариантов.

Критерием этого сравнения могут служить такие параметры, как удельные затраты, удельные затраты энергии на работу холодильных машин и себестоимость единицы отпускаемого холода.

 

Источник: TopClimat.ru