РАЗДЕЛ 2
ВЛИЯНИЕ НЕКОНДЕНСИРУЕМЫХ ГАЗОВ НА ЭНЕРГОЗАТРАТЫ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК
2.1. Анализ влияния температуры конденсации на удельные энергозатраты при эксплуатации холодильных установок
Перерасход электроэнергии на выработку холода часто связан с повышением температуры конденсации, по сравнению с рациональным ее значением. В справочной и учебной литературе имеются данные о том, что для парокомпрессионных холодильных машин повышение температуры конденсации на 1°С приводит к увеличению удельного расхода электроэнергии на выработку холода на (2 - 2.6)% [21, 74, 91, 121]. Некоторые авторы утверждают, что повышение температуры конденсации на 1°С увеличивает энергозатраты в среднем на 3.5% [97]. Этими данными пользуются при проведении экономических расчетов и обосновании оптимальных режимов эксплуатации холодильных установок. Однако приведенные выше удельные показатели не учитывают влияния на них температуры кипения хладагента, типа компрессора, числа ступеней сжатия и др.
Действительные удельные энергозатраты холодильного компрессора или агрегата Е обратны по величине действительному холодильному коэффициенту и определяются как
(2.1)
где NЭ - потребляемая мощность электродвигателя компрессора (электродвигателей агрегата двухступенчатого сжатия); Q0 - действительная холодопроизводительность компрессора или агрегата.
Следует отметить, что Е не учитывает энергозатрат на привод вспомогательных устройств холодильной установки (насосов, вентиляторов и др.), потребляемая мощность которых в большинстве случаев не зависит от температуры конденсации, а определяется назначением и конкретным исполнением холодильной установки.
Нами был проведен анализ влияния температуры конденсации на действительные удельные энергозатраты холодильных машин. С этой целью использовались паспортные данные аммиачных компрессорных агрегатов, получивших широкое распространение в промышленных холодильных установках Украины и других стран СНГ [120]. Это одноступенчатые агрегаты с поршневыми компрессорами А110-7-1, А110-7-2, А110-7-3, одноступенчатые агрегаты с винтовыми компрессорами А350-7-1, А350-7-2, А350-7-3, а также двухступенчатые агрегаты AD260-7-4 и 1AD260-7-4, включающие в себя поршневой компрессорный агрегат (ступень высокого давления), винтовой бустер-компрессорный агрегат (ступень низкого давления) и промежуточный сосуд.
Из холодильного оборудования, использующего R-22, для анализа использовались технические характеристики современного поршневого бессальникового компрессора 5ПБ36-2-024, серийно выпускаемого Мелитопольским заводом холодильного машиностроения "РЕФМА".
На рис. 2.1 приведены расчетные зависимости действительных удельных энергозатрат аммиачных холодильных агрегатов от температуры конденсации tк при различных температурах кипения t0 холодильного агента. Видно, что двухступенчатые агрегаты расходуют в сравнении с одноступенчатыми меньше энергии на производство холода не только при температурах кипения минус 28°С и ниже, где они используются, но и при более высоких - вплоть до минус 20°С.
Винтовые одноступенчатые агрегаты, которые в сравнении с поршневыми более надежны и безопасны в работе, имеют значительно большие удельные энергозатраты, чем поршневые, особенно при высоких температурах конденсации и низких температурах кипения хладагента. Объясняется это постоянной и недостаточно высокой геометрической степенью сжатия винтовых компрессоров. Этот недостаток меньше проявляется при работе их в составе бустерных агрегатов.
Очень неблагоприятны для винтовых агрегатов частичные нагрузки. Так, по данным авторов [95] при уменьшении холодопроизводительности до 20% от номинальной потребляемая мощность снижается лишь на (45 - 70)% в зависимости от режима работы.
Рис. 2.1 Удельные энергозатраты аммиачных агрегатов с поршневыми и винтовыми компрессорами: I - одноступенчатые агрегаты А110-7-1, А110-7-2, А110-7-3; 2 - двухступенчатые агрегаты AD260-7-4 и 1АD260-7-4; 3 -одноступенчатые агрегаты A350-7-1, А350-7-2, А350-7-3
На рис. 2.2 приведены расчетные зависимости действительных удельных энергозатрат фреонового компрессора 5ПБ36-2-024 от температуры конденсации в широком диапазоне температур кипения.
Для сравнения штриховыми линиями нанесены значения Е для аммиачных агрегатов. Видно, что энергозатраты фреонового компрессора ниже, чем у аммиачных одноступенчатых агрегатов при отрицательных температурах кипения, но значительно выше, чем у агрегатов двухступенчатого сжатия.
Однако энергетические характеристики фреоновых компрессоров меньшей холодопроизводительности, выпускаемых заводом "РЕФМА", значительно уступают таковым для компрессора 5ПБ36-2-024.
Рис. 2.2 Сравнение удельных энергозатрат фреонового и аммиачного компрессоров: --- компрессор 5ПБ36-2-024; - - - агрегаты А110 (для t0 = 0, -10 и -20°С) и AD260 (для t0 = -30 и -40°C).
Изменение удельных энергозатрат холодильных машин при изменении температуры конденсации можно определить как частную производную
(2.2)
Практически величину Bk определяют как увеличение (в процентах) удельных энергозатрат на выработку холода при повышении температуры конденсации на 1°С при постоянной температуре кипения t0 хладагента.
Результаты вычислений этой величины обобщены в виде зависимостей Вk от температуры кипения хладагента для каждого из рассматриваемых холодильных компрессоров, агрегатов и представлены на рис.2.3 (1 - двухступенчатые агрегаты AD260-7-4 и 1АD260-7-4; 2 - компрессор 5ПБ36-2-024; 3 - одноступенчатые агрегаты А110-7-1, А110-7-2 и А110-7-3; 4 - одноступенчатые агрегаты А350-7-1, А350-7-2 и A350-7-3).
Рис. 2.3 Зависимость удельных энергозатрат Вk от температуры кипения хладагента для аммиачных и фреоновых компрессоров и агрегатов.
Из графика видно, что для аммиачных и фреоновых компрессоров и агрегатов в широком диапазоне температур кипения величина Вk находится в пределах (0.35 - 2.3)%, что существенно ниже, чем знач