О «плавающем» давлении конденсации

С развитием цивилизации увеличиваются объёмы потребляемой энергии и растёт уровень цен на энергоносители. По этой и другим причинам производители, в частности холодильного оборудования, как и конечные потребители и покупатели холодильного оборудования, всё больше внимания уделяют вопросам повышения энергоэффективности оборудования и снижения его энергопотребления. Стратегия повышения энергоэффективности в нашей стране закреплена федеральным законом Российской Федерации №261-ФЗ от 23 ноября 2009 года.


Для холодильных установок есть следующие основные пути повышения энергоэффективности:


• Применение электрических расширительных клапанов;


• Применение преобразователей частоты для регулирования скорости вращения валов компрессоров и вентиляторов;


• Уменьшение разницы температур между средами в теплообменных аппаратах;


• Модернизация систем охлаждения после 10 лет эксплуатации;


• Корректный подбор холодильного агента;


• Различные способы регулирования давления кипения и конденсации.


Если обобщить все вышеперечисленное, то получается, что эффективность холодильного оборудования можно повысить как за счет внесения изменений в конструкцию системы, так и путем выбора оптимального алгоритма его работы.


Проанализируем два способа регулированием давления конденсации, повышающие эффективность работы холодильной установки:


• Метод регулирования с «плавающей» температурой конденсации, при котором в конденсаторе поддерживается фиксированная разность между температурой конденсации и температурой окружающей среды. Такой метод регулирования широко распространён, хотя и требует применения программируемого контроллера со специальным алгоритмом работы.


• Метод фиксированной минимальной уставки для температуры конденсации, при котором эта температура изменяется в соответствии с температурой окружающей среды (как и в предыдущем случае), но при этом стремится к минимальному установленному значению температуры конденсации (уставке), что достигается именно за счет длительной работы вентиляторов конденсатора и с большей частотой вращения (чем в предыдущем случае).


Первый метод широко рекламируется производителями контроллеров, и, на первый взгляд, кажется более эффективным, но рассмотрим это на примере работы конкретной холодильной установки со следующими характеристиками:


• Рабочее тело - Хладагент R404A;


• Холодопроизводительность установки на расчетном режиме работы - 356 кВт;


• Коэффициент рабочего времени 0,7;


• Температура кипения -14⁰С;


• Температура конденсации +45⁰С;


• Общий перегрев на линии всасывании 15 К;


• Полезный перегрев 6 К;


• Переохлаждение 0 К.


Холодильная установка (централь) включает пять компрессоров (модель D8DH-500X) и два конденсатора (модель GVH090.2B/2x2-N(D).E). Регион установки – г. Волгоград.


Профиль изменения температуры окружающей среды соответствует региону установки оборудования. Вентиляторы конденсаторов оборудованы устройствами для регулирования скорости вращения. Минимально-допустимая температура конденсации по "конверту" применения компрессора +10⁰С. В качестве терморегулирующего вентиля применяется электрический расширительный клапан.


Вентиляторы воздухоохладителей не регулировались, в обоих случаях они вносили одинаковый вклад в годовое потребление электроэнергии и поэтому расчеты выполнялись без учёта их энергопотребления. Были выполнены расчёты годового энергопотребления холодильной установкой для четырёх вариантов регулирования давления конденсации.


Вариант 1 – регулирование с «плавающей» температурой конденсации, при котором в конденсаторе поддерживается разность 15 К между температурой конденсации и температурой окружающей среды;


Вариант 2 – регулирование с фиксированной уставкой 45⁰С для температуры конденсации;


Вариант 3 – регулирование с фиксированной уставкой 10⁰С для температуры конденсации;


Вариант 4 – регулирование с «плавающей» температурой конденсации, при котором в конденсаторе поддерживается разность 10 К между температурой конденсации и температурой окружающей среды.


Расчеты были выполнены без использования специальных программ расчета энергоэффективности и применялись две различные методики для метода регулирования с «плавающей» температурой конденсации и для метод фиксированной минимальной уставки.


При регулировании с «плавающей» температурой конденсации задаёмся температурой наружного воздуха и для принятой разницы температур (15 К или 10 К) вычисляем теоретически достижимую температуру конденсации. Полученную величину сравниваем с минимально допустимой температурой конденсации, и если она ниже минимально допустимой температуры конденсации, то в расчете принимаем минимально допустимую температуру конденсации, если выше – теоретически достижимую.


По известному значению температуры кипения (-14⁰С) и температуры конденсации рассчитываем холодопроизводительность и потребляемую мощность централи по программам производителя компрессорного оборудования.


Предполагалось, что компрессоры оснащены регуляторами производительности, например системой отключения цилиндров. С учётом этого рассчитывалась холодопроизводительность централи, максимально близкая к нагрузке на холодильное оборудование. Если холодопроизводительность централи выше требуемой нагрузки, то вычислялся коэффициент работы холодильного оборудования (nро):

1.png


где Qцентрали – холодопроизводительность централи; максимально близкая к требуемой нагрузки на холодильное оборудование; Qтребуемая – нагрузка на холодильное оборудование, принимается постоянной и равной 279,2 кВт


Зная годовое количество часов с заданной температурой наружного воздуха, коэффициент работы холодильного оборудования, холодопроизводительность и потребляемую мощность компрессоров, вычисляется мощность, потребляемая холодильной установкой:

2.png


где Nкм – потребляемая мощность компрессорного оборудования, кВт*ч; Nцентрали – потребляемая мощность централи, кВт; n – количество часов в году с определенной температурой, при которой рассчитывается холодопроизводительность и потребляемая мощность, ч; nро – коэффициент работы оборудования.


Данный расчет повторяем для каждого значения температуры окружающего воздуха. После этого все полученные значения суммируем и получаем потребление компрессорного оборудования в кВт*ч за год.


При расчете энергопотребления вентиляторов конденсатора используем тепловую нагрузку, рассчитанную как сумму холодопроизводительности и потребляемой мощности централи.


Рассчитываем производительность конденсатора при соответствующей температуре конденсации и температуре окружающего воздуха по программам завода-производителя теплообменного оборудования, сравниваем со значением тепловой нагрузки и определяем требуемую производительность вентиляторов и их энергопотребление с учетом времени работы компрессорного оборудования:

4.png


где nвент – требуемое регулирование вентиляторов конденсатора; Qном – номинальная производительность конденсатора, рассчитанная по программам завода-производителя по соответствующей разности температур, кВт; Qнагр – тепловая нагрузка на конденсатор, кВт.


Энергопотребление вентиляторов рассчитывается с учетом потерь в устройстве регулирования скорости вращения вентиляторов:

5.png


где Nконд – мощность, потребляемая конденсатором, кВт*ч; t – количество вентиляторов, работающих при номинальном расходе; a – общее количество вентиляторов; Nвент – мощность, потребляемая одним вентилятором, кВт; 1,05 – коэффициент, учитывающий потери при регулировании скорости вращения вентиляторов. Полученные по этой методике результаты для вариантов № 1 и 4 приведены в таблице 1.


3.png


Расчёт энергопотребления при методе с фиксированной минимальной уставкой температуры конденсации отличался от приведённого расчёта порядком определения расчетной разности температур в конденсаторе. Поскольку конденсаторы, как правило, подбираются с запасом, то при расчетной нагрузке на конденсатор расчетная разность температур в нём меньше разности температур по данным завода-изготовителя теплообменного оборудования. Для нахождения реальной температуры конденсации в расчёте используется минимальная разность температур между температурой конденсации и температурой окружающего воздуха, полученная по расчетной нагрузке. Полученные с учетом этого данные приведены в таблице 1 для вариантов № 2 и 3. Вариант №2 принимается за базовый как самый распространенный способ регулирования давления конденсации, потенциал экономии электроэнергии рассчитывается относительно этого варианта.


Как видно из таблицы 1, при уставке +10⁰С, потребление электроэнергии вентиляторами конденсатора является максимальным, а компрессоров – минимальным. Но в этом случае величина экономии электроэнергии составляет 46,06 % и является максимальной по отношению с другими случаями.


Если возвращаться к вопросу что эффективнее: применение «плавающей» температуры конденсации или фиксированной минимальной уставки, то сравнивая варианты 3 и 4 получается, что потребление электроэнергии при минимальной фиксированной уставке температуры конденсации на 1,52 % меньше, чем при использовании «плавающей» температуры конденсации.


Данный расчет подтверждает данные полученные другим методом и с другим оборудованием (см. статья "О "плавающем" давлении конденсации" автор Солодкий А.А. в выпуске ХТ№12 за 2012г.).


С одной стороны, разница в 1,52 % между двумя методами снижения энергопотребления незначительна и укладывается в допустимую погрешность, однако следует отметить один немаловажный факт – при использовании «плавающей» температуры конденсации требуется установка контроллера со специальным алгоритмом работы, позволяющим реализовать данную функцию.


На основании этих данных можно сделать вывод, что для повышения энергоэффективности работы холодильного оборудования путем регулирования давления конденсации нет необходимости использовать дополнительное оборудование в виде контроллера со специальным алгоритмом и дополнительным датчиком температуры. Применение метода фиксированной минимальной уставки позволяет получить такую же экономию электроэнергии за счет устройств, которыми стандартно оснащается холодильная установка.


Статья опубликована в журнале "Холодильная техника" № 11 за 2013 год.

Теги: энергоэффективность, энергосбережение, магазиностроение, холодильное оборудование Авторы: Талызин Максим Сергеевич, Солодкий Артем Анатольевич   |   17 Апреля 2015
Комментарии 0

Комментариев пока нет