Практическое применение энтропийно - статистического метода анализа (ЭСМА) холодильных циклов

Актуальность работ по совершенствованию методов анализа работы холодильных систем определяется необходимостью сравнения холодильных установок с различными компонентами и хладагентами. Применение различных хладагентов и компонентов ведет к необходимости учета некоторых особенностей при проектировании холодильных систем. ЭСМА позволяет сравнить потери в различных компонентах холодильной системы и выявить элементы, требующие проведения мероприятий по увеличению эффективности их работы.


Критерием при сравнении эффективности работы холодильных машин традиционно является холодильный коэффициент ε, с помощью которого не всегда возможно провести оптимизацию работы холодильной системы на стадии проектирования.


Полнее эффективность цикла холодильной машины оценивается по степени его термодинамического совершенства ηтерм, представляющего собою отношение минимально необходимой удельной работы lmin для обеспечения массовой удельной холодопроизводительности q0 к действительной затрачиваемой удельной работе lдейств:

1.png

Основной проблемой, встающей перед конечным пользователем холодильного оборудования, является оценка результатов внедрения новых технических решений (более эффективные компрессоры, теплообменники, а также алгоритмы управления установкой).


Как правило, для решения этих задач используются показания счетчиков расхода электроэнергии. Однако измерение холодопроизводительности требует установки дополнительного оборудования (расходомера) и более точного измерения параметров работы холодильной установки. Но такой подход не позволяет определить «узкое» место холодильной системы.


Рассмотрим применение ЭСМА работы действительной холодильной системы до и после внедрения мероприятий по снижению энергопотребления с применением штатно устанавливаемого оборудования.


Проанализируем работу реальной холодильной машины, работающей по циклу, представленному на рис. 1, с хладагентом R404A.

рис 1.png

В настоящее время многие холодильные установки комплектуются системами мониторинга, позволяющими записывать в реальном времени параметры работы холодильной системы. Данные можно получить в виде таблиц или графиков. Рассмотрим применение ЭСМА при оптимизации работы холодильной установки и проведем ее анализ до оптимизации (Система 1, рис. 2) и после (Система 2, рис. 3). Холодильная установка располагается в г. Москва и предназначена для холодоснабжения девяти среднетемпературных потребителей супермаркета.

рис 2.png


рис 3.png


При работе системы до проведения оптимизации уставка температуры конденсации была фиксированной и составляла +35 ⁰С (измерения проводились в период с 03.11.2014 по 07.11.2014). Оптимизация работы системы заключалась в применении алгоритма «плавающей» температуры конденсации (измерения проводились с 07.11.2014 по 11.11.2014).


Из-за невозможности произвести все необходимые измерения штатными средствами были приняты следующие допущения:


 общий перегрев на линии всасывания принимался равным полезному и составлял 12 К;


 расчет потерь в испарителях производился на основании среднего значения температуры воздуха в охлаждаемых объемах, а не для каждого потребителя индивидуально;


 расчеты производились по средним значениям параметров реального холодильного цикла (температуры кипения, конденсации, наружного воздуха и в охлаждаемом объеме) табл. 1.


Значение адиабатного КПД принималось по данным программы производителя компрессоров Select 7.10, исходя из известной модели и режима работы


таблица 1.png


Параметры в узловых точках цикла определялись по программе Solkane 8.0 и представлены в табл. 2 и 3.


таблица 2.png


таблица 3.png


Расчет показателей цикла осуществлялся по следующим формулам:


Удельная массовая холодопроизводительность при температуре кипения q0:

2.png


Минимально необходимая удельная работа (электроэнергия) для генерации холода:

3.png


Адиабатная работа сжатия, рассчитанная по данным диаграммы, l ад.д:

4.png


Действительная затрачиваемая удельная работа сжатия lсж:

5.png


Степень термодинамического совершенства цикла ηтерм;

6.png


Холодильный коэффициент при адиабатном процессе сжатия:

7.png


Действительное значение холодильного коэффициента:

8.png


Определим удельную величину минимально необходимой работы для компенсации производства энтропии в основных рабочих процессах холодильной машины по следующим зависимостям:


Минимально необходимые затраты работы сжатия для компенсации производства энтропии в конденсаторе складываются из суммы минимально необходимых работ для компенсации производства энтропии при «сбиве» перегрева Δlпк и конденсации паров хладагента в конденсаторе Δlкк:

9.png


Необходимые минимальные удельные затраты работы сжатия для компенсации производства энтропии при дросселировании:

10.png


Необходимая минимальная работа сжатия для компенсации производства энтропии в испарителе при передаче теплоты q0 от охлаждаемого объекта в цикле при средней температуре воздуха в потребителях (кипение жидкого хладагента):

11.png


Необходимая минимальная работа сжатия для компенсации производства энтропии в испарителе при передаче теплоты q0 от охлаждаемого объекта в цикле при средней температуре воздуха в потребителях (перегрев хладагента в испарителе):

12.png


Общая необходимая минимальная работа сжатия для компенсации производства энтропии в испарителе:

13.png


Суммируя величины минимальных работ для компенсации производства энтропии во всех элементах холодильной машины, находим расчетную величину адиабатной работы сжатия:

14.png


Энергетические потери в компрессоре:

15.png


И расчетная работа сжатия:

16.png


Результаты расчетов систем приведены в табл. 4 и на рис. 4.


таблица 4.png


рис 4.png


Как видно из рис. 4, после проведения оптимизации работы системы (внедрение алгоритма «плавающей» температуры конденсации) удалось уменьшить потери в конденсаторе и регулирующем клапане, однако возросли потери в испарителе и компрессоре. При этом степень термодинамического совершенства ηтерм возросла на 33 %, а потребление электроэнергии по показаниям счетчиков электроэнергии уменьшилось на 36,7 %.


Выводы:


1. ЭСМА работы реальной холодильной системы позволяет отказаться от использования дорогостоящего оборудования. Системы мониторинга достаточно укомплектовать датчиками температур нагнетания и всасывания;


2. При анализе не принимаются во внимание абсолютные характеристики холодильной системы, такие как холодопроизводительность и фактическая нагрузка на холодильное оборудование, но остается возможность оптимального проектирования и настройки работы системы;


3. Результаты ЭСМА позволяют выявить элементы холодильной системы, показатели работы которых можно улучшить, тем самым делая процесс настройки оборудования наглядным;


4. ЭСМА, позволяет проектировать более эффективные холодильные системы.


Литература:


1. Архаров А.М., Шишов В.В. Энтропийно-статистический анализ классических холодильных циклов для систем кондиционирования // Холодильная техника. 2011. № 7.;


2. Архаров А.М., Шишов В.В. Энтропийно-статистический анализ классических холодильных циклов для систем кондиционирования (цикл с экономайзером) // Вестник МГТУ. Машиностроение. 2012. № 8.


3. Архаров А.М., Шишов В.В. Анализ низкотемпературных холодильных циклов с помощью энтропийно-статистического анализа // Холодильная техника. 2014. № 8.


4. Шишов В.В. Энтропийно-статистический анализ классических холодильных циклов для систем кондиционирования //Вестник МГТУ. Машиностроение. 2012. № 8.


5. Шишов В. В. Рекомендации по температурным напорам//Холодильная техника. 2014. № 9.


6. Шишов В. В., Талызин М. С. Температурный напор в конденсаторах с воздушным охлаждением// Холодильная техника. 2014. № 9.


Статья опубликована в журнале "Холодильная техника" №3 за 2015 год (здесь публикуется в авторской редакции).

Теги: энергоэффективность, энергосбережение, холодильное оборудование, магазиностроение Авторы: Шишов Виктор Викторович, Талызин Максим Сергеевич   |   20 Апреля 2015
Комментарии 0

Комментариев пока нет