ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7389| Title: | Модифікація абсорбційної холодильної машини шляхом інтеграції її з таплонасосною установкою та сонячним колектором |
| Authors: | Беспалько, Сергій Анатолійович Кривчун, Вадим Сергійович |
| Keywords: | абсорбційна машина;теплонасосна установка |
| Issue Date: | 30-Jan-2025 |
| Abstract: | Об'єктом дослідження кваліфікованої роботи магістра є абсорбційні холодильні машини (АХМ) з вбудованою теплонасосною установкою і сонячними колекторами. Мета кваліфікаційної роботи магістра є розрахунково-експериментальне дослідження термодинамічної ефективності включення теплонасосної установки та сонячних колекторів до складу абсорбційної холодильної машини та застосування таких установок у системах централізованого кондиціонування. В результаті виконання роботи було: 1. Розроблено теплотехнічні основи для проєктування комплексу централізованого кондиціонування на базі промислової АХМ, для теплопостачання генератора якої використовується ТНУ і сонячні колектори (СолКол); 2. Створено дослідний стенд на основі абсорбційного холодильника і ТНУ когенераційного призначення (спільне виробництво теплоти і холоду), в якому електронагрівач генератора АХМ необхідно замінити фреоновим підігрівачем від ТНУ, і отримання експериментальних даних. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7389 |
| Appears in Collections: | 144 Теплоенергетика (Теплоенергетика) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| кривчун.pdf Restricted Access | 2.46 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра Енерготехнологій
„ЗАТВЕРДЖУЮ”
Завідувач кафедри Енерготехнологій
_______________ Геннадій КАЛЕЙНІКОВ
“___” ___ 2024 р.
МАГІСТЕРСЬКА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
на тему:
«МОДИФІКАЦІЯ АБСОРБЦІЙНОЇ ХОЛОДИЛЬНОЇ МАШИНИ
ШЛЯХОМ ІНТЕГРАЦІЇ ЇЇ З ТЕПЛОНАСОСНОЮ
УСТАНОВКОЮ ТА СОНЯЧНИМ КОЛЕКТОРОМ»
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
код роботи МКР 24.144.96 ПЗ
Спеціальність 144 - Теплоенергетика
Виконавець роботи:
_________________________ Кривчун Вадим Сергійович _________________________
(підпис, дата)
Науковий керівник:
_________________Беспалько С.А., к.т.н., доц._______________________
(підпис, дата)
Рецензент:
__________________________________________________________
(підпис, дата)
Черкаси, 2024 р.
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра енерготехнологій
„ЗАТВЕРДЖУЮ”
Завідувач кафедри Енерготехнологій
________________ Геннадій КАЛЕЙНІКОВ
“____” _____ 2024 р.
ЗАВДАННЯ
до магістерської кваліфікаційної роботи____ Кривчун Вадим Сергійович _______________
(прізвище, ім’я та по-батькові студента)
1. Тема «Модифікація абсорбційної холодильної машини шляхом інтеграції її з теплонасосною
установкою та сонячним колектором»
затверджена наказом ректора університету від “____”____. 2024 р., №__________
2. Термін здачі студентом завершеної роботи __10.12.2024____________________________
3. Вихідні дані: __ абсорбційні холодильні машини (АХМ) з вбудованою теплонасосною
установкою і сонячними колекторами.
4. Перелік питань, які повинні бути розроблені в роботі: проблеми та перспективи
впровадження абсорбційних холодильних машин; аналіз енергетичної ефективності включення
теплонасосної установки та сонячних колекторів до складу абсорбційних холодильних машин у
системах централізованого кондиціонування; дослідження термодинамічної ефективності та
вибір робочої речовини тну у складі ахм; створення експериментального стенда ахм - тну та
аналіз режимів його роботи.
5. Перелік графічного матеріалу: тема роботи, схема і робочий цикл одноступеневої
холодильної машини; система холодопостачання №1; одноступенева ахм із вбудованою
теплонасосною установкою та сонячними колекторами; технічні характеристики блоку
централізованого кондиціювання ахм-тну-солкол; основні параметри та характеристики
робочих речовин для розрахунку циклу парокомпресійної високотемпературної теплонасосної
установки; залежність коефіцієнта перетворення регенеративних циклів на різних рв від
температури на вході в компресор; залежність ексергетичного ккд циклу на різних рв від
температури на вході в компресор; принципова схема холодильника "іней" аш-120; технічні
характеристики холодильника "іней" аш-120; схема підключення термопар; гідравлічна схема
дослідного комплексу; загальний вигляд дослідного комплексу; схема вимірювання робочих
режимів комплексу; характеристика геометричної структури основних елементів робочої
поверхні випарника.
6. Консультанти з роботи з зазначенням розділів роботи, які їх стосуються
Підпис, дата
Розділ Консультант завдання видав завдання прийняв
Розділи 1-3 Калейніков Г.Е.
ОП та безпека в НС Цікановський В.Л.
7. Дата видачі завдання “_____”______. 2024 р.
Керівник _____________________
Завдання прийняв до виконання _________________
РЕФЕРАТ
Кваліфікаційна робота магістра Кривчуна Вадима Сергійовича на тему
«Модифікація абсорбційної холодильної машини шляхом інтеграції її з
теплонасосною установкою та сонячним колектором» містить 98 сторінок
текстового документа, 43 використаних джерел, 27 малюнків.
Керівник – Беспалько С.А. к.т.н., доц.
Об'єктом дослідження кваліфікованої роботи магістра є абсорбційні
холодильні машини (АХМ) з вбудованою теплонасосною установкою і сонячними
колекторами.
Мета кваліфікаційної роботи магістра є розрахунково-експериментальне
дослідження термодинамічної ефективності включення теплонасосної установки
та сонячних колекторів до складу абсорбційної холодильної машини та
застосування таких установок у системах централізованого кондиціонування.
В результаті виконання роботи було:
1. Розроблено теплотехнічні основи для проєктування комплексу
централізованого кондиціонування на базі промислової АХМ, для
теплопостачання генератора якої використовується ТНУ і сонячні колектори
(СолКол);
2. Створено дослідний стенд на основі абсорбційного холодильника і ТНУ
когенераційного призначення (спільне виробництво теплоти і холоду), в якому
електронагрівач генератора АХМ необхідно замінити фреоновим підігрівачем від
ТНУ, і отримання експериментальних даних.
ЗМІСТ
ВСТУП ...................................................................................................................................... ……..5
РОЗДІЛ 1. ПРОБЛЕМИ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ВПРОВАДЖЕННЯ АБСОРБЦІЙНИХ
ХОЛОДИЛЬНИХ МАШИН ................................................................................................. ……..8
1.1 Розвиток і номенклатура сучасних АХМ ..................................................................... ……..9
1.2 Застосування АХМ та основні їхні переваги ............................................................... …….10
1.3 Різновиди АХМ ............................................................................................................... ……..11
1.4 Принципова схема АХМ та її основні параметри ....................................................... ……..11
1.4.1 Принципова схема АХМ та її робочий цикл ............................................................. …….11
1.5 Основні системи теплопостачання генератора АХМ, їхні переваги та недоліки ……….13
1.5.1 Теплопостачання генератора АХМ за допомогою вихідних газів котла утилізатора ГТУ 15
1.5.2 Теплопостачання генератора АХМ теплофікаційною водою .................................. ……..19
1.5.3 Теплопостачання генератора АХМ нагрітою водою від сонячних колекторів
(абсорбційна геліохолодильна установка) ……………………………………………………...20
РОЗДІЛ 2. АНАЛІЗ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ВКЛЮЧЕННЯ ТЕПЛОНАСОСНОЇ
УСТАНОВКИ ТА СОНЯЧНИХ КОЛЕКТОРІВ ДО СКЛАДУ АБСОРБЦІЙНИХ
ХОЛОДИЛЬНИХ МАШИН У СИСТЕМАХ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО КОНДИЦІОНУВАННЯ..23
2.1 Постановка завдання ...................................................................................................... ……..24
2.2 Аналіз схемного рішення із застосуванням одноступеневої АХМ на гарячій воді………24
2.3 Аналіз схемного рішення із застосуванням двоступеневої АХМ на гарячій воді ……….32
2.4 Порівняння ефективності систем з різними джерелами теплоти для потреб генератора
АХМ на основі розрахунку витрат умовного первинного палива……………………………..38
РОЗДІЛ 3. ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕРМОДИНАМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ТА ВИБІР РОБОЧОЇ
РЕЧОВИНИ ТНУ У СКЛАДІ АХМ………………………………………………………..........43
3.1 Особливості високотемпературних ТНУ ..................................................................... …….44
3.2 Алгоритм методики порівняння ефективності циклу ТНУ на різних РВ ………………..45
3.3 ТНУ та їхня методика розрахунку. ............................................................................... …….47
3.4 Основні вимоги до робочої речовини в ТНУ ............................................................... …….50
3.5 Результати розрахунків .................................................................................................. ……..52
РОЗДІЛ 4. СТВОРЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА АХМ - ТНУ ТА АНАЛІЗ
РЕЖИМІВ ЙОГО РОБОТИ …………………………...................................................................57
4.1 Оснащення абсорбційного холодильника системою вимірювання та аналіз показників його
робочих режимів ……………………………................................................................................58
4.1.1 Технічні характеристики холодильного агрегату "Іней-120"………………………….. 58
4.1.2 Автоматизована система вимірювання температур ................................................. ……61
4.1.3 Автоматизована система вимірювання потужності навантаження холодильника …….62
4.1.4 Результати випробувань абсорбційного холодильника "Іней-120" …………………….64
4.2 Технічна характеристика основних вузлів і апаратів дослідного комплексу АХМ і ТНУ 66
4.3 Технічна характеристика ТНУ у складі дослідного комплексу ................................. ……..68
Розділ 5 БЕЗПЕКА ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ТА ОХОРОНА ПРАЦІ……………………………75
ВИСНОВОК ......................................................................................................................... ……..95
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ ..................................................................................................... ……..96
МКР 24.144.93 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Кривчун Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Беспалько Зміст
Реценз. магістерської роботи
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-35
Затверд. Калейніков
ВСТУП
Значна частина всієї енергії, що виробляється у світі, використовується з
метою охолодження, як для зберігання різного виду продуктів, так і для створення
комфортних умов у житлових і робочих приміщеннях. Потреба в системах
кондиціонування достатньої потужності стає найбільш гострою в місцях зі
спекотнішим кліматом і, особливо, в літній час, коли сонячна активність
максимальна. Висока температура навколишнього середовища погіршує умови
роботи систем компресійного типу, значно знижує їхню енергоефективність і
надійність роботи.
У цих умовах актуальним стає використання різних видів автономних
холодильних установок, наприклад, таких як абсорбційні холодильні машини
(АХМ).
Автономні холодильні установки абсорбційного типу мають низку переваг,
таких як простота, низька вартість, екологічна безпека, можливість використання
як джерела теплоти (для постачання генератора) різних джерел техногенного або
природного походження.
Вибір об'єктом досліджень абсорбційних холодильних машин (АХМ) з
вбудованою теплонасосною установкою і сонячними колекторами зумовлений
необхідністю розв'язання низки технічних, економічних і теплофізичних проблем
під час розроблення систем охолодження та кондиціювання.
Основними технічними проблемами широкого застосування АХМ є:
1) Необхідність забезпечення тепловою енергією генератора потужністю в
кілька сот кіловат. Для покриття такої потужності необхідна наявність
спеціальних пристроїв для виробництва або утилізації теплової енергії.
Проблеми забезпечення АХМ паливним пристроєм спалювання та
відповідними комунікаціями, залежність абсорбційної машини від безперервного
потоку високотемпературного газу, сезонне вимкнення теплофікаційних
навантажень, саме в літні дні, коли багаторазово зростає потреба в
кондиціонуванні.
2) Низький холодильний коефіцієнт при високому споживанні теплової або
електричної енергії (0.6-0.85 для поширених АХМ).
3) Велике відведення теплоти в навколишнє середовище і, як наслідок, високі
холодопродуктивності градирні та великі капітальні витрати.
Усі ці перераховані чинники обмежують рамки широкого застосування і
конкурентоспроможності АХМ на ринку холодильного обладнання.
Пропоноване технічне рішення про включення до складу АХМ
теплонасосної установки є оригінальним. Порівняно з найпоширенішими
системами компресійного кондиціювання, АХМ у складі з ТНУ і сонячними
колекторами має такі незаперечні переваги: вищий холодильний коефіцієнт, вища
надійність (компресор, найбільш дорогий вузол у системі, за підвищених
температур довкілля працює з перевантаженням і часто виходить з ладу). У
періоди максимального навантаження кондиціонування внесок сонячних
колекторів збільшується і дає змогу ще більше підвищити загальну енергетичну
ефективність комплексу. Застосування ТНУ як базової основи теплопостачання
генератора АХМ забезпечує істотне підвищення холодильного коефіцієнта всього
комплексу і зниження холодопродуктивності градирні, а отже зменшення витрат
на основне обладнання.
Дана робота є актуальною з погляду підвищення енергетичної ефективності
АХМ у разі використання комплексу абсорбційна холодильна машина,
теплонасосна установка та сонячні колектори.
Метою роботи є розрахунково-експериментальне дослідження
термодинамічної ефективності включення теплонасосної установки та сонячних
колекторів до складу абсорбційної холодильної машини та застосування таких
установок у системах централізованого кондиціонування.
Для досягнення цієї мети було поставлено такі завдання:
1. Розробка теплотехнічних основ для проєктування комплексу
централізованого кондиціонування на базі промислової АХМ, для
теплопостачання генератора якої використовується ТНУ і сонячні колектори
(СолКол);
2. Створення дослідного стенда на основі абсорбційного холодильника і ТНУ
когенераційного призначення (спільне виробництво теплоти і холоду), в якому
електронагрівач генератора АХМ необхідно замінити фреоновим підігрівачем від
ТНУ, і отримання експериментальних даних.
Наукова новизна:
1) уперше представлено розрахунковий доказ високої енергетичної
ефективності комплексу АХМ-ТНУ-СолКол у широкому діапазоні робочих
параметрів;
2) уперше розроблено рекомендації та пропозиції щодо вибору робочих
речовин для високотемпературних теплових насосів (ВТН), зроблені на основі
методики порівняння їхньої термодинамічної ефективності;
3) уперше отримано результати теплотехнічних випробувань основних
апаратів експериментального стенда АХМ-ТНУ на традиційній робочій
речовині (РР) R22, а також на сумішевому РР R407c.
Отримані в роботі результати можуть бути використані під час проєктування
нового покоління холодильних машин, що працюють у системі холодопостачання
житлових і промислових будівель, а також технологічних об'єктів різного
призначення.
РОЗДІЛ 1. ПРОБЛЕМИ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ВПРОВАДЖЕННЯ
АБСОРБЦІЙНИХ ХОЛОДИЛЬНИХ МАШИН
МКР 24.144.93 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Кривчун Проблеми та перспективи Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Беспалько впровадження абсорбційних
Реценз. холодильних машин
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-35
Затверд. Калейніков
РОЗДІЛ 1. ПРОБЛЕМИ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ВПРОВАДЖЕННЯ
АБСОРБЦІЙНИХ ХОЛОДИЛЬНИХ МАШИН
1.1 Розвиток і номенклатура сучасних АХМ
Розробка і перші застосування холодильних абсорбційних установок
датуються початком 19-го століття. Саме в 19-му столітті було зроблено помітний
стрибок у галузі виробництва холоду. У 1834 р. у Британії Якоб Перкінс [1]
сконструював першу парокомпресійну холодильну установку й одержав патент на
"Апарат для виробництва холоду та охолодження рідин", як теплоносій було
використано етиловий ефір. У 1850 р. уперше було отримано штучний лід із
використанням технології компресійного циклу, холодильний апарат був
створений і запатентований Твінінгом [2].
Аналіз світової практики показує, що в останні десятиліття різко зріс попит
на абсорбційні холодильні машини для отримання охолодженої води. Про це
свідчить зростання їхнього виробництва у світі та розширення країн виробників.
За даними, наведеними в огляді Міжнародного енергетичного агентства (IЕА), у
1999 р. у світі було виготовлено близько 12000 абсорбційних холодильних машин
(АХМ) середньої та великої потужності (холодопродуктивністю 350...6000 кВт), а
в 2001 р. їхнє світове виробництво сягнуло 15000, причому основний приріст
припадає на Китай, Південну Корею та Індію [11].
Широке застосування АХМ у світі пояснюється їхньою високою
економічною ефективністю, екологічною чистотою, мінімальним споживанням
дорогої електроенергії, безшумністю під час роботи, тривалим терміном служби.
Робочою речовиною АХМ є вода, а абсорбентом - водний розчин (бромистого
літію, аміаку та ін.), нетоксичної та пожежовибухобезпечної речовини.
Більша частина фірм з виробництва АХМ на ринку - європейські (французькі,
італійські, чеські та ін.) і азіатські (китайські, японські та ін.):
1) Європейські: Ciat (Франція), RC Group (Італія), Airwell (Франція),
Clivet (Італія), Wesper (Франція, підрозділ McQuay), Bluebox (Італія), Aermec
(Італія), KTK (Італія), Lennox (США), Sabina (Італія), Clivet (Італія), Lessar
(Чехія) та інші;
2) Азіатські: Broad (Китай), Shuang-liang (Китай), Sanyo (Японія), Hitachi
(Японія), Century (Ю. Корея), LS AIR (Ю. Корея), Txermax (Індія) та інші.
Таблиця 1.1 - Основні розміри та номінальні параметри холодильних
машин "Lessar"
Показник Типи холодильних машин
LUC- LUC- LUC-S LUC- LUC-
HWAR-L 2AB SW DWH
Холодопродуктивність, кВт 100-4000 250-4500 150-5270 350-5270 170-5270
Температура охолоджуваної води, °С 13/8 12/7 12/7 12/7 12/7
Температура охолоджувальної води, °С 31/36.5 31/36.5 32/39.4 32/37.5 32/37.2
Гріюче середовище Вода Вода Пар Пар Паливо
Температура води, що гріє,°С, або 95/80 95/55 0,15 0,8 -
абсолютний тиск пари, МПа
Тепловий коефіцієнт 0,83 0,86 0,86 1,3 1,3
Питома витрата природного газу на - - - - 90
вироблення холоду, м /МВт3
1.2 Застосування АХМ та основні їхні переваги
Отримувані за допомогою холодильних машин помірно низькі температури
використовуються в різних галузях народного господарства: у харчовій
промисловості та сільському господарстві під час заготівлі та перероблення
швидкопсувної сировини, виробництві та зберіганні харчових продуктів; у
хімічній і нафтопереробній промисловості під час виробництва штучного
волокна, пластмас, спирту, каучуку тощо; у медичній, фармацевтичній та
біологічній промисловості під час виробництва та зберігання ліків і біологічних
продуктів; у виробничих, адміністративних та інших галузях.
Основні переваги АХМ розглянемо на прикладі машин "Lessar":
- Широкий модельний ряд продуктивністю від 100 до 5300 кВт;
- Регулювання холодопродуктивності від 10 до 100%;
- Підтримка оптимальної продуктивності при частому навантаженні;
- Низьке споживання електричної енергії (АХМ, що працює на гарячій воді,
холодопродуктивністю 1500 кВт споживає всього 3,8 кВт*год електроенергії, тоді
як традиційні системи холодопостачання на базі парокомпресійних машин на ту
саму холодильну потужність споживає від 350 до 500 кВт*год);
- Можливість отримання холоду в літній період і тепла в зимовий період
в АХМ;
- АХМ має низькі рівні шуму і вібрації за рахунок відсутності
рушійних частин, тому що в АХМ немає компресора. Число відмов роботи
АХМ зводиться до нуля;
- Відсутність високого тиску в холодильному контурі;
- Екологічно безпечні. Холодоагентом є звичайна вода;
- Висока надійність і простота обслуговування;
- Тривалий термін служби;
1.3 Різновиди АХМ
В АХМ робочою речовиною (холодоагентом) є вода, абсорбентом - нелеткий
і нетоксичний водний розчин (наприклад, солі бромистого літію).
Залежно від теплоносія і його параметрів, який нагріває водний розчин у
генераторі, АХМ поділяються на основні типи:
- одноступенева абсорбційна холодильна машина на гарячій воді;
- двоступенева абсорбційна холодильна машина на гарячій воді;
- одноступенева абсорбційна холодильна машина на парі;
- двоступенева абсорбційна холодильна машина на парі;
- принципова двоступенева абсорбційна холодильна машина прямого
горіння (на природному газі).
1.4 Принципова схема АХМ та її основні параметри
Надалі розглядатимемо й аналізуватимемо АХМ на гарячій воді, оскільки ця
машина найпростіша в конструкції і на її прикладі розглянемо робочий цикл і
параметри.
1.4.1 Принципова схема АХМ та її робочий цикл
На рисунку 1.6 зображено принципову схему одноступеневої АХМ
1-редукційний вентиль; 2- випарник; 3- абсорбер; 4- насос; 5- генератор; 6-
конденсатор; 7- редукційний вентиль; Т2<TII<T1
Рисунок 1.6 Схема одноступеневої холодильної машини
У повітряних, парокомпресійних і пароежекторних холодильних машинах
стиснення холодильного агента здійснюється механічним компресуванням.
В абсорбційній холодильній машині підвищення тиску робочого тіла
досягається термохімічною компресією, для чого потрібна витрата теплоти за
температури, вищою за температуру навколишнього середовища.
Робочою речовиною в абсорбційній машині слугує розчин двох повністю
розчинних одна в одній речовин із різко різними температурами кипіння. При
цьому легкокипляча речовина є холодильним агентом, а речовина з більш
високою температурою кипіння - абсорбентом. Як відомо, температура кипіння
бінарного розчину за заданого тиску залежить від концентрації розчину.
Пар високої концентрації утворюється внаслідок кипіння рідини малої
концентрації в парогенераторі 1 за тиску р2 вищого, ніж тиск у випарнику та
абсорбері. Для випаровування рідини до генератора підводиться теплота qген при
температурі tгeн ,> tкип і t' довкілля за такого тиску і такої концентрації.
Пара високої концентрації надходить у конденсатор 2, де конденсується,
віддаючи теплоту qкон охолоджувальній воді, що має температуру t'.
Рідина високої концентрації, що утворилася, дроселюється від р2 до р1 . Під
час дроселювання температура рідини знижується до температури нижчої, ніж
температура в охолоджуваному приміщенні.
Після цього рідина надходить у випарник 4, що знаходиться в
охолоджуваному приміщенні. Унаслідок того, що температура рідини менша за
температуру охолоджуваного приміщення, рідина випаровується, поглинаючи
теплоту q приміщення. Пара, що утворюється при цьому, з температурою t1 і
тиском р1 надходить із випарника до абсорбера 5, де абсорбується при
температурі t'> t1, віддаючи теплоту абсорбції q2 охолоджувальній воді.
Під час кипіння рідини в генераторі концентрація холодильного агента в
рідині знижується, а в абсорбері внаслідок поглинання концентрованої пари,
навпаки, підвищується. Щоб підтримати незмінну концентрацію в обох апаратах,
здійснюється циркуляція рідини за допомогою насоса 6 або природним шляхом
внаслідок різниці густини розчинів різної концентрації.
Під час руху з генератора в абсорбер рідина дроселюється регулювальним
вентилем.
На рисунку 1.8 зображено робочий цикл одноступеневої АХМ на діаграмі
Дюрінга
Рисунок 1.8 - Процес на P-t-ξ- діаграмі водного розчину (на прикладі
розчину бромистого літію)
1-2- процес абсорбції в абсорбері.
Розчин абсорбенту з концентрацією близько 64% (точка 1) абсорбує пари
холодоагенту, що надходять із випарника в міру того, як його охолоджують до
температури 40°С охолоджувальною водою, потім розчин абсорбенту стає
розбавленим із концентрацією 57,5% (точка 2).
Тиск між точками 1 і 2 становить 0,92 кПа, що еквівалентно тиску насичених
парів води за температури 5°С, отже, у випарнику може бути отримано
охолоджену воду з температурою 8°С.
2-3- процес підвищення температури розведеного розчину у
теплообміннику
Розбавлений розчин отримує теплоту від концентрованого розчину, що йде з
генератора, тим самим його температура піднімається до 28°С, що відповідає
параметрам точки 3.
3-4-5- процес нагріву і концентрування розведеного розчину в теплообміннику
Слабкий розчин від точки 3 нагрівається до точки 4 теплотою, що
підводиться в генераторі від гарячої води. Після чого слабкий розчин нагрівається
далі доти, доки з нього не звільниться пара холодоагенту. Отже, він стає
концентрованим розчином із концентрацією близько 64% у точці 5.
5-6- процес зниження температури концентрованого розчину в абсорбері.
Концентрований розчин віддає теплоту слабкому розчину, що надходить з
абсорбера, його температура знижується до 13°С - точка 6.
6-1 процес зниження температури концентрованого розчину в абсорбері.
Концентрований розчин (точка 6) надходить в абсорбер і охолоджується
охолоджувальною водою, коли він досягає точки 1, починається поглинання парів
холодоагенту. Цикл замикається.
1.5 Основні системи теплопостачання генератора АХМ, їхні
переваги та недоліки
З вищевикладених розділів випливає, що холодильні машини абсорбційного
типу (АХМ) широко представлені на ринку устаткування і систем
централізованого кондиціонування. Установки, вироблені в даний час, досить
надійні та ефективні, мають високий рівень автоматизації контролю і управління
режимами роботи, не видають шуму і вібрації, не вимагають постійного нагляду і
присутності фахівців, а технічне обслуговування зазвичай обмежується лише
перевіркою систем і загальним оглядом.
Основною технічною проблемою їхнього широкого застосування є
необхідність забезпечення тепловою енергією генератора потужністю в кілька
сотень кіловат. Для цієї мети необхідна наявність спеціальних пристроїв для
виробництва або утилізації теплової енергії: котлів, що працюють на первинному
паливі; котлів-утилізаторів вихідних газів [17-19]; теплообмінників на лініях
теплофікаційного постачання [20]; сонячних колекторів [21, 22] або
електронагрівачів. Зрозуміло, що використання електричного підігріву є найбільш
витратним способом.
Проблеми забезпечення АХМ паливним пристроєм спалювання та
відповідними комунікаціями, залежність абсорбційної машини від безперервного
потоку високотемпературного газу, сезонне вимкнення теплофікаційних
навантажень, саме в літні дні, коли багаторазово зростає потреба в кондиціюванні,
- усі ці перелічені чинники обмежують рамки широкого застосування та
конкурентоспроможності АХМ на ринку холодильного обладнання.
1.5.1 Теплопостачання генератора АХМ за допомогою вихідних газів
котла утилізатора ГТУ
Теплопостачання генератора за допомогою відхідних газів широко вивчено в
патентах на винахід і корисну модель [17-19], а також згадуються в різних
наукових працях. Розглянемо деякі такі схеми, в яких АХМ працює як для
власних потреб ГТУ, так і для відпуску холоду споживачеві.
На рисунку 1.10 схематично показано комбіновану теплохолодоенергетичну
установку, в якій теплопостачання генератора здійснюється за допомогою газів
котла утилізатора ГТУ, що йдуть.
Рисунок 1.10 - Система холодопостачання №1 (теплопостачання
генератора за допомогою вихідних газів котла утилізатора ГТУ)
Вона містить абсорбційну холодильну машину (АХМ) з кип'ятильником 1 і
випарником 2, сполученим зі споживачем 3 холоду, а також циркуляційний
газовий контур, у якому встановлено компресор 4, камеру згоряння 5, газову
турбіну 6, паровий котел 7, двосмуговий напірний економайзер 8, регенеративний
теплообмінник 9, сепаратор 10 крапельної вологи, турбодетандер 11 і холодильна
камера 12, причому паровий котел 7 з'єднаний із другою порожниною 13
напірного економайзера 8, а до лінії 14 їхнього зв'язку включено парову турбіну
15 і конденсатор 16 відпрацьованої пари.
Крім цього, на кресленні показано електрогенератор 17, розміщений на
одному валу з компресором 4 і газовою турбіною 6, електрогенератор 18,
розміщений на одному валу з турбодетандером 11, споживач 19 тепла і вихлоп 20,
а також електрогенератор 21, розміщений на одному валу з паровою турбіною 15.
Установка працює таким чином.
Навколишнє повітря засмоктується компресором 4 і нагнітається в камеру
згоряння 5, до якої одночасно подають газове або рідке паливо, Гази, що
утворюються в результаті згоряння палива, з високими температурою та тиском
надходять до газової турбіни 6, яка обертає компресор 4 і електрогенератор 17. З
газової турбіни 6 гази надходять до парового котла 7, потім до напірного
економайзера 8 і далі до регенеративного теплообмінника 9, у якому
охолоджуються до температури конденсації водяної пари, що міститься в газах.
Відділення краплинної вологи відбувається в сепараторі 10. Осушені гази
надходять у турбодетандер 11, у якому за рахунок вироблення електроенергії в
електрогенераторі 18 знижують свою температуру до від'ємних значень. Після
нагрівання газів у холодильній камері 12 вони викидаються через вихлоп 20 і
регенеративний теплообмінник 9 в атмосферу. Отримана в паровому котлі 7 пара
надходить у парову турбіну 15, яка обертає електрогенератор 21. Відпрацьовану
пару частково використовують для нагріву і випарювання бінарного розчину в
кип'ятильнику 1 абсорбційної холодильної машини, а решта відпрацьованої пари
скраплять у конденсаторі 16, нагріваючи воду, яку направляють до споживача 19
тепла. Утворений конденсат з конденсатора 16 по лінії 14 і кип'ятильника 1
надходить у другу порожнину 13 напірного економайзера 8, з якого прямує до
парового котла 7. Випарник 2 абсорбційної холодильної машини зі своїм
споживачем 3 холоду під'єднаний паралельно до холодильної камери 12 газового
контуру, для використання надлишків холоду, вироблених в абсорбційній
холодильній машині або в холодильній камері 12. Можливе також послідовне
з'єднання холодильної камери 12 і випарника 2 зі своїм споживачем холоду 3.
Основними перевагами такого схемного рішення є його економічна
ефективність, що виражається у збільшенні виробництва електроенергії за тієї
самої витрати палива в камері згоряння установки відносно традиційної схеми
ГТУ, а також додатковий виробіток теплоти та холоду для сторонніх споживачів.
На рисунку 1.11 схематично показано комбіновану теплохолодоенергетичну
установку, в якій теплопостачання генератора здійснюється за допомогою
вихідних газів котла утилізатора ГТУ.
Рисунок 1.11 - Система холодопостачання №2 (теплопостачання
генератора за допомогою вихідних газів котла утилізатора ГТУ)
Газотурбінна установка містить повітряний компресор 1, забезпечений
охолоджувачем повітря 10, холодильник 9 якого включено до циркуляційного
контуру холодоагенту, що охолоджується абсорбційною холодильною
машиною (АХМ) 7, і сполучений із камерами згоряння ГТУ 2, сполученими з
газовою турбіною 3, забезпеченою газоходом 4 із вбудованим у нього
теплосприймальним елементом АХМ 5, теплосприймальний елемент
виконаний у вигляді теплообмінника з проміжним теплоносієм, частина, що
нагрівається, розміщена в газоході в потоці газів, що відходять, у зоні, де
температура не нижче 130°С при температурі кипіння проміжного теплоносія
не нижче 130°С, а частина теплообмінника, що охолоджується, розміщена
всередині кип'ятильника АХМ 6, де температура не нижче 150°С при
температурі кипіння проміжного теплоносія не нижче 130°С, а охолоджувана
частина теплообмінника розміщена усередині кип'ятильника АХМ 6, при
цьому в якості холодоагенту використовують тосол, або розсоли, або фреони.
Крім того, ГТУ забезпечена повітряним фільтром 11, електрогенератором 12 і
циркуляційним насосом 8.
ГТУ згідно з винаходом, працює таким чином.
Повітря (потік I) проходить через фільтр 11 і звільняється від механічних
домішок, потім надходить до охолоджувача 10, де охолоджується холодильником
9, вбудованим у циркуляційний контур холодоагенту (потоки IV-V), що
охолоджується абсорбційною холодильною машиною 7. Охолоджене повітря
надходить у компресор 1. Завдяки підвищенню питомої маси повітря під час його
охолодження збільшується масова продуктивність компресора 1. Відповідно до
цього, збільшується маса повітря, що надходить до камер згоряння 2, що дає
змогу збільшити їхню теплопродуктивність.
Продукти згоряння надходять із камер згоряння 2 у газову турбіну 3. Потім
гази, що відходять (потік III), відводяться через газохід 4, у який вбудовано
нагрівальну частину теплосприймального елемента 5, що, по суті є частиною
утилізатора тепла відхідних газів ГТУ, виконаного у вигляді абсорбційної
холодильної машини 7, у кип'ятильник 13 якої вбудовано охолоджувану частину 6
теплосприймального елемента, що охолоджується
5. Таким чином, тепло газів, що відходять (потік III), перетворюється на
холод, який передається циркулюючому холодоагенту (потоки IV і V), що
спрямовується насосом 8 у холодильник 9 охолоджувача повітря 10.
Технічним результатом, на досягнення якого спрямовано винахід, є
економічна ефективність, що виражається у збільшенні виробництва
електроенергії за тієї самої витрати палива в камері згоряння установки відносно
традиційної схеми ГТУ, а також експлуатаційна готовність та адаптація установки
до умов енергопостачання споживачів електроенергії.
Недоліком цих та інших відомих установок є необхідність їхнього
забезпечення паливним пристроєм спалювання та відповідними комунікаціями, а
також залежність абсорбційної машини від безперервного потоку
високотемпературного газу та неможливість виконання системи
холодопостачання далеко від джерела обігріву генератора, внаслідок чого
порушується надійність і звужуються рамки для використання виробленого
холоду.
На рисунку 1.12 схематично зображено систему холодопостачання, у якій
теплофікаційна вода використовується для отримання холоду [20].
1.5.2 Теплопостачання генератора АХМ теплофікаційною водою
Рисунок 1.12 - Система холодопостачання (теплопостачання генератора
теплофікаційною водою)
Система холодопостачання включає генератор 1, приєднаний за допомогою
трубопроводу 2 до тепломережі, випарник 3, приєднаний трубопроводом 4 до
водопровідної мережі абсорбер 5 і конденсатор 6, водопідігрівач 7, з'єднаний
трубопроводом 8 з тепломережею, і водорозбір 9. Водопровідна вода подається
трубопроводом 4 для охолодження абсорбера 5 і поглинає тепло, що виділяється в
ньому, після чого надходить у конденсатор 6. Температура і тиск у ньому вищі,
ніж в абсорбері, тому вода, що використовується для охолодження абсорбера,
використовується для охолодження також і конденсатора.
З конденсатора вода надходить у водопідігрівач 7, змійовик якого послідовно
з'єднаний зі змійовиками абсорбера і конденсатора. У водопідігрівачі вже нагріта
під час охолодження абсорбера і конденсатора водопровідна вода підігрівається
до необхідної температури (60-65°С) водою з тепломережі, що надходить
трубопроводом 8, після чого подається на водорозбір 9 у мережу гарячого
водопостачання.
Таке схемне рішення дає розширення можливість використання води від
теплових мереж, не тільки для отримання теплоти споживачем, а й для
вироблення холоду, а також гарячого водопостачання.
Недоліком відомої установки є неможливість створення системи
холодопостачання далеко від джерела обігріву генератора, а також сезонне
вимкнення теплофікаційних навантажень, саме в літні дні, коли багаторазово
зростає потреба в кондиціюванні, внаслідок чого порушується економічність і
звужуються рамки для використання виробленого холоду.
1.5.3 Теплопостачання генератора АХМ нагрітою водою від сонячних
колекторів (абсорбційна геліохолодильна установка)
Теплопостачання генератора АХМ за допомогою гарячої води нагрітої
сонячними колекторами широко вивчено в патентах на винахід і корисну модель
[21-23], а також згадуються в різних наукових працях. Розглянемо одну зі схем
такої установки.
На рисунку 1.13 схематично зображено систему холодопостачання, у якій
сонячна енергія використовується для отримання холоду.
Генератор 1, що являє собою ділянку похилого даху будівлі, забезпечений
екраном 2, виконаним із прозорого матеріалу, наприклад, скла. Між екраном і
генератором передбачено канал a, через який продувається зовнішнє повітря.
Розчин хлористого літію, що стікається, випаровується як під дією сонячних
променів, так і внаслідок самовипаровування розчину в повітря, що продувається.
Міцний розчин подається через теплообмінник 3 в абсорбер 4, в якому
збагачується парами води, що утворюються у випарнику 5. Слабкий розчин
насосом 6 подається через теплообмінник знову в генератор. Так закінчується
кругообіг розчину.
Екран захищає генератор від атмосферних опадів і механічних забруднень,
що підвищує експлуатаційну надійність абсорбційної установки.
Рисунок 1.13 - Абсорбційна геліохолодильна установка
Таке схемне рішення дає перевагу над усіма вищевикладеними установками,
оскільки немає залежності від джерела обігріву генератора, джерелом є інсоляція
сонця. Така установка працює автономно і може використовуватися далеко від
енергетичних об'єктів і може використовуватися в харчовій промисловості,
житлових об'єктах тощо.
Недоліком відомої установки є неможливість її використання в похмурі дні, а
також сезонна залежність.
Тому для удосконалення такої схеми необхідно передбачити або
резервування, або передбачити в контур гарячої води АХМ у послідовне з'єднання
до сонячних колекторів додаткову установку для підігріву, яка братиме на себе
частину навантаження. Таку схему розроблено і проаналізовано в Розділі №2.
Висновки
1. Абсорбційні холодильні машини є високоефективним, екологічно
чистим енергоощадним обладнанням і широко застосовуються у світі.
2. З 2001 року розпочато виробництво і застосування різних типів
вітчизняних абсорбційних машин нового покоління, які за якістю і основними
параметрами відповідають світовому рівню. Накопичено унікальний досвід
щодо їх застосування.
3. Достатньо машинобудівних потужностей, сировинних ресурсів,
наукових та інженерних кадрів для забезпечення як мінімум власного ринку
високоякісними абсорбційними холодильними машинами і тепловими насосами.
Багато економічно розвинених країн мають національні програми з даного класу
машин.
РОЗДІЛ 2. АНАЛІЗ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ВКЛЮЧЕННЯ
ТЕПЛОНАСОСНОЇ УСТАНОВКИ І СОНЯЧНИХ КОЛЕКТОРІВ ДО
СКЛАДУ АБСОРБЦІЙНИХ ХОЛОДИЛЬНИХ МАШИН У
СИСТЕМАХ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО КОНДИЦІОНУВАННЯ
МКР 24.144.93 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Кривчун Аналіз енергетичної Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Беспалько ефективності включення
Реценз.
теплонасосної установки і
Н. Контр. сонячних колекторів ЧДТУ, МТЕ-35
Затверд. Калейніков
РОЗДІЛ 2. АНАЛІЗ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ВКЛЮЧЕННЯ
ТЕПЛОНАСОСНОЇ УСТАНОВКИ І СОНЯЧНИХ КОЛЕКТОРІВ ДО
СКЛАДУ АБСОРБЦІЙНИХ ХОЛОДИЛЬНИХ МАШИН У СИСТЕМАХ
ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО КОНДИЦІОНУВАННЯ
2.1 Постановка задачі
У цьому Розділі пропонується й аналізується схемне рішення на основі
включення до складу АХМ теплонасосної установки (ТНУ) і сонячних
колекторів (СолКол). ТНУ використовується не тільки для забезпечення
роботи генератора, а й для зняття частини навантаження з відведення теплоти
в навколишнє середовище. На основі результатів розрахунку такої
комплексної схеми доводиться насамперед можливість істотного підвищення
ефективності АХМ у системах централізованого кондиціонування.
Пропозицію щодо включення ТНУ до складу АХМ зроблено вперше. У
результаті аналізу енергетичної ефективності такої комбінованої системи
виявлено низку технологічних та екологічних переваг порівняно з показниками
поширених систем компресійного кондиціонування. Розраховано різні режими
роботи проєктованої установки залежно від забезпечення необхідної
холодопродуктивності комплексу кондиціювання та зроблено висновок про те, що
застосування ТНУ як базової основи теплопостачання генератора АХМ
забезпечує істотне підвищення холодильного коефіцієнта всього комплексу, а
також забезпечує зниження навантаження на градирню, а отже, і зменшення
витрат на основне обладнання. Показано, що максимальна енергетична
ефективність комплексу досягається саме за максимального навантаження
кондиціонування.
2.2 Аналіз схемного рішення із застосуванням одноступеневої АХМ
на гарячій воді
На рисунку 2.1 представлено схему одноступінчастої АХМ на гарячій воді з
підключенням як джерел теплоти для генератора теплонасосної установки і
послідовно з'єднаних до неї сонячних колекторів.
Передбачається в результаті такого технічного рішення знизити на 20-40%
навантаження з відведення теплоти (потужність охолодження) на градирню,
підвищити холодильний коефіцієнт АХМ і маневреність навантажень,
забезпечити гнучкість регулювання під час інтенсивності сонячного підігріву, що
змінюється, завдяки перерозподілу навантаження ТНУ і сонячних колекторів.
Одноступенева АХМ із вбудованою теплонасосною установкою містить блок
генератора 1 із конденсатором АХМ 2, блок абсорбера 3 із випарником АХМ 4,
регенеративний теплообмінник АХМ 5, насос холодоагенту 6, насос для слабкого
розчину 7, теплонасосну установку 8, сонячні колектори 9, градирню 10 та насос
охолоджувальної води 11. Теплонасосна установка 8 містить у собі: конденсатор
ТНУ 12, компресор 13, регенеративний теплообмінник ТНУ 14 і випарник ТНУ
15. Сонячні колектори оснащені акумулювальним баком 18 і насосною групою
сонячних колекторів 19. На схемі показано також затвори 16, а також
регулювальні клапани 17.
Рисунок 2.1 - Одноступенева АХМ із вбудованою теплонасосною
установкою та сонячними колекторами
Одноступенева АХМ із вбудованою теплонасосною установкою працює так.
Гідравлічна система працює в умовах вакууму; холодоагент (вода) кипить за
низької температури, відводячи теплоту від охолоджуваної води, що циркулює в
трубах першого випарника 4, витрата і температура якої забезпечують необхідну
потужність кондиціонування. Насос холодоагенту 6 використовується для подачі
холодоагенту (води) у випарник АХМ і подальшого розбризкування холодоагенту
(води) на його труби для поліпшення теплообміну.
Для підтримання низького тиску у випарнику АХМ і забезпечення
безперервності процесу охолодження, пари холодоагенту повинні абсорбуватися
(поглинатися) в абсорбері 3. Для абсорбування водяних парів використовується
міцний розчин (наприклад, LiBr), що має високу поглинаючу здатність і
надходить з генератора в абсорбер 3. У процесі абсорбції водяної пари розчин
розбавляється, що знижує його поглинальну здатність; розчин стає слабким.
Потім насос слабкого розчину 7 перекачує слабкий розчин у генератор 1, де
відбувається одностадійне концентрування розчину за рахунок випаровування
раніше абсорбованої води. Слабкий розчин (низької концентрації) спочатку
подається в генератор 1, де він нагрівається і перетворюється на міцний розчин
високої концентрації завдяки випаровуванню з нього водяної пари при підведенні
теплоти від гарячої води (джерело теплової енергії). Водяна пара з генератора
надходить у конденсатор АХМ 2 для охолодження і конденсації.
Потім холодоагент повертається у випарник АХМ для відновлення робочого
циклу. Для відведення теплоти, що виділяється під час конденсації водяної пари
холодоагенту в конденсаторі АХМ 2, використовується охолоджувальна вода від
градирні 10, яка спершу спрямовується в абсорбер 3 для поглинання теплоти
абсорбції, далі з абсорбера подається в конденсатор АХМ 2, потім проходить
через випарник ТНУ 15, де своєю чергою охолоджує робочу речовину
теплонасосної установки 8 і повертається на градирню 10.
Гарячий теплоносій низького температурного потенціалу з генератора 1
прямує до конденсатора ТНУ 12, де підігрівається за рахунок теплообміну з
гарячим робочим тілом теплонасосної установки 8, проходить акумулювальний
бак 18, в якому підігрівається за рахунок теплообміну з гарячим робочим тілом,
підігрітим сонячними колекторами 9, що періодично вмикаються для додаткового
підігріву теплоносія у піки навантажень, та повертається до генератора 1 в якості
теплоносія високого температурного потенціалу.
Теплонасосна установка 8 працює для перенесення теплової енергії від
охолоджувальної води (з низькою температурою) до гарячої води, що
використовується в генераторі абсорбційної холодильної машини, з більш
високою температурою.
На рисунку 2.2 наведено теплову схему і робочий цикл теплонасосної
установки, включеної в контур одноступінчастої АХМ як основне джерело
теплоти для генератора.
К - компресор; ЕД - електродвигун; К-р - конденсатор; РТ-
регенеративний теплообмінник; Др - дросель; І - випарник; виході з випарника
установки; pк - тиск конденсації; pи - тиск випаровування
Рисунок 2.2 - Принципова схема та робочий цикл теплонасосної
установки
Базовою для розрахункового аналізу обрано широко представлену на ринку
одноступеневу абсорбційну бромістолітієву холодильну машину LUC-HWAR-
L40HH (виробництво фірми "Lessar", Чехія), характеристики якої наведено в
таблиці 2.1.
Таблиця 2.1 - Технічні характеристики одноступеневої абсорбційної
бромистолітієвої холодильної машини LUC-HWAR-L40HH одноступеневої
абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини LUC-HWAR-L40HH
Холодопродуктивність 150 кВт
Холодильний коефіцієнт 0.83
КоКонтур охолодженої води Температура на вході 12 °С
(кондиціонування) Температура на виході 7 °С
Витрата холодоносія 25.8 м3/год
Контур гарячої води Температура на вході 105 °С
(теплопостачання генератора) Температура на виході 75 °С
Витрата гарячої води 5.2 м3/год
Теплова потужність генератора 180.7 кВт
Контур охолоджувальної води Температура на вході 28 °С
(відведення теплоти абсорбера і Температура на виході 34 °С
конденсатора АХМ) Витрата охолоджувальної 47.3 м3/год
води
Холодопродуктивність 330.3 кВт
градирні
Споживана потужність на 2.2 кВт
привід насосів
Теплонасосні установки необхідного температурного діапазону на ринку
відсутні. Однак, основні елементи такої установки: компресор і теплообмінне
обладнання - можуть бути підібрані за результатами проектування такої
установки на низькокиплячій робочій речовині фторорганічного складу. Досвід
такого проектування і вибору найефективнішого холодоагенту, розроблення та
випробування дослідно-промислових зразків ТНУ на нових робочих тілах
висвітлено в роботах авторів [26-29]. У цій роботі використовуються
обґрунтування щодо вибору холодоагенту, зроблені раніше, і пропонується як
робоча речовина ТНУ октафторциклобутан (RC318, с-C F48 ). Розрахунок робочих
параметрів циклу ТНУ проводили за програмою Національного Бюро Стандартів
(США) [30].
Ефективність ТНУ оцінюється, насамперед коефіцієнтом перетворення, що
являє собою відношення кількості теплоти до q1 = h2д - h2 ' , повідомленої об'єкту,
що нагрівається, до роботи lц = h2д - h ,1 підведеної в циклі:
Розрахунок циклу ТНУ на RC318 з урахуванням заданих вихідних даних, в
які використовуються температури випаровування tи і конденсації tк у
теплообмінних апаратах, а також потужність вироблена конденсатором Nк ,
визначив значення теплової потужності випарника та електричної потужності
компресора:
де GRC 318 - витрата фреону в контурі ТНУ і визначається як:
Потужність генератора АХМ складається з потужностей конденсатора ТНУ і
сонячних колекторів:
Результати розрахунку циклу ТНУ представлені в таблиці 2.2.
Таблиця 2.2 - Технічні характеристики проектованої теплонасосної
установки на с-C4F8
Коефіцієнт перетворення 4.0
Температури насичення Температура 25 °С
випаровування
Температура конденсації 86 °С
Витрата фреону 0.83 кг/c
Споживана електрична 22.73 кВт
потужність (компресора)
Потужність випарника 67.18 кВт
Потужність конденсатора 90.0 кВт
Сонячні колектори використовуються в піки температурних навантажень,
коли потрібна максимальна інтенсивність кондиціонування та охолодження
приміщень. Для більш ефективної роботи установки і підвищення ККД
пропонується використовувати вакуумні сонячні колектори, які мають дуже
високі показники ефективності в заданому інтервалі температур. На відміну від
плоских колекторів, де теплоізоляція виконана мінераловатою, у вакуумних
колекторах в якості ізоляції використовують розрядження-вакуум, що і дає змогу
використовувати їх навіть взимку.
Таблиця 2.3 - Технічні характеристики блоку централізованого
кондиціювання АХМ-ТНУ-СолКол (50% ТНУ і 50% СолКол забезпечення
теплотою генератора)
Холодильний коефіцієнт 6.03
Холодопродуктивність 150 кВт
Споживана електрична потужність 22.73 кВт
компресора ТНУ
Споживана потужність на привід 2.2 кВт
насосів АХМ
Контур охолодженої води Температура на вході 12 °С
(кондиціонування) Температура на виході 7 °С
Витрата холодоносія 25.8 м3/год
Контур гарячої води Температура на вході в АХМ 105 °С
(теплопостачання генератора) Температура на виході з АХМ 75 °С
Температура на вході в ТНУ 75 °С
Температура на виході з ТНУ 90 °С
Температура на вході в СК 90 °С
Температура на виході з СК 105 °С
Витрата гарячої води 5.2 м3/год
Теплова потужність генератора 180.7 кВт
Контур охолоджувальної води Температура на вході 28 °С
(відведення теплоти абсорбера і Температура на виході з випарника ТНУ 32.77 °С
конденсатора АХМ) Температура на виході з конденсатора АХМ 34 °С
Витрата охолоджувальної води 47.3 м3/год
Холодопродуктивність градирні 262.6 кВт
Загальний холодильний коефіцієнт перетворення блоку централізованого
кондиціонування АХМ-ТНУ-СолКол визначається за формулою:
Таблиця 2.4 - Технічні характеристики блоку централізованого
кондиціонування АХМ-ТНУ-СолКол (75% ТНУ - 25% СолКол забезпечення
теплотою генератора)
Холодильний коефіцієнт 4.52
Холодопродуктивність 112.5 кВт
Споживана електрична 22.73 кВт
потужність компресора ТНУ
Споживана потужність на 2.2 кВт
привід насосів АХМ
Контур гарячої води Температура на вході в АХМ 97.5 °С
(теплопостачання генератора) Температура на виході з АХМ 75 °С
Температура на вході в ТНУ 75 °С
Температура на виході з ТНУ 90 °С
Температура на вході в СК 90 °С
Температура на виході з СК 97.5 °С
Витрата гарячої води 5.2 м3/год
Теплова потужність 135.55 кВт
генератора
Контур охолоджувальної Температура на вході 28 °С
води (відведення теплоти Температура на виході з випарника ТНУ 32.34 °С
абсорбера і конденсатора Температура на виході з конденсатора АХМ 34 °С
АХМ)
Витрата охолоджувальної води 35.21 м3/год
Холодопродуктивність 178.0 кВт
градирні
Таблиця 2.5 - Технічні характеристики блока централізованого
кондиціонування АХМ-ТНУ (100% ТНУ забезпечення теплотою генератора,
СолКол вимкнено)
Холодильний коефіцієнт 3.01
Холодопродуктивність 75 кВт
Споживана електрична потужність 22.73 кВт
компресора ТНУ
Споживана потужність на привід насосів 2.2 кВт
АХМ
Контур гарячої води (теплопостачання Температура на вході в АХМ 90 °С
генератора) Температура на виході з АХМ 75 °С
Температура на вході в ТНУ 75 °С
Температура на виході з ТНУ 90 °С
Витрата гарячої води 5.2 м3/год
Теплова потужність генератора 90.36 кВт
Контур охолоджувальної води Температура на вході 28 °С
(відведення теплоти абсорбера і Температура на виході з випарника ТНУ 31.51 °С
конденсатора АХМ) Температура на виході з конденсатора 34 °С
АХМ
Витрата охолоджувальної води 23.37 м3/год
Холодопродуктивність градирні 95.32 кВт
На підставі аналізу та розрахунку запропонованої схеми одноступенева АХМ -
ТНУ - СолКол можна зробити такі висновки:
1. Розроблена схема забезпечує підвищення холодильного коефіцієнта з
вихідного паспортного значення 0,83 до величини 3,01 всього комплексу
кондиціонування в режимі повного забезпечення теплопостачання генератора за
допомогою ТНУ (таблиця 2.5). У цьому режимі холодопродуктивність АХМ
знижується від 150 кВт до величини 75 кВт, а навантаження на градирню
знижується на 41,6% завдяки перетворенню частини низькопотенційної енергії за
допомогою ТНУ на енергію необхідного
температурного рівня для генератора АХМ.
2. За режиму роботи одноступеневої АХМ у періоди найбільшого
навантаження кондиціювання (природної та максимальної сонячної інсоляції, внесок
сонячних колекторів і ТНУ в теплопостачання генератора в проектованому
співвідношенні 50% на 50%, характеристики в таблиці 2.3) основні балансові
показники такі: холодопродуктивність АХМ максимальна -150 кВт; холодильний
коефіцієнт - 6.03; потужність теплопостачання генератора АХМ - 180.7 кВт;
холодопродуктивність градирні - 262.6 кВт (навантаження на градирню знижується
на 20%). Тобто досягається максимальна енергетична ефективність усього комплексу
за максимального навантаження кондиціонування.
3. За деякого зниження максимального навантаження кондиціонування
від 150 кВт до величини 112.5 кВт (таблиця 2.4, АХМ - ТНУ-СолКол (75% ТНУ -
25% СолКол забезпечення теплотою генератора) балансові показники такі:
холодильний коефіцієнт - 4.52; потужність теплопостачання генератора АХМ -
135.55 кВт; холодопродуктивність градирні - 178.0 кВт (навантаження на градирню
знижується на 27%).
2.3 Аналіз схемного рішення із застосуванням двоступеневої АХМ на
гарячій воді
Віднедавна представлено модельний ряд АХМ, що працюють на унікально
низьких параметрах теплофікаційної води. Двоступеневі АХМ порівняно з
одноступеневими призначені для роботи на нижчих температурних параметрах води,
що надходить у генератор. Наприклад, вони можуть використовуватися для
утилізації охолоджувальної води газопоршневих електрогенерувальних установок у
діапазоні від 95/55 °С до 70/60 °С.
Низька температура підігріву генератора двоступеневої АХМ призводить
до зниження її холодильного коефіцієнта порівняно з одноступеневою АХМ.
Отже, при включенні ТНУ до складу такої АХМ буде гарантовано високий
коефіцієнт перетворення теплоти. Нижчі параметри роботи сонячних колекторів
у складі двоступеневої АХМ розширюють також можливість вибору типу
конструкції ефективних сонячних теплообмінних апаратів.
На рисунку 2.3 представлено схему двоступеневої АХМ на гарячій воді з
під'єднанням як джерел теплоти для генератора теплонасосної установки і
послідовно з'єднаних до неї сонячних колекторів.
Рисунок 2.3 - Двоступенева АХМ із вбудованою теплонасосною установкою та
сонячними колекторами
Передбачається в результаті такого технічного рішення порівняно з
попередньою схемою знизити на 27-53% навантаження по відведенню теплоти
(потужність охолодження) на градирню, ще більше підвищити холодильний
коефіцієнт АХМ і маневреність навантажень.
Двоступенева АХМ із вбудованою теплонасосною установкою містить: блок
генератора першого ступеня 1 з конденсатором АХМ 2 і додатковим генератором 3,
блок абсорбера 4 з випарником АХМ 5, низькотемпературний регенеративний
теплообмінник 6, високотемпературний регенеративний теплообмінник 7, насос
холодоагенту 8, насос слабкого розчину 9, додатковий абсорбер 10 з генератором
другого ступеня 11, насос додаткового розчину 12, додатковий теплообмінник 13,
насос міцного розчину 14, теплонасосну установку 15, сонячні колектори 16,
градирню 17 та насос охолоджувальної води 18. Теплонасосна установка 15 містить
конденсатор ТНУ 19, компресор 20, регенеративний теплообмінник 21 і випарник
ТНУ 22. Сонячні колектори оснащені акумулювальним баком 25 і насосною групою
сонячних колекторів 26. На схемі показано також затвори 23, а також регулювальні
клапани 24.
Двоступенева АХМ із вбудованою теплонасосною установкою працює так.
Двоступеневий абсорбційний чилер на гарячій воді має основний і додатковий
цикли. Охолоджувана вода охолоджується у випарнику АХМ 5, а утворені пари
холодоагенту (води) поглинаються концентрованим розчином абсорбенту
(наприклад, LiBr) в абсорбері 4, що надходить із генератора другого ступеня 11.
Концентрований розчин, що надходить із генератора другої ступені 11,
перетворюється на слабкий (розбавлений) розчин, а теплота абсорбції відводиться
охолоджувальною водою, що надходить із градирні 17.
Слабкий розчин з абсорбера 4 подається насосом слабкого розчину 9 в генератор
першого ступеня 1 через низькотемпературний теплообмінник 6 і
високотемпературний теплообмінник 7, гаряча вода нагріває розведений розчин,
відбувається утворення парів холодоагенту і слабкий розчин стає проміжним
розчином. Розчин абсорбенту в генераторі першого ступеня 1 направляється в
генератор другого ступеня 11 через високотемпературний теплообмінник 7.
Проміжний розчин у генераторі другого ступеня нагрівається гарячою водою, і
відбувається утворення парів холодоагенту. Пари холодоагенту з генератора другого
ступеня поглинаються абсорбуючим розчином у додатковому абсорбері 10 і
перетворюються на додатковий проміжний розчин. Додатковий проміжний розчин
подається насосом додаткового розчину 12 у додатковий генератор 3 через
додатковий теплообмінник 13, де відбувається нагрівання розчину гарячою водою з
генератора другого ступеня і перетворення розчину на додатковий міцний розчин.
Пари холодоагенту з генератора першого ступеня і додаткового генератора
конденсуються в конденсаторі АХМ 2, а потім потрапляють у випарник АХМ 5,
теплота в конденсаторі АХМ відводиться охолоджувальною водою.
Гарячий теплоносій низького температурного потенціалу з генератора 1 прямує
до конденсатора ТНУ 12, де підігрівається за рахунок теплообміну з гарячим
робочим тілом теплонасосної установки 8, проходить акумулювальний бак 25, в
якому підігрівається за рахунок теплообміну з гарячим робочим тілом, підігрітим
сонячними колекторами 16, що періодично вмикаються для додаткового підігріву
теплоносія у піки навантажень, та повертається до генератора 1 в якості теплоносія
високого температурного потенціалу.
Теплонасосна установка 15 працює для перенесення теплової енергії від
охолоджувальної води (з низькою температурою) до гарячої води, що
використовується в генераторі абсорбційної холодильної машини, з більш високою
температурою.
Як базову для розрахункового аналізу обрано широко представлену на ринку
двоконтурну абсорбційну бромістолітієву холодильну машину LUC-2AB75
(виробництво фірми "Lessar", Чехія).
Таблиця 2.6 - Технічні характеристики двоконтурної абсорбційної
бромистолітієвої холодильної машини LUC-2AB75
Холодопродуктивність 264 кВт
Холодильний коефіцієнт 0.6
Контур охолодженої води Температура на вході 12 °С
(кондиціонування) Температура на виході 7 °С
Витрата холодоносія 45.4 м3/год
Контур гарячої води Температура на вході 95 °С
(теплопостачання генератора) Температура на виході 55 °С
Витрата гарячої води 9.4 м3/год
Теплова потужність генератора 437.6 кВт
Контур охолоджувальної води Температура на вході 31 °С
(відведення теплоти абсорбера і Температура на виході 36.5 °С
конденсатора АХМ) Витрата охолоджувальної води 108.6 м3/год
Холодопродуктивність градирні 695.4 кВт
Споживана потужність на привід 6.2 кВт
насосів
Таблиця 2.7 - Технічні характеристики проектованої теплонасосної
установки на с-C4F8
Коефіцієнт перетворення 6.08
Температури насичення Температура випаровування 25 °С
Температура конденсації 70 °С
Витрата фреону 1.59 кг/c
Споживана електрична потужність 35.99 кВт
(компресора)
Потужність випарника 183.01 кВт
Потужність конденсатора 219 кВт
Таблиця 2.8 - Технічні характеристики блоку централізованого
кондиціювання АХМ-ТНУ-СолКол (50% ТНУ і 50% СолКол забезпечення
теплотою генератора)
Холодильний коефіцієнт 6.26
Холодопродуктивність 264 кВт
Споживана електрична 35.99 кВт
потужність компресора ТНУ
Споживана потужність на привід 6.2 кВт
насосів АХМ
Контур охолодженої води Температура на вході 12 °С
(кондиціонування) Температура на виході 7 °С
Витрата холодоносія 45.4 м3/год
Контур гарячої води Температура на вході в АХМ 95 °С
(теплопостачання генератора) Температура на виході з АХМ 55 °С
Температура на вході в ТНУ 55 °С
Температура на виході з ТНУ 75 °С
Температура на вході в СК 75 °С
Температура на виході з СК 95 °С
Витрата гарячої води 9.4 м3/год
Теплова потужність генератора 437.6 кВт
Контур охолоджувальної води Температура на вході 31 °С
(відведення теплоти абсорбера і Температура на виході з випарника ТНУ 35.03 °С
конденсатора АХМ) Температура на виході з конденсатора 36.5 °С
АХМ
Витрата охолоджувальної води 108.6 м3/год
Холодопродуктивність градирні 501.88 кВт
Таблиця 2.9 - Технічні характеристики блоку централізованого
кондиціонування АХМ-ТНУ-СолКол (75% ТНУ - 25% СолКол забезпечення
теплотою генератора)
Холодильний коефіцієнт 4.69
Холодопродуктивність 198 кВт
Споживана електрична 35.99 кВт
потужність компресора ТНУ
Споживана потужність на 6.2 кВт
привід насосів АХМ
Контур гарячої води Температура на вході в АХМ 85 °С
(теплопостачання генератора) Температура на виході з АХМ 55 °С
Температура на вході в ТНУ 55 °С
Температура на виході з ТНУ 75 °С
Температура на вході в СК 75 °С
Температура на виході з СК 85 °С
Витрата гарячої води 9.4 м3/год
Теплова потужність 328.22 кВт
генератора
Контур охолоджувальної Температура на вході 31 °С
води (відведення теплоти Температура на виході з випарника ТНУ 34.56 °С
абсорбера і конденсатора Температура на виході з конденсатора АХМ 36.5 °С
АХМ)
Витрата охолоджувальної води 81.24 м3/год
Холодопродуктивність 336.97 кВт
градирні
Таблиця 2.10 - Технічні характеристики блока централізованого
кондиціонування АХМ-ТНУ (100% ТНУ забезпечення теплотою генератора,
СолКол вимкнено)
Холодильний коефіцієнт 3.15
Холодопродуктивність 132 кВт
Споживана електрична потужність компресора 35.99 кВт
ТНУ
Споживана потужність на привід насосів АХМ 6.2 кВт
Контур гарячої води (теплопостачання Температура на вході в АХМ 75 °С
генератора) Температура на виході з 55 °С
АХМ
Температура на вході в ТНУ 55 °С
Температура на виході з 75 °С
ТНУ
Витрата гарячої води 9.4 м3/год
Теплова потужність генератора 218.81 кВт
Контур охолоджувальної води (відведення Температура на вході 31 °С
теплоти абсорбера і конденсатора АХМ) Температура на виході з 33.58 °С
випарника ТНУ
Температура на виході з 36.5 °С
конденсатора АХМ
Витрата охолоджувальної 53.83 м3/год
води
Холодопродуктивність градирні 161.59 кВт
На підставі аналізу та розрахунку запропонованої схеми двоконтурна
АХМ - ТНУ - СолКол можна зробити такі висновки:
1. Розроблена схема забезпечує підвищення холодильного
коефіцієнта з вихідного паспортного значення 0,61 до величини 3,15 всього
комплексу кондиціонування в режимі повного забезпечення теплопостачання
генератора за допомогою ТНУ (таблиця 2.10). При цьому режимі
холодопродуктивність АХМ знижується від 264 кВт до величини 132 кВт, а
навантаження на градирню знижується на 53% за рахунок перетворення
частини низькопотенційної енергії за допомогою ТНУ в енергію необхідного
температурного рівня для генератора АХМ.
2. За режиму роботи двоступеневої АХМ у періоди найбільшого
навантаження кондиціювання (природної та максимальної сонячної інсоляції,
внесок сонячних колекторів і ТНУ в теплопостачання генератора в
проєктованому співвідношенні 50% на 50%, характеристики в таблиці 2.8)
основні балансові показники такі.8) основні балансові показники такі:
холодопродуктивність АХМ максимальна - 264 кВт; холодильний коефіцієнт -
6.26; потужність теплопостачання генератора АХМ - 437.6 кВт;
холодопродуктивність градирні - 501.88 кВт (навантаження на градирню
знижується на 27%). Тобто досягається максимальна енергетична
ефективність усього комплексу за максимального навантаження
кондиціонування!
3. При деякому зниженні максимального навантаження
кондиціонування від 264 кВт до величини 198 кВт (таблиця 2.9, АХМ- ТНУ-
СолКол (75% ТНУ - 25% СолКол забезпечення теплотою генератора)
балансові показники такі: холодильний коефіцієнт - 4.69; потужність
теплопостачання генератора АХМ - 328.22 кВт; холодопродуктивність
градирні - 336.97 кВт (навантаження на градирню знижується на 35%).
2.4 Порівняння ефективності систем з різними джерелами теплоти
для потреб генератора АХМ на основі розрахунку витрат умовного
первинного палива
У пунктах 2.2 і 2.3 розглянуто одноступеневу і двоступеневу АХМ із
вбудованою теплонасосною установкою і сонячними колекторами на трьох
основних режимах роботи:
1) 50%(ТНУ)/50%(АХМ) - режим, за якого внесок у постачання
тепловою енергією генератора АХМ від ТНУ і від сонячних колекторів із
баком - акумулятором рівноцінний;
2) 75%(ТНУ)/25%(АХМ) - режим, за якого відбувається зниження
частки теплової потужності, що передається від сонячних колекторів;
3) 100%(ТНУ)/0%(АХМ) - режим, за якого вся теплова потужність
для живлення генератора АХМ забезпечується ТНУ, сонячні колектори
відключено.
Під час аналізу даних режимів простежується тенденція зростання
холодильного коефіцієнта для комплексу АХМ-ТНУ-СолКол при збільшенні
внеску сонячних колекторів (від 3.01 до 6.03 - для комплексу з одноступінчастою
АХМ, від 3.15 до 6.26 - для комплексу з двоступінчастою АХМ).
За режиму роботи АХМ у періоди найбільшого навантаження
кондиціонування (природно і максимальної сонячної інсоляції), внесок сонячних
колекторів максимальний (може бути і 100%). Тобто максимальна енергетична
ефективність усього комплексу досягається за максимального навантаження
кондиціонування.
Режим зі збільшенням внеску сонячних колекторів вище 50% для постачання
генератора АХМ не розглядався в даній роботі, проте зрозуміло, що при повному
забезпеченні теплопостачання від сонячних колекторів і відключенні ТНУ
холодильний коефіцієнт буде прагнути до нескінченності, оскільки витрати на
привод насосів в системі блоці колекторів невеликі. Подібні варіанти систем
геліохолодопостачання широко представлені в спеціальній літературі. Вони
мають велику актуальність насамперед для країн зі спекотним кліматом.
Пропозиція використовувати ТНУ для включення в подібні системи, як показав
аналіз літературних і патентних джерел, є новаторською і актуальною саме для
реалій. Саме цим варіантам і приділено в роботі основну увагу. Результати
розрахунку таких схем є оціночними. Теплота, підведена від сонячних колекторів,
вважається "дармової". Витрати в блоці сонячних колекторів на прокачування
теплоносія, втрати в навколишнє середовище в баках - акумуляторах тощо не
враховувалися. Аналізу ефективності самого блоку сонячних колекторів не
проводили (наприклад, аналізу перетворення енергії, ККД сонячних колекторів),
оскільки передбачалося використання промислових виробів з відомими
технічними характеристиками. Зрозуміло, що під час проектування таких систем
на перше місце виходить необхідність проведення техніко-економічних
розрахунків, зміст яких виходить за рамки тематики цієї роботи. Для більш
універсального підходу пропонується методика порівняння ефективності систем з
різними джерелами теплоти для потреб генератора АХМ, наприклад, такими як
електроенергія і газовий нагрів, на основі розрахунку витрат умовного
первинного палива.
1) Розрахунок питомої витрати умовного палива під час роботи АХМ
на газі
Витрата умовного Bу палива пов'язана з витратою B натурального палива
співвідношенням:
Питома витрата умовного палива на вироблення холоду Qх може бути
розрахована як:
Теплота згоряння умовного палива Qу =7000 ккал/кг; нижча робоча теплота
природного газу =8000 ккал/кг; витрата природного газу для холодильної
машини "Lessar" B=90 нм3 /МВт; теплота, яку споживає генератор, Qген =150 МВт;
холодильний коефіцієнт =0,83.
У підсумку питома витрата умовного палива під час роботи АХМ на газі
дорівнює bу1 =123,93 кг у.п./МВт год.
2) Розрахунок питомої витрати умовного палива під час роботи АХМ
від електронагрівача
Питома витрата умовного палива на вироблення відпущеної електроенергії
визначається з таких міркувань. Кількість умовного палива в кілограмах на
вироблення електроенергії в кількості 1 МВт будемо розраховувати за
середньостатистичного значення ККД отримання електроенергії в
конденсаційному циклі η =40%:э
У підсумку питома витрата умовного палива під час роботи АХМ від
електронагрівача дорівнює bу2 =370,48 кг у.п./МВт год.
Питома витрата умовного палива на вироблення електроенергії за такого
варіанта істотно залежить від ККД електростанції. У разі, якщо вироблення
електроенергії здійснюється на ПГУ з ККД отримання електроенергії на рівні
55%, то може бути досягнуто різкого зниження питомої витрати умовного
палива. У підсумку питома витрата умовного палива знижується до bу2
=269,44 кг у.п./МВт год.
3) Розрахунок питомої витрати умовного палива під час роботи АХМ
на гарячій воді
Припустимо, що вироблення теплової енергії відбувається в котельні з ККД,
що дорівнює η=87%, і витратою природного газу з теплотою згоряння 8000
ккал/м3 (35,5 МДж/м ):3
У підсумку питома витрата умовного палива під час роботи АХМ на гарячій
воді дорівнює bу3 =45,37 кг у.п./МВт год. Крім того, під час аналізу витрат за
відомих умов прив'язки до місця впровадження комплексу кондиціонування буде
необхідно враховувати ККД транспортування теплоносія, який сильно залежить
від цих самих умов і на цьому етапі не може бути методично врахований.
4) Розрахунок питомої витрати умовного палива під час роботи АХМ
від ТНУ та сонячних колекторів
Привід ТНУ в комплексі АХМ-ТНУ-СолКол електричний. Розглянемо
два варіанти. У разі вироблення електроенергії на середньостатистичній КЕС-
40 %, і на ПГУ-55%.
У варіанті, коли сонячні колектори відключені - холодильний коефіцієнт
=3,01. Питома витрата умовного палива дорівнює bу4_40% =102,16 кг у.п./МВт год;
bу4_55% =74,30 кг у.п./МВт год.
У варіанті, коли сонячні колектори і ТНУ працюють у режимі 50%. на 50% -
холодильний коефіцієнт =6,03. Питома витрата умовного палива дорівнює
bу5_40% =51,00 кг у.п./МВт год; bу5_55% =37,09 кг у.п./МВт год.
Результати розрахунків і порівняння енергетичної ефективності різних
(найчастіше пропонованих рішень) систем теплопостачання генератора АХМ за
витратою умовного палива також підтверджують високу енергетичну
ефективність і конкурентоспроможність пропонованих нових рішень з
розроблення комплексів центрального кондиціонування з включенням до їхнього
складу ТНУ і сонячних колекторів. Вагомою перевагою таких рішень є локальний
характер їх реалізації, відсутність необхідності будівництва та прокладання
газопроводів, мережевих ліній прямого і зворотного водяного (або парового)
теплопостачання. Мережева електроенергія завжди підведена до об'єктів
передбачуваного впровадження систем централізованого кондиціонування.
Техніко-економічний аналіз, розрахунок конкретних показників під час
порівняння вартості реалізації різних варіантів систем теплопостачання
генератора АХМ виходить за рамки тематики цієї дисертації, яка присвячена
розробленню схемних рішень і розрахунку основних теплотехнічних показників
систем центрального кондиціювання на основі АХМ із включенням до їхнього
складу ТНУ та сонячних колекторів, вибору й обґрунтуванню застосування різних
холодоагентів для високотемпературних ТНУ, а також експериментальним
дослідженням ефективності когенераторів і сонячних колекторів.
Висновки
1. Включення ТНУ до складу АХМ забезпечує не тільки підвищення
енергетичної ефективності всього комплексу централізованого кондиціювання, а
й дає низку технологічних та екологічних переваг порівняно з такими джерелами
теплової енергії, як котли, що працюють на первинному паливі, котли-утилізатори
газів, що йдуть (або вихлопних), теплообмінники на лініях теплофікаційного
постачання або електронагрівачі, - таких як пожежовибухозахищеність у
житлових та адміністративних будинках, незалежність від розташування джерел
холодопродуктивності і сонячного колектора, незалежність від місця
розташування джерел холодопродуктивності. Гнучкість регулювання і
забезпечення необхідної холодопродуктивності комплексу кондиціювання за
умови мінливої інтенсивності сонячного підігріву реалізується за рахунок
перерозподілу навантаження ТНУ і сонячних колекторів. При цьому повною
мірою використовується така властивість АХМ як можливість роботи в істотному
діапазоні зміни власної холодопродуктивності.
2. Порівняно з найпоширенішими системами компресійного
кондиціонування, АХМ у складі з ТНУ і сонячними колекторами має такі
незаперечні переваги: вищий холодильний коефіцієнт, вищу надійність
(компресор - найдорожчий вузол у системі - за підвищених температур довкілля
працює з перевантаженням і часто виходить з ладу). У періоди максимального
навантаження кондиціонування внесок сонячних колекторів збільшується і дає
змогу ще більше підвищити загальну ефективність енергетичну ефективність
комплексу. Застосування ТНУ як базової основи теплопостачання генератора
АХМ забезпечує істотне підвищення холодильного коефіцієнта всього комплексу
та зниження холодопродуктивності градирні, а отже зменшення витрат на основне
обладнання.
3. На сьогоднішній день відома велика кількість типів АХМ, в даній
роботі представлено розрахунок схеми АХМ-ТНУ-СольКол з одноступінчастою і
двоступінчастою машинами. Застосування двоступеневої АХМ порівняно з
одноступеневою дає можливість досягнення більш високого холодильного
коефіцієнта, а також зниження навантаження на градирню. Температурний
діапазон теплоносія, що гріє, в генераторі 95-105°С забезпечує більш високу
ефективність основних процесів АХМ.
4. При збільшенні потужності АХМ збільшується витрата електричної
енергії на допоміжне насосне обладнання, тому якщо ефективність використання
двоконтурної машини холодопродуктивністю 264 кВт простежується під час
порівняння з одноконтурною -150 кВт, то під час розгляду установок однакових
потужностей ця перевага буде ще яскравіше виражена.
5. Результати розрахунків і порівняння енергетичної ефективності різних
(найчастіше пропонованих рішень) систем теплопостачання генератора АХМ за
витратою умовного палива підтвердили високу енергетичну ефективність і
конкурентоспроможність пропонованих нових рішень з розроблення комплексів
центрального кондиціювання з включенням до їхнього складу ТНУ і сонячних
колекторів.
РОЗДІЛ 3. ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕРМОДИНАМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ТА
ВИБІР РОБОЧОЇ РЕЧОВИНИ ТНУ У СКЛАДІ АХМ
МКР 24.144.93 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Кривчун Дослідження термодинамічної Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Беспалько ефективності та вибір робочої
Реценз. речовини тну у складі ахм
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-35
Затверд. Калейніков
РОЗДІЛ 3. ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕРМОДИНАМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ТА
ВИБІР РОБОЧОЇ РЕЧОВИНИ ТНУ У СКЛАДІ АХМ
3.1 Особливості високотемпературних ТНУ
У системі АХМ - ТНУ - СолКол теплонасосна установка працює для
перенесення теплової енергії від охолоджувальної води (з низькою температурою)
до гарячої води, що використовується в генераторі абсорбційної холодильної
машини.
Використання ТНУ в стандартних умовах (температура
низькотемпературного джерела теплоти -5...+5 С і температура
високотемпературного джерела теплоти не більш як 55 С) освоєно досить
добре і набуває широкого розмаху [35], але питання їхнього застосування для
роботи в температурних умовах проєктованої установки (температура нижнього
джерела теплоти (НДПТ) 20-30 С, а температура верхнього джерела теплоти
(ВДПТ) 60-110 С), до цих пір до кінця не вивчено [36, 37]. Такі ТНУ
класифікуються як високотемпературні теплові насоси (ВТН).
Такі ВТН у всьому світі не знайшли широкого застосування. По-перше,
температура нагріву системи опалення вище 50-55 C вважається недоцільною
через термічне розкладання пилу і велике зниження вологості повітря, по-друге,
коефіцієнт перетворення теплового насоса зі збільшенням температури
конденсації значно знижується.
Однак для проєктованої установки АХМ - ТНУ - СолКол застосування таких
ВТН видається доцільним, оскільки передача теплоти від низькопотенційного
джерела до високопотенційного відбувається всередині комплексу та є
ефективним розв'язанням проблеми нагріву гарячої води для генератора АХМ в
умовах відсутності додаткових джерел теплоти.
У роботах [37, 38] зазначено, що великі теплонасосні установки можуть
забезпечити температурний підйом від джерела з температурою 0...+15 C до
70...90 С і вище. Показано, що спеціально підібрані високотемпературні ТНУ з
двоступеневими відцентровими компресорами можуть нагріти воду до 85...90 С
і мати високий коефіцієнт перетворення теплоти. Перехід до двоступеневих або
каскадних схем ТНУ дає змогу підвищити коефіцієнт перетворення теплоти
теплонасосних установок, але при цьому зростають капітальні витрати.
Надалі буде розглянуто високотемпературний тепловий насос, застосований
у проєктованій установці в складі з одноконтурною АХМ. Варіант з
одноконтурною АХМ є найкращим і наочним, оскільки одноконтурна АХМ є
найпоширенішою машиною, порівняно з двоконтурною, і менш витратною, а
також температура конденсації ПНУ 86 С, що набагато вище, ніж у системі з
двоконтурною - 70 С. У таблиці 3.1 подано основні технічні характеристики
проектованої теплонасосної установки.
Таблиця 3.1 - Технічні характеристики проектованої теплонасосної
установки, що проектується
Параметри води, що підігрівається в конденсаторі Температура на вході 75 °С
ТНУ
Температура на виході 90 °С
Витрата гарячої води 5.2 м3/год
Параметри гріючої води в випарнику Температура на вході 34 °С
Потужність конденсатора 90.0 кВт
3.2 Алгоритм методики порівняння ефективності циклу ТНУ на
різних РВ
Алгоритм методики розрахунку циклів теплонасосної установки залежить
насамперед від того, за яким принципом і за якими порівняльними параметрами
аналізується ефективність використання того чи іншого РВ у ТНУ. Однак не існує
універсальної методики, що дає змогу обирати РВ установки на основі
оперативного аналізу, що враховує більшість наявних вимог.
Алгоритм методики порівняння ефективності циклу ТНУ на різних РВ
можна представити у вигляді таких основних пунктів [39]:
1. Задаються вихідні дані для розрахунку, що визначають: температури
обраних теплоносіїв, передбачуваний ККД компресора, а також мінімальні
температурні напори в теплообмінних апаратах установки.
2. З урахуванням перерахованих вище вимог обирають базове РР і низку
речовин, пропонованих як альтернатива.
3. Розраховуються температурні напори в теплообмінних апаратах, а
також характеристики енергетичної ефективності установки, що працює на
базовому РВ (у разі теплового насоса - коефіцієнт перетворення).
4. Характеристики енергетичної ефективності установки, що працює на
базовому РВ, порівнюють з аналогічними показниками установки, що працює на
альтернативному РВ, за умови дотримання умови рівності отриманих
температурних напорів у теплообмінниках.
Для розрахунку циклу ТНУ для потреб гарячого водопостачання на різних
речовинах було прийнято такі вихідні дані:
- Температура гарячого теплоносія на вході/виході у/з конденсатор(а)
установки: t``гтн = 75 °C/ t``гтн = 90 °C;
- температура холодного теплоносія на вході/виході в/з випарника(ів)
установки: t``хтн = 34 °C/ t``хтн = 28 °C;
- мінімальний температурний напір у конденсаторі: Δtк _min=3,0 °C;
- мінімальний температурний напір у випарнику: Δtи _min=3,0 °C;
- внутрішній відносний ККД компресора: η к
0i = 0.8.
Зразковим циклом для визначення базових характеристик ТНУ під час
апробації методики прийнятий цикл на РВ RC318. Альтернативними
речовинами для порівняння як з базовою, так і між собою прийнято: чисті
речовини R236fa, R600a і суміші RC318/R846 (95/5), RC318/R846 (90/10).
3.3 ТНУ та їхня методика розрахунку
У тепловому насосі теплота, підведена до робочого тіла від
низькопотенційного джерела, у процесі стиснення перетворюється на теплоту
більш високої температури. Зворотні кругові процеси при зображенні на
термодинамічних діаграмах мають напрямок проти годинникової стрілки.
Найбільшого поширення серед парокомпресійних теплових насосів набули
машини, в яких реалізується зворотний термодинамічний цикл Ренкіна.
Енергетична ефективність теплового насоса оцінюється коефіцієнтом
перетворення. Його числове значення завжди вище 1, що не дає змоги
використовувати коефіцієнт перетворення як критерій термодинамічної
досконалості теплового насоса. Однак він має велике практичне значення як
показник питомого вироблення теплоти на одиницю витраченої роботи
(підведеної енергії).
Термодинамічний цикл теплового насоса складається з таких послідовних
процесів:
а) кипіння холодильного агента за низької температури і низького тиску;
б) підвищення тиску (стиснення в компресорі) пароподібного або
газоподібного холодильного агента;
в) охолодження і конденсація холодильного агента за вищої температури і
вищого тиску;
г) зниження тиску (за рахунок дроселювання) холодильного агента.
Рисунок 3.1 - а) Схема ТНУ з "внутрішньою" регенерацією; б)
термодинамічний цикл теплового насоса з "внутрішньою" регенерацією для
чистої речовини; в) термодинамічний цикл теплового насоса з
"внутрішньою" регенерацією для суміші.
На рисунку 3.1 показано схему ТНУ з "внутрішньою" регенерацією і
термодинамічні цикли теплового насоса для чистих речовин і сумішей. Процес
кипіння у випарнику (4-5``) відбувається за постійної температури і відповідно
тиску; потім суха насичена пара подається в рекуперативний теплообмінник (5``-
1), у якому відбувається додаткове нагрівання пари під час руху протитечією
фреону з конденсатора; потім нагріта пара подається в компресор (1-2д), у якому
відбувається стиснення РВ до параметрів перегрітої пари; у процесі (2д-2`)
відбувається охолодження і конденсація парів холодоагенту; далі рідкий фреон
подається до рекуперативного теплообмінника (2`-3), у якому відбувається
охолодження за рахунок відбору теплоти для процесу 5``-1; (3-4) дроселювання
РВ. І-випарник, К-компресор, ЕД-електродвигун компресора, К-р-
конденсатор, РТ-рекуперативний теплообмінник; Др-дросель.
Як основний критерій ефективності теплового насоса використовують
коефіцієнт перетворення μ, що дорівнює відношенню теплопродуктивності
теплового насоса до потужності, споживаної компресором.
де, lком - дійсна робота, витрачена на стиснення парів холодоагенту в
компресорі, кДж/кг; qк - питома теплова продуктивність у циклі, кДж/кг.
Розрахунок роботи стиснення, питомої продуктивності та ентальпій у
контрольних точках циклу (рисунок 3.3.1) проводять за залежностями,
наведеними нижче.
Теоретична робота компресора, кДж/кг:
де, h2д , h1 - ентальпія в точках 2д і 1 відповідно, кДж/кг. Питома
продуктивність у циклі, кДж/кг:
де, h2д , h2` - ентальпія в точках 2д і 2` відповідно, кДж/кг.
Зв'язок між lком і qк виражається таким рівнянням, яке є наслідком закону
збереження енергії в замкнутій системі:
де, q0 - питома холодопродуктивність, кДж/кг:
де, h5`` , h4 - ентальпія в точках 5`` і 4 відповідно, кДж/кг. Баланс
рекуперативного теплообмінника представлений виразом:
з якого можна виразити невідому ентальпію (у точці 3, або 5’’).
Основним параметром, що слугує оцінкою термодинамічної досконалості
теплоенергетичного пристрою, є ексергетичний ККД. Для теплового насоса він
визначається співвідношенням:
де, QТ - теплова потужність установки, кВт; τе - ексергетична температурна
функція, що дорівнює за величиною термодинамічному ККД прямого оборотного
циклу Карно:
де, Tк - середній температурний рівень теплоти, переданої зовнішньому
споживачеві (середньоінтегральна температура конденсації робочої речовини в
ТНУ), К; Tос - температура навколишнього середовища, К; N - потужність,
споживана установкою, кВт, тобто вся витрачена ексергія.
3.4 Основні вимоги до робочої речовини в ТНУ
Завдання проектування сучасної технічної системи ТНУ пов'язане з вибором
оптимальної робочої речовини для реалізації зворотного холодильного
термодинамічного циклу. Обирані для цієї мети холодоагенти повинні
задовольняти сукупності вимог, серед яких можна виділити законодавчі
обмеження, техніко-економічні вимоги та вимоги до безпеки й термодинамічної
ефективності [40].
Як зазначається в роботах [41], холодильні агенти, що відповідають повною
мірою екологічним, термодинамічним, експлуатаційним, економічним критеріям,
знайти практично неможливо, тому в кожному окремому випадку вибирають
холодоагент з урахуванням конкретних умов роботи холодильної машини.
Переважними є ті робочі речовини, які максимально задовольняють
вищевказаним критеріям. У деяких випадках приймається компромісне рішення
між властивостями холодильного агента і заданими вимогами щодо роботи
холодильної машини.
машини (теплового насоса). Діапазон вибору робочої речовини, придатної
для використання у високотемпературних теплових насосах з температурою
джерела високопотенційної теплоти понад 80 С, істотно звужується, тому що до
неї висуваються особливі вимоги. Так, робочі речовини ВТН повинні належати до
групи низького тиску і мати нормальну температуру кипіння вище мінус 10 0С і
досить високу критичну температуру для здійснення субкритичного
парокомпресійного циклу [42].
У матеріалі з огляду холодоагентів, підготовленому фірмою Bitzer [43], у
класі хлорвмісних гідрофторвуглеводневих холодоагентів найвищою
температурою кипіння tо до +40 0С володіють R227еa і R236fa; в класі перехідних
холодоагентів tо до +40 0С характерна для R124 і R142b. Авторами [44]
запропоновано розглядати ізобутан R600a як робочу речовину закритого контуру
парокомпресійного одноступеневого теплового насоса.
На підставі рекомендацій, наведених у роботах [45-48] і проведених
досліджень [49-53], для розрахунку й аналізу було відібрано такі холодильні
агенти: RС318 і його суміші з гексафторидом сірки SF6 , а також R236fa, R600a
(таблиця 3.2).
Таблиця 3.2 - Основні параметри та характеристики робочих речовин
для розрахунку циклу парокомпресійної високотемпературної теплонасосної
установки
Холодильний агент RC318 R236fa R600a
Хімічна формула C4F8 CF3 - CH2 - CF3 С4Н10
Молекулярна маса, кг/кмоль 200.03 152.0 58.1
Нормальна температура кипіння при р=1 атм, К 233.35 271.75 261.2
Критична температура, K 388.38 398.07 407.98
Критичний тиск, ркр, бар 27.78 32.0 36.846
Потенціал руйнування озонового шару, ODP 0.0 0.0 0.0
Потенціал глобального потепління, GWP - 8000 0,01
3.5 Результати розрахунків
Розрахунок циклу ТНУ на речовині RC318 з урахуванням заданих вихідних
даних визначив базові температурні напори в конденсаторі Δtк =3,5 °C і
випарнику установки Δtи =8,155 °C, а також коефіцієнт перетворення μ =3,617.
Результати порівняння ефективності високотемпературних циклів ТНУ на різних
холодоагентах наведені в таблиці 3.3 і рисунку 3.2.
Таблиця 3.3 - Результати порівняння ефективності високотемпературних
циклів ТНУ на різних РВ
Речовина RC318 R236fa R600a RC318/R846 (95/5) RC318/R846 (90/10)
pи , МПа 0,31251 0,27241 0,35067 0,35355 0,39806
t4 , °C 25 25 25 23,3 21,08
t"5 , °C 25 25 25 26,7 28,2
pк , МПа 1,5319 1,4275 1,5166 1,6619 1,8147
t`2 , °C 86 85,86 85,975 79,78 75,496
t"2 , °C 86 85,86 85,975 86,1 86,4
t2д , °C 109,9 119,6 123,1 112,3 113,65
qк , кДж/кг 92,78 138,03 331,22 100,42 104,23
lц , кДж/кг 25,65 36,28 84,42 25,59 25,5
μ 3,617 3,805 3,924 3.924 4,087
ηэ 0,635 0,666 0,688 0,661 0,669
Рисунок 3.2 - Коефіцієнти перетворення циклу ТНУ на різних РВ
Під час розрахунку циклу ТНУ на РВ, альтернативних фреону RC318,
приймали, що допустиме відхилення від базових температурних напорів у
конденсаторі та випарнику установки становить ±0,05 °C.
Аналіз представлених у таблиці 3.3 і на рисунку 3.2 даних показав, що
коефіцієнт перетворення, який перевищує базовий (на RC318), отримано для
циклу з фреонами R236fa (3,805), R600a (3,924), RC318/R846 (95/5) (3.924),
RC318/R846 (90/10) (4,087).
Крім того, аналіз термодинамічних параметрів циклу дає змогу зробити
висновок, що цикли ПНУ на всіх робочих речовинах, які розглядаються, дають
змогу збільшити частку регенерації, що може призвести до підвищення
коефіцієнта перетворення. Результати цього дослідження представлено на
рисунку 3.3.
Під час аналізу результатів циклу ТНУ зі збільшенням частки регенерації
було помічено таке:
1. Збільшення температури перед компресором призводить до збільшення
тиску у випарнику (майже у всіх випадках) і зменшенню тиску в конденсаторі,
тобто "звуженню" циклу, і, отже, до зменшення роботи компресора.
2. Зменшення температури перед дросельним клапаном (завдяки
охолодженню РВ у генераторі) зменшує ентальпію і ступінь сухості на вході у
випарник, що веде до збільшення питомого теплового навантаження
конденсатора.
3. Ці два фактори забезпечують зростання коефіцієнта перетворення
ТНУ.
Рисунок 3.3 - Залежність коефіцієнта перетворення регенеративних циклів
на різних РВ від температури на вході в компресор
Аналіз отриманих результатів показав, що найбільша питома
теплопродуктивність у конденсаторі qк для всіх режимів ТНУ на R600а, однак і
значення теплового еквівалента електроенергії, споживаної компресором на
стиснення робочої речовини, також має максимальне значення.
Під час порівняльного аналізу роботи парокомпресійної ТНУ перевагу
віддавали тому холодильному агенту, для якого характерні найбільші значення
коефіцієнта перетворення теплоти µ і питомого теплового навантаження в
конденсаторі ԛк за найменшого ступеня стиснення в компресорі.
Найменш енерговитратним є застосування RC318 і сумішей RC318/R846
(95/5), RC318/R846 (90/10), проте коефіцієнт перетворення для RC318 є
найменшим з усіх розглянутих РР у всьому досліджуваному інтервалі температур
на вході в компресор. Для сумішей RC318/R846 (95/5), RC318/R846 (90/10)
коефіцієнт перетворення максимальний, але застосування цих речовин
обмежується тим фактом, що немає можливості збільшити температуру на вході в
компресор вище за 76,8 і 75,5 відповідно, тому що не виконуватиметься умова
Δtmin_рег>3 °C.
Також слід зазначити, що коефіцієнт перетворення циклу установки на
сумішевих холодоагентах залежить від концентрації холодоагентів, що входять до
них речовин, тобто актуальним також є завдання пошуку оптимального складу
такої суміші, який забезпечить максимальну ефективність циклу [54].
З підвищенням температури теплоносія перед компресором (ступеня
регенерації) значення коефіцієнта перетворення для всіх холодильних агентів
зростає. Для RС318 абсолютні значення коефіцієнта µ зростає швидше, ніж для
інших холодильних агентів.
На рисунку 3.4 представлено залежність значення ексергетичного ККД ηэ від
значення температури теплоносія на вході в компресор для аналізованих
холодильних агентів.
Ексергетичний ККД ηэ з підвищенням значення температури на вході в
компресор демонструє тенденцію збільшення в межах 2...9%..
Найбільші значення (ηэ = 0.688...0.718) досягаються в циклі на R600a.
Найменші значення (ηэ = 0.635...0.692) - у циклі на RС318.
Рисунок 3.4 - Залежність ексергетичного ККД циклу на різних РВ від
температури на вході в компресор
Висновки
Таким чином отримані результати порівняння термодинамічної ефективності
використання різних РВ у теплонасосних установках дозволили зробити такі
висновки:
1) Максимальний коефіцієнт перетворення для ТНУ, що працюють із
регенерацією, перевищує аналогічний показник для прийнятої базової речовини
RС318 (3,617), для заданих параметрів розрахунку мають суміші, засновані на
RC318: RC318/R836 (95/5) і RC318/R836 (90/10) - коефіцієнти перетворення 3,924
і 4,087 відповідно.
2) Застосування інших чистих речовин у ТНУ, що працюють із регенерацією,
для заданих параметрів дає коефіцієнт перетворення вищий, ніж для прийнятої
еталонної речовини RС318. Перевага таких речовин над запропонованими
сумішами полягає в тому, що їх можна застосовувати в усьому інтервалі
температур, і за максимальної регенерації максимальний коефіцієнт перетворення
з чистих речовин має R600a (4,102).
3) Найменш енерговитратним є застосування RC318 і сумішей RC318/R846
(95/5), RC318/R846 (90/10), проте коефіцієнт перетворення для RC318 є
найменшим з усіх розглянутих РР у всьому досліджуваному інтервалі температур
на вході в компресор. Для сумішей RC318/R846 (95/5), RC318/R846 (90/10)
коефіцієнт перетворення максимальний, але застосування цих речовин
обмежується тим фактом, що немає можливості збільшити температуру на вході в
компресор вище за 76,8 і 75,5 відповідно, тому що не виконуватиметься умова
Δtmin_рег>3 °C.
РОЗДІЛ 4. СТВОРЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА АХМ -
ТНУ ТА АНАЛІЗ РЕЖИМІВ ЙОГО РОБОТИ
МКР 24.144.93 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Кривчун Створення експериментального Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Беспалько стенда ахм - тну та аналіз
Реценз. режимів його роботи
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-35
Затверд. Калейніков
РОЗДІЛ 4. СТВОРЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА АХМ -
ТНУ ТА АНАЛІЗ РЕЖИМІВ ЙОГО РОБОТИ
Було розроблено експериментальний комплекс у складі абсорбційної
холодильної машини (АХМ), у ролі якої виступає холодильник абсорбційного
типу, і теплової насосної установки (ТНУ) з метою дослідження термодинамічної
ефективності абсорбційного холодильника, який працює як в автономному
режимі, так і з теплонасосною установкою. Основною метою такого дослідження
було дослідне підтвердження розрахункових прогнозів пропонованої схеми.
Експериментальні дослідження проводилися з використанням теплової
насосної установки, розробленої на кафедрі. Досвід такого проєктування,
розробки та випробування дослідно-промислових зразків ТНУ добре
зарекомендував себе.
Конструкція ТНУ дозволяла проводити оперативну заміну робочої
речовини. Як холодоагенти ТНУ використовували як чисту речовину
(традиційну робочу речовину R22) [55], так і сумішеву композицію R407c.
На першому етапі роботи досліджували режимні показники АХМ, що працює
від електричного нагрівача, під'єднаного в мережу. На другому - показники
експериментального стенда у складі АХМ і ТНУ, що забезпечує теплопостачання
генератора.
4.1 Оснащення абсорбційного холодильника системою
вимірювання та аналіз показників його робочих режимів
4.1.1 Технічні характеристики холодильного агрегату "Іней-120"
В якості експериментального об'єкту був обраний побутовий абсорбційний
холодильний агрегат "Іній"АШ-120, заводського виконання.
Побутовий абсорбційний холодильник "Іній" АШ-120 (рисунок 4.1) з
автоматичною підтримкою заданої температури призначено для зберігання
харчових продуктів в охолодженому та замороженому стані, охолодження напоїв
і приготування харчового льоду.
Корпус холодильника виконано у вигляді підлогової шафи 5
суцільнометалевої зварної конструкції. Холодильна камера 3 і панель 7 двері 9
виготовлені з ударостійкого полістиролу вакуумного формування. У верхній
частині холодильної камери розташоване низькотемпературне відділення 4, що
закривається окремими дверцятами 6.
Вид а: 1- теплоізоляція; 2- кожух генератора; 3- холодильна камера; 4-
низькотемпературне відділення; 5- підлогова шафа; 6- дверцята
низькотемпературного відділення; 7-панель дверцят; 8-ущільнювач; 9- дверцята
холодильника.
Вид б: 1- конденсатор; 2, 3- випарник; 4- газовий теплообмінник; 5- газовий
теплообмінник; 5- абсорбер; 6- збірник розчину; 7- електронагрівач; 8-
термосифон; 9- генератор.
Рисунок 4.1 - Принципова схема холодильника "Іней" АШ-120
Теплоізоляція дверей холодильної камери виконана з пінополістиролу ПСВ-1
завтовшки 45 мм, має ущільнювач 8 з магнітною вставкою. Між панелями стінок
шафи знаходиться шар теплоізоляції з пінополістиролу ПСВ-1 завтовшки 78...85
мм.
У холодильній камері передбачено електричне освітлення, яке автоматично
вмикається під час відчинення дверцят.
Холодильний агрегат складається з генератора 9 (рисунок 4.1, б), що містить
термосифон 8 для перекачування міцного розчину, конденсатора 1 парів
холодоагенту після термосифона, послідовно з'єднаних низько- і
високотемпературних випарників 2 і 3 для вироблення холоду, абсорбера 5 для
поглинання слабким розчином парів холодоагенту після випарників, збирача
розчину 6, газового теплообмінника 4 (для теплого й холодного потоків газу),
увімкненого між абсорбером і випарником. Генератор з електричним нагрівачем 7
укладений у кожух, заповнений тепловою ізоляцією. Агрегат заповнений
водоаміачним розчином у кількості 750 см³ і воднем під тиском 2,1 МПа за
температури 25 °С.
Холодильний агрегат працює таким чином. Після увімкнення холодильника в
мережу водоаміачний розчин у генераторі нагрівається до кипіння. Утворена
аміачна пара надходить у конденсатор, де конденсується.
Збіднений аміаком водоаміачний розчин за допомогою термосифона
подається в абсорбер. Рідкий аміак із конденсатора надходить у випарник.
Парціальний тиск аміаку у випарнику нижчий, ніж у конденсаторі, і аміак
випаровується в середовище водню, охолоджуючи при цьому низькотемпературне
і холодильне відділення. Важка суміш аміаку і водню з випарника надходить в
абсорбер, де аміак абсорбується слабким водоаміачним розчином, який стікає
протитечією. З абсорбера у випарник надходить газова водоаміачна суміш із
невеликим вмістом аміаку. У газовому теплообміннику тепла водоаміачна суміш
на шляху до випарника охолоджується холодною водоаміачною сумішшю з
випарника [56, 57].
Т- терморегулятор; Л- лампа; В- вимикач; Н- електронагрівач.
Рисунок 4.2 - Електрична схема
Електрообладнання холодильника "Иней" АШ-120 (рисунок 4.2)
складається з таких елементів: електронагрівача Н типу НЕХ2-2 з ніхромовою
спіраллю закритого типу; терморегулятора Т типу Т-110-5, який автоматично
підтримує в камері задану температуру; дверного вимикача B типу ДХК-УЗ і
лампи розжарювання Л типу РН 220-15, призначених для освітлення камери;
сполучного шнура зі штепсельною вилкою Ш.
У таблиці 4.1 наведено технічні характеристики холодильника.
Таблиця 4.1 - Технічні характеристики холодильника "Іней" АШ-120
Обсяг загальний 120 дм³
корисний 10 дм³
низькотемпера
турного
відділення
Температура в низькотемпературному відділенні за -6 °С
температури навколишнього середовища повітря 32°С
не вище
Витрата електроенергії за середньої температури в 32 3 кВт-
холодильній камері 5°С і температурі навколишнього год/добу
повітря
25 2,6 кВт-
год/добу
Напруга 220 В
Частота струму 50 Гц
Тиск у холодильному агрегаті під час температурі 2,1 МПа
навколишнього повітря 25°С
Середня споживана потужність електронагрівача 123 Вт
Габаритні розміри (висота х ширина х глибина) 1070х560х610 мм
Площа підлоги, яку займає холодильником 0,342 м²
Маса 60 кг
4.1.2 Автоматизована система вимірювання температур
На рисунку 4.3 представлена схема розташування термопар для вимірювання
температур робочої речовини абсорбційного холодильника.
Вимірювання температур виконано з використанням вимірювача температур
багатоканального прецизійного "Термовимірювач ТМ-12" (рисунок 4.4)
контактним способом за допомогою первинних перетворювачів - термометрів
опору (ТС) з урахуванням індивідуальних статичних характеристик (ІСХ).
t11 - температура холодоагенту після електронагрівача; t12 - температура
холодоагенту на вході в конденсатор; t13 - температура холодоагенту на виході з
конденсатора; t14 - температура холодоагенту на виході з низькотемпературного
випарника; t15 - температура холодоагенту на виході з високотемпературного
випарника; t16 - температура на виході з газового теплообмінника.
Рисунок 4.3 - Схема підключення термопар
Рисунок 4.4 - Вимірювач температур багатоканальний прецизійний
"Термовимірювач ТМ-12"
4.1.3 Автоматизована система вимірювання потужності
навантаження холодильника
Автоматизовану систему вимірювання потужності навантаження виконано на
підставі електровимірювального цифрового приладу PS194P-2K1T (ватметр),
призначений для вимірювання відповідно активної та реактивної потужності в
трифазних та однофазних мережах змінного струму, який представлено на
рисунку 4.5. Додатково прилад вимірює напругу, струм і його частоту.
Принцип вимірювання приладу заснований на аналогово-цифровому
перетворенні миттєвих значень вхідних струмів і напруг і подальшому
розрахунку параметрів електричної мережі.
Ватметр має номінальне значення лінійної вхідної напруги 110 В, у зв'язку з цим,
щоб не перевищувати цю допустиму межу (постійне перевантаження не більше
1,2 номінального значення) для вимірювання напруги електричної мережі
встановлено підвищувальний трансформатор напруги.
Рисунок 4.5 - Електровимірювальний цифровий прилад PS194P-2K1T
(ватметр)
1-електрична мережа 220 В, 2-навантаження (холодильник "Іней" АШ-120),
3- трансформатор регулювальний РНО-250-0,5-М, 4-ватметр PS194P-2K1T.
Рисунок 4.6 - Електрична схема вимірювання потужності навантаження
В електричній схемі вимірювання потужності навантаження
використовується лабораторний трансформатор регулювальний типу РНО-250-
0,5-М (рисунок 4.6). Прилад призначений для плавного регулювання напруги
змінного струму частотою 50Гц (60Гц) під час різних електротехнічних робіт.
У таблиці 4.2 подано його технічні характеристики.
Таблиця 4.2 Технічні характеристики лабораторного трансформатора
регулювального РНО-250-0,5-М
Параметр Значення
Номінальна потужність до 0,5 кВт
Номінальна первинна напруга 127/220В
Межа регулювання вторинної напруги від 0 до 250В
Номінальний струм навантаження 2А
Номінальна частота 50Гц
Число фаз 2
Кількість регульованих ланцюгів 2
4.1.4 Результати випробувань абсорбційного холодильника "Іней-120"
У результаті випробувань абсорбційного холодильника "Іній" АШ-120
отримано теплотехнічні характеристики дослідного холодильного стенда
(температури циклу, потужність генератора АХМ, холодопродуктивність). В
таблиці 4.3 представлено експериментальні дані - основні характеристики його
робочих режимів. Експеримент проводили на обладнанні заводського
виготовлення, що складається із замкнутого контуру суцільнозварних труб. Під
час установлення всіх вимірювальних датчиків с метою визначення дослідним
шляхом його технічних характеристик герметичність установки не була
порушена. Вимірювання температур проводилося за схемою і на базі вторинного
приладу "Термовимірювач ТМ-12", а вимірювання споживаної потужності з
використанням схеми і ватметра, описаних дещо раніше.
Холодопродуктивність морозильної камери було вивчено "польовим"
методом. Експеримент полягав у повному заморожуванні 1,5 літрів дистильованої
води. За відомою масою, теплотою фазового переходу і фіксованим часом, за який
цей процес відбудеться, визначалася повна холодопродуктивність Q. Споживана
потужність N вимірювалася ватметром.
Таблиця 4.3 Технічні характеристики абсорбційного холодильника "Іній"
АШ-120
Початкова температура води - 22.54 °С
№ Час t11,°С t12,°С t13,°С t14,°С t15,°С t16,°С I, А U, В N, Вт
1 8:45 132.61 44.70 25.80 -17.24 -8.78 22.79 0.513 226.5 115.6
2 9:30 139.96 45.62 27.25 -13.43 -7.71 25.10 0.514 227.0 116.2
3 10:00 139.16 45.49 27.40 -12.72 -3.08 25.27 0.514 226.6 115.7
4 10:30 138.43 45.51 27.27 -12.78 -3.63 25.43 0.512 226.0 115.4
5 11:00 139.47 45.50 27.30 -13.06 -3.68 25.51 0.514 226.7 116.6
6 11:30 141.51 45.42 27.20 -13.42 -3.71 25.51 0.513 226.5 115.6
7 12:00 141.26 45.32 27.21 -13.94 -3.64 25.49 0.511 225.3 114.8
8 12:30 141.43 45.11 26.92 -15.69 -7.33 25.01 0.512 226.0 115.2
9 13:00 141.40 45.13 27.11 -15.99 -7.98 25.00 0.511 225.6 115.3
10 13:30 142.32 45.22 27.22 -15.50 -7.26 25.15 0.513 226.4 115.6
11 14:00 143.16 45.03 26.94 -15.37 -5.87 25.11 0.512 225.9 115.4
12 15:00 143.50 45.04 26.81 -15.22 -5.01 25.13 0.512 226.3 115.5
13 16:00 143.24 45.02 26.81 -15.27 -4.21 25.15 0.512 226.1 115.2
14 17:00 143.31 44.89 26.76 -15.21 -4.17 25.17 0.512 225.8 115.3
15 18:00 143.25 45.08 26.76 -14.74 -2.71 25.14 0.512 226.2 115.1
16 19:00 138.63 45.17 26.47 -14.68 -3.04 23.35 0.496 219.4 108.4
17 20:00 136.82 45.47 26.67 -14.35 -4.83 23.61 0.497 219.8 108.7
18 21:00 135.82 45.42 26.83 -14.20 -4.65 23.88 0.500 221.1 109.8
19 22:00 135.80 45.30 26.87 -14.32 -5.00 23.94 0.497 220.0 109.5
20 23:00 136.61 45.48 26.91 -14.18 -6.13 24.04 0.501 221.7 110.7
21 24:00 138.15 45.61 27.04 -14.17 -5.70 24.19 0.505 222.9 112.1
22 01:00 138.82 45.56 27.09 -14.28 -5.66 24.31 0.504 222.6 111.7
23 02:00 139.82 45.63 27.14 -14.32 -6.49 24.38 0.508 224.4 113.9
24 03:00 140.56 45.51 27.14 -14.43 -5.73 24.33 0.509 224.7 114.3
25 04:00 140.92 45.57 27.31 -14.51 -6.14 24.41 0.512 226.0 115.4
26 04:50 141.31 45.68 27.40 -14.58 -7.49 24.54 0.513 226.5 115.8
Оцінку холодопродуктивності в морозильній камері можна отримати за
такими формулами:
-Кількість теплоти, що віддається водою під час охолодження від 22,54 °С до
0 °С, визначається як:
де Gв = 1,5 -10 м3 - об'єм води, що заморожується; cв = 4200 Дж/(кг-
°С) - питома теплоємність води.
- Кількість теплоти, що віддається водою під час кристалізації її в лід,
визначається як:
де λ = 340 кДж/кг - питома теплота плавлення льоду.
- Загальна кількість теплоти, що віддається водою:
Холодильний коефіцієнт оцінювали за формулою:
У результаті проведених розрахунків холодопродуктивність морозильної
камери склала 32,56 кДж/год, а холодильний коефіцієнт 0,3.
4.2 Технічна характеристика основних вузлів і апаратів дослідного
комплексу АХМ і ТНУ
Гідравлічну схему дослідного комплексу АХМ і ТНУ представлено на
рисунку 4.7.
Рисунок 4.7 - Гідравлічна схема дослідного комплексу АХМ - ТНУ
Загальний вигляд усього дослідного комплексу АХМ - ТНУ наведено на
рисунку 4.8.
Рисунок 4.8 - Загальний вигляд дослідного комплексу АХМ - ТНУ
Дослідний комплекс АХМ - ТНУ, представлений на рисунку 4.7, містить у
собі: перший конденсатор 1, низькотемпературний випарник 2,
високотемпературний випарник 3, газовий теплообмінник 4, абсорбер 5, збірник
розчину 6, водо-фреоновий теплообмінник 7, термосифон 8, генератор 9,
теплонасосну установку 10 і бойлер 17. Теплонасосна установка 10 включає в
себе другий конденсатор 11, компресор 12, випарник 13, дросельну арматуру 14,
охолоджувач рідини 15 і фільтр 16.
Дослідний комплекс АХМ - ТНУ працює т а к : генератор, що містить
термосифон для перекачування міцного розчину в перший конденсатор парів
холодоагенту, вихід якого під'єднано до входу послідовно сполученим низько- і
високотемпературного випарників для виробництва холоду, вихід випарника
пов'язаний через газовийтеплообмінник для теплового і холодного потоку газу, з
абсорбером, в якому відбувається поглинання слабким розчином парів
холодоагенту, після якого слідує збірка розчину, пов'язана з термосифоном
генератора, який підігрівається від теплонасосної установки, зі свого боку
теплонасосна установка забезпечена водо- фреоновим теплообмінником, який
включений послідовно по фреоновому внутрішньому контуру ТНУ з другим
конденсатором, охолоджувачем рідини, фільтром, дросельною арматурою,
випарником і компресором.
Теплонасосна установка працює для перенесення теплової енергії від
низькопотенційного джерела (охолоджувальна вода) до споживача з вищою
температурою (гарячої води в бойлері). При цьому підвищується коефіцієнт
перетворення абсорбційного холодильника в цілому, виключається необхідність у
нагрівальному пристрої генератора (експериментальний стенд №1), що збільшує
економічність установки.
На відміну від автономного АХМ, що працює від електричного нагрівача,
встановленого на трубці термосифона, в комплексі АХМ - ТНУ встановлено
водо-фреоновий теплообмінник.
Водо-фреоновий теплообмінник, що представлений на рисунку 4.9,
виконаний у вигляді двох труб, стягнутих між собою трьома хомутами,
виконаними з мідних пластин 10х2х0.2. Перша трубка діаметром 10х2 - трубка
термосифона холодильного агрегату "Іній" АШ-120 з нержавіючої сталі марки
12Х10Н і ділянкою в 370 мм. Друга трубка діаметром 12х2 - трубка, пов'язана
з виходом компресора ТНУ по фреоновому контуру, виконана з міді ділянкою
370 мм. Місця зіткнення двох трубок добре промазані термопровідною пастою
для поліпшення контакту і зниження недогріву в теплообміннику. Генератор із
водо-фреоновим теплообмінником укладений у кожух, заповнений тепловою
ізоляцією.
1 - трубка термосифона холодильного агрегату "Іній" АШ-120; 2 - трубка
виходу з компресора ТНУ по фреону; 3 - хомути з мідних пластин.
Рисунок 4.9 - Водо-фреоновий теплообмінник дослідного комплексу АХМ
- ТНУ
4.3 Технічна характеристика ТНУ в складі дослідного комплексу
Експериментальна частина стенду реалізує зворотний термодинамічний
(холодильний) цикл і дає змогу проводити дослідження з оптимізації
енергетичних циклів, вибору робочих тіл ТНУ, оптимізації конструкції
випарника/конденсатора ТНУ. Модульна конструкція стенду дає змогу
оперативно змінювати конфігурацію робочої ділянки у випарнику/конденсаторі та
проводити зміну робочої речовини ТНУ.
Для визначення енергетичної ефективності застосування різних РВ у ТНУ і
порівняння її з ефективністю таких установок на традиційних РВ
використовується експериментальний стенд модульного типу, який допускає
оперативну заміну холодоагенту.
Зовнішніми системами для досліджуваної ТНУ є система гарячого
водопостачання, що складається з бака ГВП, який нагріває водопровідну воду для
водопостачання, циркуляційного насоса, а також розімкнута система відбору
низькопотенційної теплоти від мережевої води.
Для забезпечення заданої теплопродуктивності було обрано фреоновий
компресор MT 36-4VM відомої фірми Maneurop з трифазним електроприводом.
К - компресор; ЕД - електродвигун; ПЧ - перетворювач частоти; ТРВ-
терморегулювальний вентиль; ВЕМ - вентиль електромагнітний; ОР -
відокремлювач рідини; ФО - фільтр-осушувач; Н - водяний насос; ГВП -
гаряче водопостачання; t1 ,t2 ,t3 ,t4 ,t5 ,t6 - температури РВ у характерних точках
контуру; pи , ри - надлишковий тиск РВ на вході та виході з випарника; pк , рк -
надлишковий тиск РВ на вході та виході з конденсатора; t7 ,t8 - температура води
на вході і виході з конденсатора з витратою G в системі ГВП, t9 ,t10 - температура
води на вході та виході випарника з витратою и від низькопотенційного джерела
Рисунок 4.10 - Схема вимірювання робочих режимів комплексу АХМ-
ТНУ
Дослідний комплекс АХМ-ТНУ (рисунок 4.10) оснащений системами
вимірювання робочих параметрів установки:
- тиску РВ: зразковими манометрами МО 11202 з верхньою межею
вимірювання тиску 10 і 25 кгс/см2 у випарнику і конденсаторі (клас точності 0,4);
- температури РВ і теплоносія (води): багатоканальним прецизійним
вимірювачем температури (МКПВТ) "Термовимірювач ТМ-12.2";
- витрати води: лічильниками СКВГ90-3/15 у випарнику і Valtec серії
VLF-R-Universal у конденсаторі.
На рисунку 4.11 представлено конструкційну схему випарника
експериментального стенда ТНУ
1- патрубок підведення води зовнішнього контуру; 2- патрубок відведення
води зовнішнього контуру; 3- корпус теплообмінника (зовнішня труба); 4-
патрубок підведення фреону; 5- патрубок відведення фреону; 6- колектор; 7-
пучки внутрішніх труб меншого діаметру; 8- центральна (перепускна) труба
більшого діаметру
Рисунок 4.11 - Конструкційна схема випарника експериментального
стенда ТНУ
Теплообмінний апарат містить дев'ять внутрішніх труб, причому одна з них,
розташована в центрі, виконана більшим діаметром, ніж труби, що її оточують.
На кінцях теплообмінника розташовано розподільчі колектори, забезпечені
перегородками, причому на одному кінці модуля перегородка встановлена вище
за трубу, розташовану в центрі, а на іншому кінці - нижче за цю трубу. Зовнішня
поверхня труб оброблена за технологією деформувального різання.
У випарнику робоча поверхня дає змогу отримати малу величину
охолодження низькопотенційного потоку води в діапазоні кількох градусів Δt=ts1 -
t =3-5 °
s2 C. Цю конструкцію застосовували й раніше, вона захищена авторським
свідоцтвом [58, 59]. Потік води через вхідний колектор (6) рухається паралельно в
пучку з чотирьох трубок (7) протитечією фреону. Потім розгортається у
зворотному напрямку і повертається центральною перепускною трубкою (8) і
знову від вхідного колектора рухається протитечією фреону в пучку з чотирьох
трубок. Робоча речовина контуру конденсується або кипить на ошипованной
поверхні в міжтрубному просторі. Опис структури ошипованої поверхні наведено
в таблиці 4.4.
Таблиця 4.4 - Характеристика геометричної структури основних
елементів робочої поверхні випарника
Параметр Позначення Труба в 2-х Труба
пучках по 4-е шт. центральна,
у кожному перепускна
Зовнішній діаметр необробленої труби D0нар, мм 12 22
Внутрішній діаметр необробленої труби Dвн, мм 9 19
Зовнішній діаметр труби, обробленої за Dнар, мм 13,8 23,9
технологією деформувального різання
Матеріал - Мідь М1 Мідь М1
Висота шипа h, мм 1,3 1,35
Міжреберний зазор δ1 0,3 0,3
Кореневий діаметр Dк 11,2 22,2
Крок шипів S1 0,6 0,6
Окружний крок S2 1,4 1,4
Міжреберний зазор за гвинтовою спіралі δ2 0,44 0,44
Довжина робочої (ошипованої) поверхні Lі 1260 1260
випарника
Площа робочої (ошипованної) поверхні F1і 0,03562 0,07517
кожної труби випарника, приведена до
їхньої внутрішньому діаметру
Площа робочої (ошипованної) поверхні Fі 0,32776
всього випарника
Коефіцієнт оребрення ξ 7,0-7,5
Шипи утворені підрізанням матеріалу (без стружки) і розворотом його як у
поперечному напрямку (крок S1 і зазор δ1 ), так і по гвинтовій спіралі вздовж осі
труби (крок S2 і зазор δ ).2
Корпусом випарника є гладка труба з сталі 12ХН10Т діаметром 59,4 мм і
довжиною 1165 мм.
На рисунку 4.12 представлено конструкційну схему конденсатора
експериментального стенда ТНУ.
Конденсатор складається з двох однакових модулів, з'єднаних між собою по
водяному тракту перепускним сильфонним металевим шлангом - 2, а по
холодоагенту перепускною трубкою - 10. З метою забезпечення стоку конденсату
модулі розташовані до горизонталі під нахилом 15-17°. Кожен модуль містить сім
внутрішніх труб - 7, однакового діаметру: одна з них розташована в центрі, а
решта шість під рівним кутом відносно центру - навколо. На торцях корпусу - 4
встановлено водяні колектори - 8, герметичний поділ потоків забезпечують паяні
трубні дошки - 9. Зовнішня поверхня труб оброблена за технологією
деформувального різання.
1- патрубок підведення води зовнішнього контуру; 2- перепускний
сильфонний металевий шланг; 3- патрубок відведення води зовнішнього контуру;
4- корпус модуля теплообмінника (зовнішня труба); 5- патрубок підведення
фреону; 6- патрубок відведення фреону; 7- пучки внутрішніх труб; 8- кришка
модуля; 9- трубна дошка; 10- перепускна труба між модулями
Рисунок 4.12 Конструкційна схема конденсатора експериментального
стенду ТНУ
У теплообмінному апараті робоча поверхня дає змогу отримати більшу
величину нагріву потоку води в діапазоні кількох градусів Δt=ts1 -t =3-5 °
s2 C. Дана
конструкція є новаторським винаходом і раніше не застосовувалася, і не
використовувалася в експериментальних роботах. Потік води через вхідний
патрубок води (1) першого модуля рухається паралельно в пучку з семи трубок (7)
прямотоком фреону. Потім через перепускний шланг надходить у другий модуль і
знову від вхідного рухається прямотоком фреону в пучку із семи трубок. Робоча
речовина контуру спочатку охолоджується, а потім конденсується на ошипованій
поверхні в міжтрубному просторі. Опис структури ошипованої поверхні наведено
в таблиці 4.5.
Таблиця 4.5 - Характеристика геометричної структури основних
елементів робочої поверхні конденсатора
Параметр Позначення Пучок труб із 7 шт.
Зовнішній діаметр необробленої труби D0нар, мм 10
Внутрішній діаметр необробленої труби Dвн, мм 7
Зовнішній діаметр труби, обробленої за технологією Dнар, мм 13
деформувального різання
Матеріал - Мідь М1
Висота шипа h, мм 1,3
Міжреберний зазор δ1 0,3
Кореневий діаметр Dк 9,2
Крок шипів S1 0,6
Окружний крок S2 1,4
Міжреберний зазор за гвинтовою спіралі δ2 0,44
Довжина робочої (ошипованої) поверхні конденсатора Lк 1200
Площа робочої (ошипованної) поверхні кожної труби F1к 0,02639
конденсатора, приведена до їхньої внутрішньому діаметру
Площа робочої (ошипованної) поверхні всього Fк 0,25730
конденсатора
Коефіцієнт оребрення ξ 7,0-7,5
Шипи утворені підрізанням матеріалу (без стружки) і розворотом його як у
поперечному напрямку (крок S1 і зазор δ1 ), так і по гвинтовій спіралі вздовж осі
труби (крок S2 і зазор δ ).2
Корпусом модуля конденсатора є гладка труба зі сталі 12ХН10Т діаметром
50,0 мм і довжиною 1290 мм.
Висновки
1) Дослідним шляхом отримано холодильний коефіцієнт для АХМ, що
працює від електронагрівача, і становить 0,3. Коефіцієнт є низьким для сучасних
холодильних апаратів, який становить 0,8.
2) Спроєктовано та розроблено експериментальний стенд АМХ-ТНУ
для дослідження енергетичних і теплотехнічних характеристик, а також для
можливості підвищення холодильного коефіцієнта всього комплексу в цілому;
3) Спроєктовано і виготовлено ТНУ з оригінальною конструкцією
конденсатора для проведення випробувань на різних РВ, з можливістю отримання
максимально можливої температури на виході з компресора.
Розділ 5 БЕЗПЕКА ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ТА ОХОРОНА ПРАЦІ
МКР 24.144.93 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Кривчун Безпека життєдіяльності та Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Цікановський охорона праці
Реценз.
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-35
Затверд. Калейніков
Розділ 5 БЕЗПЕКА ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ТА ОХОРОНА ПРАЦІ
Під час виконання робіт може статися ураження працівників електричним
струмом. Це пов’язано з тим, що застосовують пересувне, переносне та
стаціонарне обладнання (пристрої) із живленням від силової електромережі чи
акумуляторів.
Працівники часто використовують лампи місцевого освітлення із
прокладанням тимчасових електроліній у приміщеннях. Крім того, у приміщеннях
в експлуатації перебувають машини, механізми та пристрої з електроприводом
(електро- і теплонагрівачі, центрифуги, холодильники, транспортери тощо). Тож в
усіх підрозділах сільськогосподарських підприємств потрібно розробляти й
упроваджувати організаційні та технічні заходи й засоби електробезпеки для
захисту працівників від шкідливої та небезпечної дії електричного струму.
5.1 Нормативна база
Улаштування, утримання, експлуатація і обслуговування електричних
установок та електричних мереж повинні відповідати вимогам таких документів:
• Правила улаштування електроустановок (ПУЕ), затверджені наказом
Міністерства енергетики та вугільної промисловості України від 21.07.2017
№ 476;
• Правила технічної експлуатації електроустановок споживачів
(ПТЕЕС), затверджені наказом Міністерства палива та енергетики
25.07.2006 № 258;
• Правила безпечної експлуатації електроустановок споживачів
(ПБЕЕС), затверджені наказом Міністерства праці та соціальної політики
України та Комітету по нагляду за охороною праці від 09.01.1998 № 4;
• Правила експлуатації електрозахисних засобів (НПАОП 40.1-1.07-
01), затверджені наказом Міністерства праці та соціальної політики
України від 05.06.2001 № 253.
Причини ураження електричним струмом та електротравматизму
Ураження електричним струмом під час виконання робіт у виробничих,
допоміжних і побутових приміщеннях комплексу чи інших робіт може статися
внаслідок низки чинників:
• доторкання до струмовідних частин під напругою внаслідок
недотримання правил електробезпеки, дефектів конструкції та монтажу
електрообладнання;
• доторкання до неструмовідних частин, які опинилися під напругою
внаслідок пошкодження електричної ізоляції, перехрещування проводів
тощо;
• помилкового спрямування електричного струму в електроустановку,
де працюють люди;
• відсутності надійних захисних пристроїв від потрапляння в
електричне коло;
• дії крокової напруги в разі перебування людей у зоні стікання
електричного струму в землю (біля обірваного проводу, який лежить на
землі, чи біля заземлювального пристрою).
Здебільшого приміщення за ступенем небезпеки ураження електричним
струмом належать до особливо небезпечних.
Високий рівень небезпеки зумовлений насамперед тим, що в приміщення
потрапляє дощ, сніг, збирається волога на стелі, підлозі, стінах і внутрішніх
конструкціях, у повітрі наявне хімічно-активне середовище (постійно або
тривалий час перебувають агресивні пари та гази, утворюються вологі відклади
або цвіль). Усе це руйнівно діє на електроізоляцію та струмопровідні частини
електрообладнання.
У приміщеннях одночасно можуть бути дві або більше умов підвищеної
електричної небезпеки:
• із водяної пари конденсується волога у вигляді дрібних крапель —
відносна вологість повітря перевищує 75%;
• струмопровідний пил осідає на проводах, може проникати всередину
машин і апаратів;
• струмопровідна підлога — земляна, залізобетонна тощо;
• можливість одночасного доторкання людини до металевих корпусів
електрообладнання з одного боку і до з’єднаних із землею
металоконструкцій будівель, технологічного устаткування, механізмів — з
іншого.
Під час виконання робіт у комплексах трапляються випадки
електротравматизму — різноманітних фізіологічних реакцій на ураження
електричним струмом. Міра таких уражень залежить від сили струму, тривалості
контакту, опірності тканин.
Основні причини електротравматизму робітників:
• недостатність знань працівників із питань електробезпеки,
несумлінне перевіряння таких знань і неправомірність присвоєння груп
кваліфікації з електробезпеки працівникам, які обслуговують
електроустановки;
• порушення правил улаштування і технічної експлуатації
електроустановок й охорони праці під час роботи на них;
• неправильне розташування пускової апаратури та розподільчих
пристроїв, захаращеність підходів до них;
• несправність електроізоляції, через що металеві неструмовідні
частини обладнання можуть опинитися під електричною напругою;
• несправність заземлювальних провідників;
• використання електрозахисних пристроїв, що не відповідають
умовам виконання робіт;
• виконання електромонтажних і ремонтних робіт без зняття
електричної напруги з обладнання
• застосування проводів і кабелів, що не відповідають умовам
виробництва та напрузі в електромережі;
• живлення кількох споживачів від загального пускового пристрою із
захистом, розрахованим на вимкнення найбільш потужного з них;
• виконання робіт без індивідуальних засобів електрозахисту або
використання захисних засобів, що не пройшли випробування;
• несвоєчасне перевіряння опору електричної ізоляції та
заземлювальних пристроїв;
• відсутність позначень небезпечних зон, засобів орієнтування, знаків
безпеки, пристроїв блокування й огородження місць проведення
електротехнічних робіт.
Рис.5.1 Система електробезпеки
Електрозахисні заходи
Електрозахисні заходи впроваджують здебільшого для того, щоб уникнути
доторкання працівників до струмопровідних частин електроустановок, які
перебувають під напругою.
Вимогами електробезпеки регламентовано розташування незахищених від
пошкодження струмовідних частин на висоті не нижче, ніж 2,5 м від підлоги,
тобто на недоступній для людини висоті. Усі нижче розташовані струмовідні
елементи (кабелі, проводи тощо) потрібно закривати металопрофілем (кутниками,
швелерами), прокладати в трубах (бронешлангах) чи ховати під підлогою
(штукатуркою).
Щоб забезпечити недоступність торкання людиною провідників струму,
рубильники, увідні, силові, розподільчі й електрощити розташовують у нішах
(корпусах) із замкненими дверцятами (ключі видають лише електротехнічному
персоналу для виконання певних робіт під підпис).
Провідники (жили кабелів чи проводів) з’єднують у закритих
електротехнічних коробках. місця під’єднання провідників до автоматичних
(пакетних) вимикачів потрібно закривати екранами з ізоляційного матеріалу та
захисними накривками. Так само потрібно ізолювати всі тимчасові з’єднання
провідників.
Заносити металеві довгомірні металеві предмети (труби, кутники, швелери) у
приміщення дозволено лише вдвох, тримаючи довгоміри за протилежні кінці,
навіть якщо незакриті струмовідні елементи (проводи, кабелі) розміщено вище 2,5
м від підлоги.
Електрозахисні заходи поділяють на організаційні та технічні.
До організаційних електрозахисних заходів належать:
• запровадження персональної відповідальності працівників, які
організовують і виконують роботи в електроустановках;
• оформлення завдання на роботу електротехнічним працівникам за
нарядом-допуском чи розпорядженням;
• належне оформлення початку роботи (згідно з кваліфікацією
залучених працівників), перерв під час роботи та її закінчення;
• запровадження належного нагляду за безпекою виконання
електротехнічних робіт тощо
До основних технічних електрозахисних заходів належать:
• від’єднання на період обслуговування чи ремонту електроустановки
чи її частин від джерела живлення (замкове зачинення вимкнених апаратів,
зняття запобіжників, від’єднання кінців живильних ліній). Лише
забезпечення «видимого розриву» унеможливить помилкове подавання
напруги на електроустановку, на якій працюють люди;
• улаштування огорож (суцільних, сітчастих, ґратчастих тощо)
струмопровідних частин обладнання, які перебувають під напругою, із
дотриманням відповідних відстаней;
• застосування блокувальних пристроїв і попереджувальної
сигналізації для запобігання доступу людини до небезпечної зони
струмовідного обладнання;
• накладання переносного заземлювача під час виконання ремонтних
робіт на електроустановках;
• використання засобів орієнтування в електроустановках — написів,
різнокольорової ізоляції;
• установлення знаків безпеки тощо.
Важливим є дотримання обов’язкової умови — певні види робіт на
електроустановках виконують працівники згідно з отриманими ними групами
електробезпеки Під’єднувати і від’єднувати магістральні або живильні лінії
електромережі на комплексі, лінії, що живлять окремі електроустановки,
мають право лише електротехнічні працівники (електрики) відповідної
кваліфікації.
Обслуговування вантажопідіймальних механізмів, ручного
електроінструменту, переносних і пересувних струмоприймачів, складного
технологічного обладнання, під час роботи якого необхідно постійно здійснювати
технічний нагляд, коригувати ведення технологічних режимів за допомогою
засобів регулювання електроапаратури (електроприводів), повинні здійснювати
спеціально підготовлені електротехнічні працівники (електромонтери), яким
присвоєно групу з електробезпеки не нижче ІІ .
Кваліфікація електротехнічних працівників, які одноосібно обслуговують
електроустановки напругою вище 1 кВ, повинна бути не нижче ІV групи, а для
електроустановок напругою до 1 кВ — не нижче ІІІ групи з електробезпеки.
5.2. Електрозахисні методи
Електрозахисні методи у комплексі використовують, щоб захистити людей
від дії електричного струму, якщо буде пошкоджено електроізоляцію та з’явиться
електричний потенціал на корпусі електроустановки.
Основними електрозахисними методами у комплексі є:
• улаштування захисного заземлення і захисного занулення корпусів
електроустановок;
• застосування подвійної ізоляції, зокрема для переносних
струмоприймачів — електроінструменту;
• застосування пристроїв автоматичного захисного вимкнення
електроустановок;
• улаштування пристрою вирівнювання електричних потенціалів.
Рис.5.2 Вимоги щодо наявності відповідної групи з електробезпеки
Електрозахисні засоби
Електрозахисні засоби (діелектричні засоби індивідуального захисту)
використовують під час експлуатації та обслуговування, зокрема і ремонту
електроустановок. Застосовувати їх необхідно згідно з вимогами Правил
експлуатації електрозахисних засобів (НПАОП 40.1-1.07-01), затверджених
наказом Міністерства праці та соціальної політики України від 05.06.2001 № 253.
Електрозахисні засоби мають різне застосування, що пов’язано з метою
використання та напругою живлення електроустановок (до 1000 В і понад 1000
В). Електрозахисні засоби поділяють на основні та додаткові. До основних
електрозахисних засобів для електроустановок напругою до 1000 В належать:
Таблиця 5.1Основні електрозахисні засоби до 1000 в
Якщо під час виконання робіт за напруги понад 1000 В потрібно
використовувати основні електрозахисні засоби, призначені для роботи на
електроустановках напругою до 1000 В, то їх дозволено застосовувати лише як
допоміжні.
Додаткові електрозахисні засоби для електроустановок напругою до 1000 В:
• діелектричні килимки;
• діелектричні калоші або боти;
• діелектричні підставки (наприклад, окремі драбини, щити, настили).
Випробовують електрозахисні засоби періодично у встановлені терміни:
• електроінструмент і діелектричні рукавиці — 1 раз на 6 місяців;
• діелектричні калоші — 1 раз на 2 роки;
• діелектричні боти — 1 раз на 3 роки;
• діелектричні килимки — лише після виготовлення;
• інші — 1 раз на рік.
Щоразу перед використанням електрозахисних засобів їх перевіряють на
придатність до застосування, а саме слід:
• перевірити термін наступного випробування на штампі;
• упевнитися у відсутності механічних пошкоджень (проколів у
діелектричних рукавицях, тріщин тощо ).
Дієздатність покажчиків напруги перевіряють на ввімкнутій
електроустановці.
Відмітки про випробування заносять до протоколів, а на гумових виробах
ставлять штампи фарбою (мастикою). На інших електрозахисних засобах
наклеюють написи, на яких зазначають дату наступних випробувань.
Електрозахисні засоби зберігають окремо від іншого інструменту та
пристосувань (особливо колючих, гострих тощо).
Заборонено зберігати на підприємстві доступними для використання
електрозахисні засоби, які не витримали випробування, щоб не допустити
помилкового користування ними.
Особливості влаштування електромереж на фермах і в інших приміщеннях
Живлення електроустановок приміщень виконують від мережі напругою
380/220 В змінного струму. У приміщеннях здебільшого застосовують
електроприймачі у трифазному виконанні.
Допустимим є застосування однофазних електроприймачів потужністю не
більше 1,3 кВт, які вмикають на лінійну напругу, і не більше 0,6 кВт у разі їх
вмикання на фазну напругу.
Вимикачі та запобіжники рекомендують установлювати в сусідніх із вогкими
сухих приміщеннях, а кнопки керування пусковою апаратурою — безпосередньо
біля робочих місць.
Кнопки та світильники вибирають придатними для вогких приміщень із
хімічно активним середовищем. Електродвигуни також повинні бути
спеціального виконання, що важливо для безпеки працівників.
Усі електродвигуни повинні бути захищені від короткого замикання
автоматичними вимикачами, а також мати захист від перевантаження (теплові
реле, вмонтовані в електромагнітний пускач).
На електродвигунах і використовуваних механізмах фарбою наносять
стрілки, які вказують напрямок обертання ротора двигуна та механізму. На
пускових пристроях повинні бути написи «Пуск», «Стоп» або «Вперед», «Назад» і
«Стоп».
Вводи повітряних ліній до приміщень захищають від перенапруги внаслідок
удару блискавки. Для цього заземлюють гаки та штирі на дерев’яних опорах, а на
залізобетонних опорах, окрім того, ще й арматуру.
Заборонено розміщувати заземлювальні пристрої, призначені для
блискавкозахисту, біля входу до приміщення й у місцях, де можуть перебувати
люди.
Проводи та кабелі, які використовують у приміщеннях, повинні відповідати
умовам середовища всередині приміщень.
З’єднання і відгалуження проводів потрібно виконувати опресуванням,
зварюванням або припаюванням.
Місце з’єднань проводів ізолюють подвійним шаром ізоляційної стрічки так,
щоб її початок і кінець перекривали ізоляцію проводу не менше, ніж на 10 см у
кожний бік. Прокладати заізольовані проводи потрібно на висоті не менше, ніж
2,5 м від підлоги, інакше необхідно захищати їх від механічного пошкодження та
випадкового доторку людиною.
Відстань від проводів до металевих трубопроводів має бути не менше 10 см.
Для всіх групових кіл, які живлять штепсельні розетки, необхідно
встановлювати додатковий захист від прямого доторку за допомогою пристрою
захисного вимкнення (ПЗВ) із номінальним диференційним струмом вимкнення
не більше 30 мА.
У приміщеннях, де не потрібно влаштовувати систему вирівнювання
електричних потенціалів, виконують захист за допомогою ПЗВ із номінальним
диференційним струмом вимкнення не більше 100 мА. ПЗВ встановлюють на
ввідному щитку до приміщення.
Захисне вимкнення живлення
Захисне вимкнення живлення — це захист від потрапляння електричного
потенціалу на корпус електроустановки, що реалізується через вимкнення
живлення електроустановки протягом сотих часток секунди.
Його улаштовують у виробничих приміщеннях, які особливо небезпечні
щодо ураження електричним струмом, тобто коли є висока ймовірність
пошкодження електроізоляції, зокрема у приміщеннях.
Пристрої захисного вимкнення дають змогу вимкнути електроустановку
набагато швидше, ніж автоматичні вимикачі чи плавкі запобіжники. У ПЗВ
встановлено чутливі елементи, які реагують на появу напруги на корпусі
електроустановки щодо землі, напруги між нейтраллю і землею чи відстежують
величину стікання струму з фази на землю.
5.3. Автоматичне вимкнення живлення
Для захисту людей від непрямого доторку улаштовують автоматичне
вимкнення живлення із застосуванням системи занулення електроустановок із
роздільними нульовим захисним провідником (РЕ-провідником) і нульовим
робочим провідником (N-провідником). Розподіляють PEN-провідник на
нульовий захисний (РЕ) і нульовий робочий (N) на ввідному щитку до
приміщення.
Швидкість спрацювання захисного автоматичного вимкнення живлення
(наприклад, автоматичними вимикачами) у приміщеннях для утримання не
повинна перевищувати 0,2 с і 0,05 с відповідно за номінальної фазної напруги 220
В і лінійної напруги 380 В. Якщо таку тривалість вимкнення не можна
гарантувати, то необхідно на фермі встановлювати додаткові захисні засоби,
наприклад, систему вирівнювання електричних потенціалів.
Захисне занулення
Захисне занулення — це навмисне електричне з’єднання металевих
неструмопровідних частин електроустановки, що можуть опинитися під
напругою, із глухозаземленою нейтраллю (нульовим проводом) генератора чи
трансформатора в мережах трифазного струму (схема з’єднання — «зірка» (рис.
1)).
Рис.5.3 Зв’язна трифазна система при з’єднанні зіркою
Захисна дія занулення полягає у створенні в електричній мережі режиму
«короткого замкнення» після пробиття електроізоляції і появи на корпусі
електроустановки потенціалу. Для цього корпус електроустановки з’єднують
захисним нульовим провідником із нульовим проводом трифазної електричної
мережі. Струм короткого замикання проходить шляхом:
Рис.5.4 Шлях проходження струму короткого замикання
Величина струму короткого замикання у кілька разів перевищує номінальний
струм спрацювання плавких запобіжників чи автоматичних вимикачів, що
зумовлює їх обов’язкове спрацювання і від’єднання фази з пошкодженою
ізоляцією. Тобто в основі захисної дії занулення лежить швидке та повне
усунення електричного потенціалу з корпусу електроустановки.
Також варто зазначити, що плавкі вставки запобіжників мають бути
калібровані із зазначенням на клеймі номінального струму вставки.
Застосовувати саморобні некалібровані плавкі вставки заборонено.
Нульовий провід повторно заземлюють, зменшуючи загальний опір
нульового проводу щодо землі для забезпечення нормальної роботи мережі у
випадку перекосу навантажень у фазах, коли струм протікає у нульовому
провіднику.
На території комплексу повторне заземлення виконують на вводах
електромережі до виробничих приміщень, що дає змогу уникнути ураження
електричним струмом внаслідок обривання нульового проводу.
Електрична ізоляція
Електрична ізоляція — це шар діелектрика, що покриває поверхню
струмопровідних елементів, чи яким струмопровідні елементи відділено від
інших частин. Покрив струмопровідних елементів чи відокремлення їх від інших
частин шаром діелектрика забезпечує протікання струму потрібним шляхом і
безпечну експлуатацію електроустановок. Ізоляційний шар має високий
електричний опір, що запобігає протіканню значних струмів через ізоляцію.
Електрична ізоляція не є однорідним матеріалом із низькою провідністю,
адже в ній присутні домішки речовин із порівняно високою провідністю, зокрема
й краплинки вологи. Провід, по якому проходить електричний струм, має певну
ємність щодо землі, що створює ємнісну провідність для струму. У разі вмикання
проводу в електричне коло за допомогою недосконалої ізоляції, виникатимуть
струми витікання, величина яких зумовлена активним і ємнісним опорами
ізоляції. Щоб оцінити стан ізоляції з погляду електробезпеки, граничне значення
сили струму витікання рекомендовано вибирати меншим, ніж 0,1 мА.
Якість ізоляції, яку здебільшого характеризує її опір проходженню струму
витікання, із часом може погіршуватися внаслідок:
• перегрівання понад допустимі норми для такого класу ізоляції під
дією струмового перенавантаження;
• руйнування внаслідок експлуатації у вологих і агресивних
середовищах;
• механічних пошкоджень.
Електроізоляція навіть за нормальних умов експлуатації поступово втрачає
свої початкові властивості у зв’язку з природним старінням, у ній з’являються
місцеві дефекти. Із часом ці дефекти розвиваються, опір ізоляції може раптово
зменшитися, а сила струму витікання непропорційно збільшитися. У місці
дефекту з’являються часткові розряди струму. Так відбувається пробиття ізоляції,
виникає значне витікання струму, електроустановка стає небезпечною щодо
ураження людей струмом. Пробиття ізоляції в електричних мережах і установках
часто спричиняє короткі замикання, аварії, пожежі та вибухи.
Стан ізоляції характеризують три параметри:
• електрична міцність;
• електричний опір;
• діелектричні втрати.
Електричну міцність ізоляції визначають випробуванням на пробиття
підвищеною напругою, електричний опір — вимірюванням, а діелектричні втрати
— спеціальними дослідженнями.
Опір електроізоляції проводів повинна бути не менше, ніж 0,5 мОм на
ділянці між суміжними запобіжниками або за останнім запобіжником між будь-
яким проводом і землею чи між двома будь-якими проводами. Якщо опір менше
0,5 мОм, то ізоляцію випробовують протягом 1 хв змінною напругою 1000 В від
спеціального випробувального трансформатора або випрямленою від мегомметра
напругою 2500 В.
Якщо в результаті чергового (періодичного) випробування опір ізоляції не
зменшився, то електромережу можна залишити до її заміни під час планового або
капітального ремонту.
Улаштування системи вирівнювання електричних потенціалів
Для влаштування системи вирівнювання електричних потенціалів у
приміщеннях у кожному ряду розміщення, у бетонній підлозі, під дерев’яним
настилом, уздовж ліній розміщення по всій довжині приміщення укладають
металеві провідники зі сталевого дроту діаметром 6–8 мм, з’єднують їх між
собою, а також із нульовим захисним провідником і металоконструкціями, яких
можуть торкатися люди.
У разі потрапляння на металоконструкції електричного потенціалу за такого
улаштування захисту забезпечується зниження до мінімуму напруги доторку та
крокової напруги.
У корівниках із пристроєм вирівнювання електричних потенціалів
ефективність занулення перевіряють вимірюванням опору петлі «фаза — нуль»
через кожні 2 роки у перші 6 років експлуатації, потім щорічно, а після
10 років — через кожні 6 місяців.
На свинарських та вівчарських фермах безпеку забезпечує природнє
вирівнювання потенціалів зануленими металоконструкціями будівлі й
обладнанням без улаштування спеціального пристрою у підлозі. Але тоді глибина
закладання стійок металоконструкцій у бетонну підлогу має бути не менше 20 см.
Досить ефективно може вирівнювати електричні потенціали підлога із
залізобетонних плит, якщо їх металеву арматуру електрично з’єднати між собою
із металоконструкціями приміщення та занулити.
Улаштування систем освітлення
Освітлювальне навантаження на фермі має рівномірно розподілятися за
трьома фазами. Для вмикання і вимикання загального освітлення потрібно
застосовувати трифазні вимикачі. У разі наявності кількох однофазних груп
чергового освітлення приміщень їх необхідно приєднувати до різних фаз.
Світильники аварійного освітлення повинні відрізнятися від світильників
робочого освітлення знаками або кольором, а їх електроживлення має
здійснюватися від незалежних джерел. У разі вимкнення робочого освітлення
перемикання на аварійне повинно відбуватися автоматично або вручну згідно з
проєктним рішенням (з урахуванням вимог доцільності, що залежать від місцевих
умов).
Приєднувати до мережі аварійного освітлення інші види електричного
навантаження, що не належать до цього виду освітлення, заборонено (на це вона
просто не розрахована). Тому таку мережу виконують без штепсельних розеток.
На лицьовому боці щитків і збірок мережі освітлення наносять написи із
зазначенням їх найменування і номерів, а з внутрішнього боку (наприклад, на
дверцятах) — однолінійну схему мережі, значення струму плавкої вставки
запобіжників або номінального струму автоматичних вимикачів і найменування
електроприймачів (світильників), щоб можна було безпомилково їх вмикати або
вимикати.
Використовувати мережу освітлення для будь-яких переносних або
пересувних електроприймачів заборонено
Для живлення переносних (ручних) електричних світильників у приміщеннях
із підвищеною небезпекою застосовують напругу не вище 42/36 В, а в особливо
небезпечних приміщеннях, під час виконання робіт за особливо несприятливих
умов і у зовнішніх установках, — не вище 12 В.
Вилки приладів на напругу 12–42 В не повинні входити у розетки з більш
високою номінальною напругою.
У приміщеннях, де використовують напругу двох і більше номіналів, на всіх
штепсельних розетках мають бути написи із зазначенням номінальної напруги.
Використовувати автотрансформатори для живлення світильників мережі
12–42 В заборонено.
Усі роботи з технічного обслуговування й очищування світильників
проводять лише після зняття напруги електроживлення та охолодження
світильників.
Очищати світильники, оглядати та ремонтувати мережу електричного
освітлення повинен підготовлений електротехнічний персонал.
5.4. Улаштування електроводонагрівальних пристроїв
Для елементних водонагрівачів, які мають апарати захисного вимкнення, або
встановлених у приміщенні з вирівнюванням потенціалів, ізолювальну вставку в
трубопроводі гарячої води улаштовувати не потрібно, якщо споживання гарячої
води відбувається у цьому самому приміщенні.
У душових приміщеннях для працівників ферм, які забезпечуються гарячою
водою від елементних водонагрівачів, потрібно встановити ізолювальні вставки
та пристрій вирівнювання завглибшки 2–3 см від поверхні підлоги душової кабіни
та місця роздягання. Сітку приварюють до труб гарячої і холодної води, а також
каналізаційних труб.
У разі споживання гарячої води безпосередньо біля водонагрівача,
розташованого у приміщенні без пристрою вирівнювання електричних
потенціалів, у бетонній підлозі на відстані 0,5 м від основи водонагрівача
прокладають сталевий провідник, який з’єднують болтами у двох точках із
корпусом водонагрівача. Якщо підлога неструмопровідна (наприклад,
асфальтова), улаштовувати вирівнювання електричних потенціалів не потрібно,
але корпус водонагрівача повинен бути з’єднаний із повторним заземленням
нульового проводу сталевою шиною або ж занулений з автоматичним контролем
цілості нульового проводу.
Трифазні електродні котли дозволено встановлювати в окремих
приміщеннях, у яких розташовано лише технологічне обладнання та пристрої
захисту й автоматики. Рекомендують забезпечувати електричне живлення таких
котлів від окремих трансформаторів, але можна їх приєднувати й до загальної
мережі. Захищати котел від короткого замикання, а також від неповнофазних
режимів і перевантаження потрібно за допомогою автоматичного вимикача.
Корпус котла необхідно занулити. Якщо обладнання, з’єднане із
електродним котлом, установлено в приміщенні зі струмопровідною підлогою, то
в ньому потрібно забезпечити вирівнювання електричних потенціалів або
пересвідчитися, що природне вирівнювання забезпечує напругу доторку не
більше 12 В.
Однофазні опалювальні електродні водонагрівачі напругою до 220 В
заборонено встановлювати в особливо небезпечних приміщеннях. Корпус
нагрівача потрібно занулити третім проводом, який приєднують до повторного
заземлення на вводі до споруди (до комутаційних апаратів). Провідність такого
проводу повинна дорівнювати провідності фазного проводу, від якого отримує
живлення однофазний нагрівач. Вмикати такі нагрівачі через штепсельні
розетки заборонено. Їх захищають від короткого замикання і перевантаження
автоматичними вимикачами.
Ізолювальні вставки без води випробовують після капітальних ремонтів
електродного котла двократною номінальною напругою. Опір ізоляції електродів
котла без води вимірюють щодо корпусу мегаомметром на напругу 2500 В за
положень електродів, які відповідають максимальній і мінімальній потужності
(має бути не менше 0,5 мОм).
До обслуговування електродних котлів напругою до 1000 В допускають осіб
із групою з електробезпеки не нижче III.
Водонагрівачі, які встановлюють у виробничих приміщеннях, огороджують
суцільною або сітчастою огорожею з чарунками 15×15 мм, заввишки не менше,
ніж 2 м на відстані 1 м від котла. У суцільних огорожах роблять оглядові вікна,
щоб можна було спостерігати за роботою водонагрівача. Двері обладнують
блокуванням, щоб не можна було їх відчинити за увімкнутого водонагрівача.
Ремонтні роботи на водонагрівачах дозволено виконувати лише за нарядом-
допуском або розпорядженням із повним вимкненням напруги та дотриманням
заходів безпеки праці.
Електроводонагрівачі повинні мати арматуру, яка забезпечує розбирання
гарячої води шляхом витіснення її холодною. Їх потрібно забезпечувати засобами
контролю і захисту від підвищеного тиску та перегрівання і приєднувати до
водопровідної лише через діелектричну вставку.
Щоб захистити людей від ураження електричним струмом, на водогонах
підприємствах застосовують ізолювальні вставки, їх монтують у розріз металевих
труб трубопроводів, щоб запобігти появі на автонапувалках, доїльних установках
небезпечного електричного потенціалу, що може статися внаслідок пошкодження
електроізоляції. У разі застосування ізолювальних вставок як засобу захисту від
ураження електричним струмом заборонено з’єднувати металеві частини за
вставкою із нульовим провідником електромережі, оскільки тоді на металевих
елементах може з’явитися небезпечний для життя електропотенціал.
ВИСНОВОК
1. Запропоновано та розроблено схемні рішення для комплексу
абсорбційна холодильна машина з вбудованою теплонасосною установкою та
сонячними колекторами. Включення ТНУ до складу АХМ забезпечує не тільки
підвищення енергетичної ефективності всього комплексу централізованого
кондиціювання, а й дає низку технологічних та екологічних переваг порівняно з
традиційними джерелами теплової енергії (котли, які працюють на первинному
паливі, котли-утилізатори газів, що йдуть (або вихлопних), і т. д.). Гнучкість
регулювання і забезпечення необхідної холодопродуктивності комплексу
кондиціонування за умови мінливої інтенсивності сонячного підігріву
реалізується за рахунок перерозподілу навантаження ТНУ і сонячних колекторів.
При цьому повною мірою використовується така властивість АХМ як можливість
роботи в істотному діапазоні зміни власної холодопродуктивності.
2. Проведено розрахунки схем АХМ-ТНУ-СолКол і порівняння таких
схем з одноступеневою і двоступеневою АХМ на гарячій воді.
3. Застосування розробленої співробітниками кафедри методики
порівняння термодинамічної ефективності зворотних парокомпресійних циклів у
разі використання різних РВ дало змогу вперше визначити РВ, термодинамічна
ефективність у разі використання яких циклу ТНУ в складі комплексу
центрального кондиціювання є максимальною: сумішеві композиції на основі
фторвуглеців (октафторциклобутану RC318) з додаванням 5-10 % гексафториду
сірки R846.
4. Уперше спроектовано та розроблено експериментальний стенд
АХМ-ТНУ когенераційного призначення з метою дослідження енергетичних і
теплотехнічних характеристик обладнання при забезпеченні тепло- і
холодопостачання. Модернізовано виготовлений і випробуваний дещо раніше
стенд ТНУ з оригінальною конструкцією теплообмінних апаратів для проведення
дослідження енергетичної ефективності на різних РВ. Розроблено, виготовлено та
змонтовано конденсатор ТНУ з можливістю отримання максимальних температур
на виході з компресора та оптимізації температурних напорів теплоносіїв.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Mehdi Seddiq, Mehdi Maerefat. "Analytical solution for heat transfer problem in a cross-flow
plate heat exchanger" International Journal of Heat and Mass Transfer 163 (2020) 120410.
2. Pavlo Yurievich Arsenyeva, Leonid Leonidovich Tovazhnyanskyy, Jiří Jaromír Klemeš, Olga
Petrovna Arsenyeva, Oleksandr Yurievich Perevertaylenko, Petro Oleksiyovych Kapustenko.
“The Optimal Design of Welded Plate Heat Exchanger with Intensified Heat Transfer for
Ammonia Synthesis Column” CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS VOL. 76, 2019.
3. S. Dinesh Kumar, D. Chandramohan, K. Purushothaman, T. Sathish. “Optimal hydraulic and
thermal constrain for plate heat exchanger using multi objective wale optimization” Materials
Today: Proceedings.
4. X.J. Luo. “Parametric study of heat transfer enhancement on crossflow heat exchangers”
Chemical Engineering and Processing.
5. Guillermo Valencia, José Núñez and Jorge Duarte. “Multiobjective Optimization of a Plate Heat
Exchanger in a Waste Heat Recovery Organic Rankine Cycle System for Natural Gas Engines”
Entropy 2019, 21, 655.
6. Andrzej Jedlikowski, Sergey Anisimov. “Analysis of the frost formation and freeze protection
with bypass for cross-flow recuperators” Applied Thermal Engineering 116 (2017) 731–765.
7. Raphael Mandel, Martinus Arie, Amir Shooshtari, Michael Ohadi. “A Heat Spreading Model for
Double-Sided, Cross-Flow, Manifold-Microchannel Heat Exchangers” 2018 17th IEEE
Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic System.
8. Junqi Dong, Zhang Xianhui, and Wang Jianzhang. "Experimental Study on Thermal Hydraulic
Performance of Plate-Type Heat Exchanger Applied in Engine Waste Heat Recovery." Arabian
Journal for Science and Engineering 2018; 43(3): 1153-1163.
9. Vaclav Dvoraka, Tomas Vita. "CAE methods for plate heat exchanger design" 9th International
Conference on Sustainability in Energy and Buildings, SEB-17, 5-7 July 2017, Chania, Crete,
Greece.
10. Dan Zheng, Jin Wang, Zhanxiu Chen, Jakov Baleta, Bengt Sundén. "Performance analysis of a
plate heat exchanger using various nanofluids" International Journal of Heat and Mass Transfer
158 (2020) 119993.
11. Khan T. S., M. S. Khan, Ming-C. Chyu, et al. "Experimental investigation of single phase
convective heat transfer coefficient in a corrugated plate heat exchanger for multiple plate
configurations." Applied Thermal Engineering 2010; 30(8-9): 1058-1065.
12. Faizal, M., & Ahmed, M. R. Experimental studies on a corrugated plate heat exchanger for small
temperature difference applications. Experimental Thermal and Fluid Science, 2012; 36: 242-
248.
13. Islamoglu, Y., & Kurt, A. Heat transfer analysis using ANNs with experimental data for air
flowing in corrugated channels. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2004; 47(6-7),
1361-1365.
14. Sharif Asal, Bernd Ameel, Ilya T'Jollyn, et al. "Comparative performance assessment of plate
heat exchangers with triangular corrugation." Applied Thermal Engineering 2018.
15. Majdi, H., & Abed, A. M. (2014). Effect of nanofluids, on the performance of - corrugated
channel within out-of-phase arrangement. International Journal of Scientific and Technology
Research, 3(1).
16. Maddali V. S. Murali Krishna et al. Heat Transfer Enhancement in Corrugated Plate Heat
Exchanger, British Journal of Applied Science & Technology 18(3):2016.
17. S.D. Pandey, V.K. Nema. “Investigation of the Performance, Parameter sofan Experimental Plate
Heat Exchanger in Single Phase Flow”. International Journal of Energy Engineering. 2011;
1(1):19-24.
18. Ranganayakulu Ch, Panigrahi A. Influence of header design on pressure drop and thermal
performance of a compact heat. In: Proceedings of the 3rd international Conference on compact
heat exchangers, Davos, Switzerland; 2001. p. 251–8.
19. Zhang Z, Yanzhong L. CFD simulation on inlet configuration of plate-fin heat exchanger. J
Cryogenics 2003; 43(673):67–8.
20. Lalot S, Florent P, Lang SK, Bergles AE. Flow maldistribution in heat exchangers. J Appl
Thermal Eng 1999; 19:847–63.
21. M.V.V. Mortean, L.H.R. Cisterna, K.V. Paiva, M.B.H. Mantelli. “Thermal and hydrodynamic
analysis of a cross-flow compact heat exchanger” Applied Thermal Engineering 150 (2019) 750–
761.
22. Ahmed Y Taha Al-Zubaydi, Guang Hong and W. John Dartnall. “CFD Modelling and Analysis
of Different Plate Heat Exchangers” Australasian Fluid and Thermal Engineering Society
(AFTES).
23. Miha Bobi, Bojan Gjerek, Iztok Golobi, Ivan Bajsi. “Dynamic behaviour of a plate heat
exchanger: Influence of temperature disturbances and flow configurations” International Journal
of Heat and Mass Transfer 163 (2020) 120439.
24. Naseem Ahmad Khan and Wasi ur Rahman. Modelling and Simulation of Plate Heat Exchanger.
International Journal of Mechanical Engineering. Vol. 2. Issue 1. P. 22‒30.
25. Lienhard John H. A heat transfer textbook. 3rd ed. Cambridge, MA: Phologiston Press. 2004.
749 p.
26. Eckert E. R. and Drake R. M. Jr. Analysis of Heat and Mass transfer. McGraw-Hill Book
Company, New York. 1972.
27. Kays W. M., London A. L. Compact Heat Exchangers. McGraw-Hill Book Company, New
York. 1967. 226 p.
28. Screwed plate heat exchanger [Електрон. Ресурс]. Режим доступу:
https://universalhydraulik.com/products-solutions/heatexchanger/plate-heatexchanger/screwed-
plate-heat-exchanger (дата звернення: 08.04.2024).
29. Arsenyeva O., Kapustenko P., Tovazhnyanskyy L., Khavin G. The influence of plate
corrugations geometry on plate heat exchanger performance in specified process conditions.
Energy. No 57. 2013. P. 201‒207.
30. ДСТУ 2293: 2014 Охорона праці. Терміни та визначення основних понять (від 01.05.2015).
31. ДСанПіН 3.3.2-007-98 Державні санітарні правила і норми. Гігієнічні вимоги до
організації роботи з візуальними дисплейними терміналами електронно-обчислювальних
машин.
32. ДСТУ EN 61140:2015 Захист проти ураження електричним струмом. Загальні аспекти
щодо установок та обладнання (EN 61140:2002, IDT).
33. ДСН 3.3.6.042-99 Санітарні норми мікроклімату виробничих приміщень.
34. ДБН В.2.5-28:2018 Природне і штучне освітлення.
35. CFD-моделювання процесів теплообміну і гідродинаміки засобами програмного
комплексу : монографія / О. В. Баранюк, М. В. Воробйов, А. Ю. Рачинський. – Київ : КПІ
ім. Ігоря Сікорського, Вид-во «Політехніка», 2023. – 164 с.
36. Bradhurst D, Heuer P, Stolarski G. Hydrogen production and storage; 2021.
37. Abad AV, Dodds PE. Production of hydrogen, vol. 3. Elsevier; 2015.
38. Chen HL, Lee HM, Chen SH, Chao Y, Chang MB. Review of plasma catalysis on hydrocarbon
reforming for hydrogen production. Appl Catal B Environ 2008; 85(1–2):1–9.
39. Krumpelt M, Krause TR, Carter JD, Kopasz JP, Ahmed S. Fuel processing for fuel cell systems
in transportation and portable power applications. Catal Today 2002; 77(1–2):3–10.
40. Ehsan S, Wahid MA. Hydrogen production from renewable and sustainable energy resources.
Renew Sustain Energy Rev 2016; 57:850–66.
41. BP. Statistical Review of World Energy 2020; BP: London, UK, 2020.