Эффективность использования аккумуляторов естест-венного холода в составе холодильной установки
УДК 621.565.7
“Эффективность использования аккумуляторов естественного холода в составе холодильной установки”
Крайнев А.А., Сериков С.А. ky4er87@mail.ru
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий.
В связи с ростом дефицита и цен на энергоносители проблемы энергоснабжения приобретают всю большую актуальность. Снижение энергопотребления холодильной установки во многом определяется на этапе проектирования конкретного объекта путем выбора схемы, подбора оборудования и алгоритма работы. Применение в составе холодильной установки аккумуляторов естественного холода является одним из современных эффективных способов снижения энергозатрат на выработку холода. Для оценки использования такой возможности были проведены некоторые ориентировочные расчеты, которые позволили оценить перспективы использования естественного холода для этих целей.
Ключевые слова: аккумуляторы естественного холода, холодильная установка, энергозатраты
"The effectiveness of using of natural cold accumulators in the refrigeration unit"
Krainev A.A., Serikov S.A. ky4er87@mail.ru
Saint-Petersburg University of refrigeration and Food Engineering
Due to the increasing deficit and prices on energy resources the problems of energy saving are becoming increasingly important. The decreasing of power consumption of a refrigeration unit is largely determined at the design stage of a certain object, by choosing a scheme, selection of the equipment and algorithm of the operation. The use of an accumulator of natural cold in a refrigeration unit is one of the modern efficient ways to reduce energy consumption for the production of cold. Some approximate calculations have been done for the estimation of the use of such a possibility, which allowed evaluate the perspectives of natural cold use for these purposes.
Key words: a natural cold accumulators, a refrigeration unit, power
consumption
В связи с ростом дефицита и цен на энергоносители проблемы энергоснабжения приобретают всю большую актуальность. Холодильная установка потребляет много энергии и рассчитывается на температурные режимы летнего периода с тяжелыми условиями работы холодильной установки при высоких температурах конденсации и большом потреблении энергии.
Снижение энергопотребления во многом определяется на этапе проектирования конкретного объекта путем выбора схемы, подбора оборудования и алгоритма работы. Применение в составе холодильной установки аккумуляторов холода является одним из современных эффективных способов снижения энергозатрат на выработку холода.
Наиболее широко используются аккумуляторы искусственного холода. Однако, всѐ большее применение находят установки, позволяющие использовать естественный холод, аккумулированный в холодное время года.
В России большая территория имеет продолжительный зимний период в течение года. Низкие зимние температуры и вечная мерзлота являются неиссякаемыми источниками естественного холода. При их использовании значительно сокращаются энергетические расходы на производство холода холодильными установками, что в конечном итоге повышает экологическую безопасность холодильных систем.
Переохлаждение жидкого хладагента после конденсатора существенный способ увеличения холодопроизводительности холодильной установки. Понижение температуры переохлаждаемого хладагента на один градус соответствует повышению производительности нормально функционирующей холодильной установки примерно на 1% при том же уровне энергопотребления [1].
В используемом в настоящее время для этих целей регегенеративном цикле переохлаждение хладагента связанно с увеличением работы цикла. Поэтому степень переохлаждения имеет определенные ограничения.
Этого можно избежать, используя внешний источник отвода теплоты для переохлаждения жидкого хладагента до ТРВ. Одним из таких источников может стать естественный холод, аккумулированный в зимний период.
Для оценки использования такой возможности были проведены некоторые ориентировочные расчеты, которые позволили оценить перспективы использования естественного холода для этих целей.
Расчеты проводились для холодильной установки с воздушным конденсатором, работающей на R404a в климатических условиях
города Магадана, для которого температура наружная расчетная tн.р=21°С, температура конденсации tк=34°С перепад температур между теплообменивающимися средами в конденсаторе составлял 13°С. Температура источника холода принималась равной +2°С. В период работы установки с использованием аккумулированного холода были включены месяцы с температурой окружающей среды tо.с >10°С. Для условий г.Магадан такой период составляет 3 месяца [2].
Эффективность применения естественного холода определялась при сопоставлении показателей работы холодильной установки без аккумулятора холода и холодильной установки с аккумулятором естественного холода, функциональные схемы которых представлены на рис.1.
а) б)
Рис.1 Функциональные схемы холодильных установок а – без аккумулятором холода; б – с аккумулятором холода; 1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – ТРВ; 4 – охлаждаемый объект; 5 –теплообменник; 6 – аккумулятор естественного холода; 7 – насос.
Для сравнения были выбраны следующие показатели: приведенные затраты, энергозатраты и требуемая теоретическая объемная подача компрессоров.
При использовании аккумулятора естественного холода переохлаждение холодильного агента ∆t составляло 24°С, а для традиционного схемного решения - ∆t=4 °С. Приведенные затраты ПЗ определялись как:
ПЗ (Цк Цкд Цт.о. Цн Цб ) 0,15 (Nк Nкд) tгод Цэл Nн tн Цэл
где, ЦК - цена централи, руб; ЦКД - цена конденсатора, руб; ЦТ.О. - цена теплообменника, руб; ЦН - цена насоса, руб; Цб - цена бака аккумулятора, руб; NК - потребляемая мощность компрессора, кВт; NКД - потребляемая мощность конденсатора, кВт; NН - потребляемая мощность насоса, кВт; tГОД - время работы установки за год, сек; tн - время работы насоса, сек; ЦЭЛ - цена электроэнергии, руб/(кВт∙ч);
Для расчетов были использованы прайс-листы фирмы “НСК”[3], а также программные продукты фирм производителей холодильного оборудования: bitzer [3],alfa-laval[5],friterm[6],grundfos[7].
Эффективность применения аккумуляторов естественного холода была определена для среднетемпературной холодильной установки с температурой кипения t0=-10 °C, для которой результаты расчетов приведены в табл.1; а так же для низкотемпературной холодильной установки с температурой кипения t0=-35 °C, для которой результаты расчетов приведены в табл.2.
Таблица 1.
Результаты расчетов для среднетемпературной холодильной установки
Показатели сравнения
Теплоприток
90 кВт
70 кВт
30 кВт
ПЗ при ∆t=4 ⁰С, руб.
ПЗ при ∆t=24 ⁰С, руб.
Разница в ПЗ, руб.
1583821 1517948 65873
1179672 1105382 74290
583642 514216 69426
Энергозатраты за год при ∆t=4 ⁰С, руб. Энергозатраты за год при ∆t=24 ⁰С, руб. Разница в энергозатратах за год, руб.
Требуемая теоретическая объемная подача компрессора при ∆t=4 ⁰С, м3/ч Требуемая теоретическая объемная подача компрессора при ∆t=24 ⁰С, м3/ч
1402960 1054348 348616
0,0406
0,0328
1054234 769348 284886
0,0316
0,0255
507808 348275 159533
0,0135
0,0109
Таблица 2.
Результаты расчетов для низкотемпературной холодильной установки
Показатели сравнения
Теплоприток
78 кВт
58 кВт
33 кВт
ПЗ при ∆t=4 ⁰С, руб.
ПЗ при ∆t=24 ⁰С, руб.
Разница в ПЗ, руб.
2842320 2745800 96520
2128200 2066880 61320
1242720 1036880 205840
Энергозатраты за год при ∆t=4 ⁰С, руб. Энергозатраты за год при ∆t=24 ⁰С, руб. Разница в энергозатратах за год, руб.
Требуемая теоретическая объемная подача компрессора при ∆t=4 ⁰С, м3/ч Требуемая теоретическая объемная подача компрессора при ∆t=24 ⁰С, м3/ч
2551560 2147720 403840
0,126
0,099
2128200 2066880 61320
0,093
0,074
1085627 789360 296267
0,053
0,042
Анализ результатов расчета показывает, что в определенных условиях применение аккумуляторов естественного холода в составе холодильной установки целесообразно как для установок, работающих на среднетемпературный холод, так и для установок, работающих на низкотемпературный холод. При этом уменьшаются приведенные затраты и снижаются расход электроэнергии, а также затраты, связанные с еѐ потреблением. Использование аккумуляторов естественного холода позволяет, сократит требуемую теоретическую объемную подачу компрессоров, что позволяет снизить стоимость компрессоров.
Список литературы:
1. Сайт: http://www.mir-klimata.com/archive/mont/article/article02/. 2. Строительная Климатология СНиП 23-01-99. 3. Пайс листы производителя централей “НСК”. 4. Программа подбора оборудования от производителя “Bitzer”. 5. Программа подбора оборудования от производителя “Alfa Laval”. 6. Программа подбора оборудования от производителя “Friterm”. 7. Программа подбора оборудования от производителя “Grundfos”.
Рецензия на рукопись в ЭНЖ СПбГУНиПТ УДК 621.565.7 № специальности ВАК РФ 05.04.03 Название статьи “Эффективность использования аккумуляторов естественного холода в составе холодильной установки Автор: Крайнев А.А., Сериков С.А. Рецензент – Мизин В.М. канд.техн.наук. СПбГУНиПТ
ky4er87@mail.ru
№ Наименование оценки
Оценка Примечание
п/
п
1 Степень соответствия
4 Статья соответст-
содержания рукописи тематике
вует тематике
ЭНЖ
ЭНЖ
2 Актуальность
3 Научный уровень 4 Практическая ценность
4 Актуальна в связи с ростом дефицита и цен на электроэнергию
4 Высокий научный уровень
4 Позволяет оценить эффективность использования аккумуляторов естественного холода в составе холодильных установок
Холодильные установки является крупными потребителями энергии в статье анализируется возможность сокращения затрат на производство холода за счет включения в схему холодильной установки аккумуляторов естественного холода.
Рецензент -
Мизин В.М.
“Эффективность использования аккумуляторов естественного холода в составе холодильной установки”
Крайнев А.А., Сериков С.А. ky4er87@mail.ru
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий.
В связи с ростом дефицита и цен на энергоносители проблемы энергоснабжения приобретают всю большую актуальность. Снижение энергопотребления холодильной установки во многом определяется на этапе проектирования конкретного объекта путем выбора схемы, подбора оборудования и алгоритма работы. Применение в составе холодильной установки аккумуляторов естественного холода является одним из современных эффективных способов снижения энергозатрат на выработку холода. Для оценки использования такой возможности были проведены некоторые ориентировочные расчеты, которые позволили оценить перспективы использования естественного холода для этих целей.
Ключевые слова: аккумуляторы естественного холода, холодильная установка, энергозатраты
"The effectiveness of using of natural cold accumulators in the refrigeration unit"
Krainev A.A., Serikov S.A. ky4er87@mail.ru
Saint-Petersburg University of refrigeration and Food Engineering
Due to the increasing deficit and prices on energy resources the problems of energy saving are becoming increasingly important. The decreasing of power consumption of a refrigeration unit is largely determined at the design stage of a certain object, by choosing a scheme, selection of the equipment and algorithm of the operation. The use of an accumulator of natural cold in a refrigeration unit is one of the modern efficient ways to reduce energy consumption for the production of cold. Some approximate calculations have been done for the estimation of the use of such a possibility, which allowed evaluate the perspectives of natural cold use for these purposes.
Key words: a natural cold accumulators, a refrigeration unit, power
consumption
В связи с ростом дефицита и цен на энергоносители проблемы энергоснабжения приобретают всю большую актуальность. Холодильная установка потребляет много энергии и рассчитывается на температурные режимы летнего периода с тяжелыми условиями работы холодильной установки при высоких температурах конденсации и большом потреблении энергии.
Снижение энергопотребления во многом определяется на этапе проектирования конкретного объекта путем выбора схемы, подбора оборудования и алгоритма работы. Применение в составе холодильной установки аккумуляторов холода является одним из современных эффективных способов снижения энергозатрат на выработку холода.
Наиболее широко используются аккумуляторы искусственного холода. Однако, всѐ большее применение находят установки, позволяющие использовать естественный холод, аккумулированный в холодное время года.
В России большая территория имеет продолжительный зимний период в течение года. Низкие зимние температуры и вечная мерзлота являются неиссякаемыми источниками естественного холода. При их использовании значительно сокращаются энергетические расходы на производство холода холодильными установками, что в конечном итоге повышает экологическую безопасность холодильных систем.
Переохлаждение жидкого хладагента после конденсатора существенный способ увеличения холодопроизводительности холодильной установки. Понижение температуры переохлаждаемого хладагента на один градус соответствует повышению производительности нормально функционирующей холодильной установки примерно на 1% при том же уровне энергопотребления [1].
В используемом в настоящее время для этих целей регегенеративном цикле переохлаждение хладагента связанно с увеличением работы цикла. Поэтому степень переохлаждения имеет определенные ограничения.
Этого можно избежать, используя внешний источник отвода теплоты для переохлаждения жидкого хладагента до ТРВ. Одним из таких источников может стать естественный холод, аккумулированный в зимний период.
Для оценки использования такой возможности были проведены некоторые ориентировочные расчеты, которые позволили оценить перспективы использования естественного холода для этих целей.
Расчеты проводились для холодильной установки с воздушным конденсатором, работающей на R404a в климатических условиях
города Магадана, для которого температура наружная расчетная tн.р=21°С, температура конденсации tк=34°С перепад температур между теплообменивающимися средами в конденсаторе составлял 13°С. Температура источника холода принималась равной +2°С. В период работы установки с использованием аккумулированного холода были включены месяцы с температурой окружающей среды tо.с >10°С. Для условий г.Магадан такой период составляет 3 месяца [2].
Эффективность применения естественного холода определялась при сопоставлении показателей работы холодильной установки без аккумулятора холода и холодильной установки с аккумулятором естественного холода, функциональные схемы которых представлены на рис.1.
а) б)
Рис.1 Функциональные схемы холодильных установок а – без аккумулятором холода; б – с аккумулятором холода; 1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – ТРВ; 4 – охлаждаемый объект; 5 –теплообменник; 6 – аккумулятор естественного холода; 7 – насос.
Для сравнения были выбраны следующие показатели: приведенные затраты, энергозатраты и требуемая теоретическая объемная подача компрессоров.
При использовании аккумулятора естественного холода переохлаждение холодильного агента ∆t составляло 24°С, а для традиционного схемного решения - ∆t=4 °С. Приведенные затраты ПЗ определялись как:
ПЗ (Цк Цкд Цт.о. Цн Цб ) 0,15 (Nк Nкд) tгод Цэл Nн tн Цэл
где, ЦК - цена централи, руб; ЦКД - цена конденсатора, руб; ЦТ.О. - цена теплообменника, руб; ЦН - цена насоса, руб; Цб - цена бака аккумулятора, руб; NК - потребляемая мощность компрессора, кВт; NКД - потребляемая мощность конденсатора, кВт; NН - потребляемая мощность насоса, кВт; tГОД - время работы установки за год, сек; tн - время работы насоса, сек; ЦЭЛ - цена электроэнергии, руб/(кВт∙ч);
Для расчетов были использованы прайс-листы фирмы “НСК”[3], а также программные продукты фирм производителей холодильного оборудования: bitzer [3],alfa-laval[5],friterm[6],grundfos[7].
Эффективность применения аккумуляторов естественного холода была определена для среднетемпературной холодильной установки с температурой кипения t0=-10 °C, для которой результаты расчетов приведены в табл.1; а так же для низкотемпературной холодильной установки с температурой кипения t0=-35 °C, для которой результаты расчетов приведены в табл.2.
Таблица 1.
Результаты расчетов для среднетемпературной холодильной установки
Показатели сравнения
Теплоприток
90 кВт
70 кВт
30 кВт
ПЗ при ∆t=4 ⁰С, руб.
ПЗ при ∆t=24 ⁰С, руб.
Разница в ПЗ, руб.
1583821 1517948 65873
1179672 1105382 74290
583642 514216 69426
Энергозатраты за год при ∆t=4 ⁰С, руб. Энергозатраты за год при ∆t=24 ⁰С, руб. Разница в энергозатратах за год, руб.
Требуемая теоретическая объемная подача компрессора при ∆t=4 ⁰С, м3/ч Требуемая теоретическая объемная подача компрессора при ∆t=24 ⁰С, м3/ч
1402960 1054348 348616
0,0406
0,0328
1054234 769348 284886
0,0316
0,0255
507808 348275 159533
0,0135
0,0109
Таблица 2.
Результаты расчетов для низкотемпературной холодильной установки
Показатели сравнения
Теплоприток
78 кВт
58 кВт
33 кВт
ПЗ при ∆t=4 ⁰С, руб.
ПЗ при ∆t=24 ⁰С, руб.
Разница в ПЗ, руб.
2842320 2745800 96520
2128200 2066880 61320
1242720 1036880 205840
Энергозатраты за год при ∆t=4 ⁰С, руб. Энергозатраты за год при ∆t=24 ⁰С, руб. Разница в энергозатратах за год, руб.
Требуемая теоретическая объемная подача компрессора при ∆t=4 ⁰С, м3/ч Требуемая теоретическая объемная подача компрессора при ∆t=24 ⁰С, м3/ч
2551560 2147720 403840
0,126
0,099
2128200 2066880 61320
0,093
0,074
1085627 789360 296267
0,053
0,042
Анализ результатов расчета показывает, что в определенных условиях применение аккумуляторов естественного холода в составе холодильной установки целесообразно как для установок, работающих на среднетемпературный холод, так и для установок, работающих на низкотемпературный холод. При этом уменьшаются приведенные затраты и снижаются расход электроэнергии, а также затраты, связанные с еѐ потреблением. Использование аккумуляторов естественного холода позволяет, сократит требуемую теоретическую объемную подачу компрессоров, что позволяет снизить стоимость компрессоров.
Список литературы:
1. Сайт: http://www.mir-klimata.com/archive/mont/article/article02/. 2. Строительная Климатология СНиП 23-01-99. 3. Пайс листы производителя централей “НСК”. 4. Программа подбора оборудования от производителя “Bitzer”. 5. Программа подбора оборудования от производителя “Alfa Laval”. 6. Программа подбора оборудования от производителя “Friterm”. 7. Программа подбора оборудования от производителя “Grundfos”.
Рецензия на рукопись в ЭНЖ СПбГУНиПТ УДК 621.565.7 № специальности ВАК РФ 05.04.03 Название статьи “Эффективность использования аккумуляторов естественного холода в составе холодильной установки Автор: Крайнев А.А., Сериков С.А. Рецензент – Мизин В.М. канд.техн.наук. СПбГУНиПТ
ky4er87@mail.ru
№ Наименование оценки
Оценка Примечание
п/
п
1 Степень соответствия
4 Статья соответст-
содержания рукописи тематике
вует тематике
ЭНЖ
ЭНЖ
2 Актуальность
3 Научный уровень 4 Практическая ценность
4 Актуальна в связи с ростом дефицита и цен на электроэнергию
4 Высокий научный уровень
4 Позволяет оценить эффективность использования аккумуляторов естественного холода в составе холодильных установок
Холодильные установки является крупными потребителями энергии в статье анализируется возможность сокращения затрат на производство холода за счет включения в схему холодильной установки аккумуляторов естественного холода.
Рецензент -
Мизин В.М.