7.3 Ексергетичний баланс парокомпресорної холодильної установки

Схема парокомпресорної холодильної установки з переохолоджу- вачем та процес у Тs – діаграмі надані на рис. 12.1.

Ексергетичний баланс холодильної установки розраховується після побудови холодильного циклу та визначення параметрів у характерних точках циклу. Визначаються втрати ексергії у окремих елементах установки та ККД [22].

а q_к Р_к

Т б

2

ІІ q_по q_к

3 Р₀

ІІІ І 4

q_по

IV 5 1

q₀

V

q₀ s

Рис. 12.1 Схема парокомпресорної холодильної установки з пере- охолоджувачем (а) та процес у Тs – діаграмі (б): І – компресор; ІІ – кон- денсатор; ІІІ – переохолоджувач; IV – регулюючий вентиль; V – випарник.

Значення питомих ексергій холодоагента у характерних точках про- цеса е₁, е₂, е₃, е₄, е₅ знаходять по формулі (12.14).

Питома кількість ексергії, яка підведена до установки, визначається по формулі

,

де N_e – електрична потужність компресора, кВт, G – масова витрата холодоагенту, кг/с.

Електромеханічні втрати ексергії

d_ем = Е_вх (1-η_ем),

η_ем – електромеханічний ККД (η_ем = 0,9).

Питома ексергія, що підводиться до компресору

Е_к = Е_вх - d_ем

Внутрішні втрати ексергії у компресорі

d_км = η_емЕ_к – (е₂ – е₁)

Втрати ексергії у конденсаторі:

– ексергія, яка віддається холодоагентом

Е_2-3 = е₂ – е₃

• ексергія, яка одержана охолоджуючою водою

Е_в = q_к(τ_q)_н^ср

де (τ_q)_н^ср = 1 – Т_н.с/Т_ср.в – коефіцієнт працездатності, Т_н.с – температура навколишнього середовища, Т_ср.в – середня температура охолодної води, q_к = і₂ – і₃ – питоме теплове навантаження конденсатора, і₂ та і₃ – відпо- відно ентальпії холодоагенту до і після конденсатору.

• втрати ексергії внаслідок необоротності теплообміну

d_к.т = Е_2-3 - Е_в

Так як ексергія охолоджуючої води після конденсаторів компре- сійних установок звичайно не використовується, то сумарні втрати ексергії у конденсаторі складуть

d_к = d_к.т + Е_в

Втрати ексергії у охолоджувачі:

• ексергія, яка віддана холодоагентом

Е_3-4 = е₃ – е₄

• ексергія, яка одержана охолодною водою

Е_в.п = q_по(τ_н^ср),

де q_по = і₃ – і₄ – питоме теплове навантаження охолоджувача, і₃ та і₄ – відповідно ентальпії холодоагенту до і після охолоджувача.

Втрати ексергії у охолоджувачі

d_по = Е_3-4 + Е_в.п

Втрати ексергії у регулюючому вентилі

d_рв = е₄ – е₅

Втрати ексергії у випарнику:

• ексергія, віддана холодоагентом

Е_5-1 = е₅ – е₁

• ексергія, одержана холодоагентом

Е_х = q₀(τ_q)_н^ср,

де q₀ = і₁ – і₅ – питоме навантаження випарника, кДж/кг, і₅ та і₁ – відповідно ентальпії холодоагенту до і після випарника.

• втрати ексергії внаслідок необоротності теплообміну

d_вип. = Е_5-1 – Е_х

Графічне зображення ексергетичного балансу наведено на рис. 12.2.

Ексергія охолодної води

Е₀

1 2 3 4 5 6

Е_х Е_к Е_вх

d_рв d_по

d­_вип

d_к

d_км d_ем

Рис. 12.2 Ексергетичний баланс холодильної установки: 1 – випар-ник; 2 – регулюючий вентиль; 3 – охолоджувач; 4 – конденсатор; 5 – компресор; 6 – електродвигун.

Коефіцієнт корисної дії компресора

η_к =

Коефіцієнт корисної дії установки

η_у =

Аналіз рис. 7.2 показує, що найбільші втрати енергії відбуваються у конденсаторі.