Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Клещин Э.В

Холодильные и климатические установки

(Учебное пособие)

г. Новосибирск, 2014

Настоящее учебное пособие составлено в соответствии с действующей учебной программой курса «Холодильные и климатические установки» по материалам работ [1-21] и с учетом последних достижений в холодильной технике, изложенных в отечественном журнале "Холодильная техника", интернет газете "Холодильщик" и в соответствующих информационных зарубежных изданиях ("Сореland", Bitzer и др.).

В основу учебного пособия положены лекции, читаемые в НГТУ студентам специальности 140401 «Техника и физика низких температур».

Целью учебного пособия является подготовка специалистов, умеющих разрабатывать, проектировать и эксплуатировать промышленные, климатические и коммерческие холодильные установки. Особое внимание при разработке пособия уделено способам и физическим процессам получения холода, теоретическим и действительным циклам парокомпрессионных холодильных машин, современным схемам холодильных и климатических установок, применяемым типам холодильных агентов (хладагентов) и основам расчета гидравлических, тепловых и энергетических характеристик.

На основе материалов, приведенных в справочном руководстве Патрика Котзаогланиана [9], в учебном пособии рассмотрены основные особенности эксплуатации и основные рекомендации к проектированию холодильных установок и систем кондиционирования. В пособии рассмотрены также основные принципы регулирования подачи холодильного агента в испаритель (воздухоохладитель), регулирования производительности компрессора и регулирования давления в конденсаторе холодильной машины.

Вопросы измерения параметров, их контроля и автоматизации процессов в технических устройствах являются предметом отдельного рассмотрения и не входят в задачи данного учебного пособия. В пособии также не рассматриваются вопросы, связанные с конструированием теплообменных аппаратов (испарителя или воздухоохладителя, конденсатора, регенеративного теплообменника и др.). Предполагается, что указанные теплообменные аппараты могут быть выбраны из соответствующих каталогов фирм-производителей на основании требуемых параметров холодопроизводительности для заданных температур кипения и конденсации принятого типа хладагента.

При изучении излагаемого материала предполагается дополнительное изучение и использование в практических расчетах зарубежных программ «CoolPack», «Wbitzer», «Solkane» и др.

1. Термодинамические основы холодильных и климатических установок

1.1. Физические основы искусственного охлаждения

Понятие "холод" и "теплота" условны, так как их физическая природа одинакова. Теплота – это один из видов энергии и она может переходить от одного вещества (тела) к другому лишь при наличии разности температур между ними.

Вещества находятся в одном из трех основных фазовых (агрегатных) состояниях – твердом, жидком или газообразном и в зависимости от окружающих условий (давления и температуры) могут переходить из одного состояния в другое при подводе или отводе теплоты.

Твердая фаза – агрегатное состояние вещества, характеризуемое жесткой молекулярной структурой. Твердое тело сохраняет свою форму и размеры, практически не сжимается.

Жидкая фаза – агрегатное состояние вещества, молекулы которого не так плотно соединены друг с другом, чем молекулы твердого тела. Жидкость практически не сжимается и сохраняет свой объем. Наиболее характерная особенность жидкости – текучесть, благодаря которой она принимает форму сосуда, в котором находится.

Газовая или паровая фаза – агрегатное состояние вещества, молекулы которого, обладающие большей энергией, чем молекулы жидкости, не связаны силами взаимного притяжения и движутся свободно. Газ легко сжимается и заполняет весь объем сосуда, в котором находится. Пар отличается от газа тем, что его состояние ближе к жидкому состоянию. Газ – это сильно перегретый пар.

В парокомпрессионных холодильных машинах рабочее вещество находится в жидком и парообразном состоянии в отличие от газовых холодильных машин, в которых рабочее вещество – газ не меняет своего агрегатного состояния.

Если температура вещества выше температуры окружающей среды, то его называют горячим (теплым или нагретым). Самопроизвольное понижение температуры вещества до температуры окружающей среды называется естественным охлаждением. Понижение температуры вещества ниже температуры окружающей среды возможно путем искусственного охлаждения, а само вещество, температура которого ниже температуры окружающей среды, называют холодным.

По температурному уровню различают области (рис.1.1): умеренного холода – от температуры окружающей среды (условно 20⁰С) до температуры минус 120⁰С и глубокого холода – от минус 120⁰С до абсолютного нуля, то есть температуре, соответствующей минус 273,15⁰С.

Искусственное охлаждение можно осуществлять двумя способами:

• с помощью другого вещества с более низкой температурой за счет отвода теплоты, чаще всего при изменении его агрегатного состояния;

  • с помощью охлаждающих устройств, холодильных машин и установок.