3. Анализ энергетической эффективности

В данном разделе будет проведен анализ энергетической эффективности работы системы на основе рассмотрения параметров цикла теплового насоса, а именно, будет рассмотрен номинальный режим работы, а так же режимы, при которых будет изменятся влияние температуры на входе в испаритель и на выходе из конденсатора.

3.1 Описание хладагента r134a

В предлагаемой системе используется хладагент R134a, он представляет собой гидрофторуглерод (ГФУ) с химической формулой CF₃CFH₂ (1,1,1,2-тетрафторэтан).

R134a широко используют во всем мире для ретрофита холодильного и теплонасосного оборудования для замены озоноразрушающего R12. Потенциал разрушения озона ODP = 0, потенциал глобального потепления GWP = 1300. Физические свойства хладагентов R134a и R12 приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Физические свойства хладагентов

Характеристики	Ед. изм.	R12	R134a
Химическая формула	–	CCl2F2	CF3CFH2
Молекулярная масса	г/моль	120,9	102,03
Температура кипения при 1.013 бар	°С	–29,8	–26,5
Плотность жидкости при 25 °C	г/cм3	1,310	1,207
Критическая температура	°C	112	101,5
Критическое давление	MПa	4,11	4,067
Теплота парообразования (при 1,013 бар)	кДж/кг	165,3	215,9

Области его применения довольно широка, он используется в автомобильных кондиционерах, бытовых холодильниках, торговом холодильном среднетемпературном оборудовании, промышленных установках, системах кондиционирования воздуха в зданиях и промышленных помещениях, а также на холодильном транспорте.

Рассмотрим некоторые эксплуатационные характеристики хладагента. Молекула R134a имеет меньшие размеры, чем молекула R12, что делает более значительной опасность утечек. Хладагент R134a нетоксичен и не воспламеняется во всем диапазоне температур эксплуатации. Однако при попадании воздуха в

систему и сжатии могут образовываться горючие смеси. Не следует смешивать R134a с R12, так как образуется азеотропная смесь высокого давления с массовыми долями компонентов 50 и 50%. Давление насыщенного пара этого хладагента несколько выше, чем у R12 (соответственно 1,16 и 1,08 МПа при 45°С). Пар R134a разлагается под влиянием пламени с образованием отравляющих и раздражающих соединений, таких, как фторводород. По классификации ASHRAE этот продукт относится к классу А1.

Для R134a характерны небольшая температура нагнетания (она в среднем на 8 – 10 °С ниже, чем для R12) и невысокие значения давления насыщенных паров. В холодильных установках, работающих при температурах кипения ниже –15 °С, энергетические показатели R134a хуже, чем у R12 (на 6% меньше удельная объемная холодопроизводительность при –18 °С), и холодильный коэффициент.

В таких установках целесообразно применять хладагенты с более низкой нормальной температурой кипения либо компрессор с увеличенным часовым объемом, описываемым поршнями.

В среднетемпературных холодильных установках и системах кондиционирования воздуха холодильный коэффициент R134a равен коэффициенту для R12 или выше его.

В высокотемпературных холодильных установках удельная объемная холодопроизводительность при работе на R134a также несколько выше (на 6% при T₀ = 10 °С), чем у R12.

Из-за значительного потенциала глобального потепления GWP рекомендуется применять R134a в герметичных холодильных системах. Влияние R134a на парниковый эффект в 1300 раз сильнее, чем у СО₂. Так, выброс в атмосферу одной заправки R134a из бытового холодильника (около 140 г) соответствует выбросу 170 кг СО₂. В Европе в среднем 448 г СО₂ образуется при производстве 1 кВт·ч энергии, т.е. этот выброс соответствует производству 350 кВт·ч энергии.