21. Холодильные машины, тепловые насосы.

В настоящее время применяется около 30 холодильных аген­тов, наиболее распространенными из которых являются: аммиак, углекислый газ, сернистый ангидрид, фреоны и хладоны. Термодинамические характеристики наиболее часто используемых холодильных агентов приведены в табл. 1

Самый распространенный из фреонов — фреон-12 — тяжелый газ, не имеющий запаха, безвредный при отсутствии открытого пламени. Хладон 123 (СНСI₂=CF₂) – прозрачная легкокипящая жидкость срезким запахом. Хладон 124,124а (CHFCI – CF₃, CHF₂ – CF₂CI) – газы без цвета и запаха с температурой кипения минус 10,8°С и минус 12°С с плотностью 1,4 г/см³. Фреоны применяются преимущественно в установках с низкими температурами испарения (от -70 до -90 °С).

В холодильных установках роль холодного источника выполняют воздух и содержимое холодильной камеры, в теплонасосных — речная вода, земля или атмосферный воздух.

Таблица 8.1

Парокомпрессионные холодильные установки.

Рабочим телом, которое в холодильниках называется холодильным агентом, или хладоносителем, а в теплонасосных — теплоносителем, служат вещества, имеющие низкую температуру кипения. В 30-х гг. XX в. были впервые использованы фреоны — углеводороды, в которых водород полностью или частично замещен галоидами, чаще фтором и хлором, например фреон-12 (СР₂С1₂), фреон-22 (СНР₂С1). До 20-х гг. применялись только поршневые компрессоры, затем в крупные установках их стали заменять винтовыми и лопаточными.

Работает установка так. Насыщенный пар хладоагента сжимается компрессором 3 (рис. 8.1, а) и подается в конденсатор 2 где, теряя теплоту, в окружающую среду, частично конденсируется. Эта парожидкостная смесь направляется в дроссельный вентиль 1, где ее давление и температура падают (роль вентиля в принципе может выполнить любая расширительная машина). После дросселя влажный пар небольшой сухости с низкой температурой поступает в испаритель 5, располагающийся в охлажденном помещении (шкафу) 4, за счет теплоты которого хладоагент испаряется.

Холодильный коэффициент вычисляется по формуле:

где l — работа, затрачиваемая на привод компрессора.Рис.8.1. Парокомпрессиональная холодильная установка:

а-схема установки;1- дроссельный вентиль;2- конденсатор;3- компрессор;4– охлажденное помещение (шкаф);5- испаритель;б–изменение коэффициента в зависимости от температур1 и t2

Отсюда видно, что будет тем больше, чем выше температура холодильнике и чем ниже температура среды, охлаждающей хладоагент в конденсаторе (рис. 8.1,б). При равенстве этих тем­ператур =

Тепловые насосы. Тепловыми насосами называются установки, в которых за счет затраты работы производится отъем энергии от тел с более низкой температурой Т₁ и передача ее другим телам с более высокой температурой Т₂. Применение тепловых насосов дает возможность использования энергии тел, имеющих сравни­тельно низкую температуру, например, окружающего воздуха, хо­лодной воды и др.

Компрессорные тепловые насосы. На рис. 8.2 изображены прин­ципиальная схема и идеальный цикл компрессионных тепловых насосов. Рабочее тело (любое из употребляемых в холодильных установках) засасывается в компрессор 1, где сжимается за счет затраты энергии двигателем до состояния сухого насыщенного или перегретого пара. Этому процессу соответствует изоэнтропа /—2 идеального цикла. Сжатый пар нагнетается компрессором в кон­денсатор 2. Здесь при постоянных значениях давления и темпера­туры пар конденсируется, отдавая определенное количество теп­лоты охлаждающей среде — воде или воздуху. За счет этой тепло­ты охлаждающая среда подогревается до такой температуры, при которой она может быть использована для различных бытовых нужд, в частности для отопления. Наиболее эффективная темпе­ратура подогрева равна 60...70 °С. Процессу в конденсаторе соот­ветствует линия 2—3. После

Рис.8.2. Парокомпрессионный тепловой насос:

Принципиальная схема (а): 1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – дроссельный клапан; 4 – испаритель;

Идеальный цикл теплового насоса (б): 1…4 – точки диаграммы.

конденсатора рабочее вещество в иде­альном цикле поступает в расширительный цилиндр, где пони­жаются его давление и температура — изоэнтропный процесс 3—4. Отсюда рабочее тело поступает в испаритель 4, в котором оно испаряется при неизменных значениях давления и темпе- ратуры, отнимая определенное количество теплоты от тел, имеющих низкий температурный уровень, например от окружающего воздуха, холодной воды и т. д. Из испарителя влажный пар засасывается в компрессор, и работа установки повторяется. Идеальный цикл, представляет собой обратный цикл Карно.

Эффективность тепловых насосов оценивается отопительным коэффициентом, или коэффициентом преобразования, под которым понимается отношение количества теплоты q₁ отданного 1 кг рабочего вещества в конденсаторе, к теплоте q₁ - q₂, эквивалентной работе, затраченной на осуществление цикла:

Кондиционер RVZT5 Термометры сопротивления измеряют температуру наружного воздуха, на выходе 1-го подогревателя, на входе выходного вентилятора.

Совмещенные приборы влажности и температурыНТ выдают сигналы 0-10 в о температуре и влажности на выходе вентилятора кондиционера и вентиляционном канале.

Датчики дифференциального давленияс дискретным выходом контролируют работоспособность (засоренность) фильтров, вращение входного и выходного вентиляторов (двигатели и вентиляторы соединены ременной передачей, исправность которой нужно контролировать).

Имеется дискретные защиты от замерзания (термостаты) по воздуху и по обратной сетевой воде, датчик превышения допустимой влажности (максимум влажности).

Включение двигателя производится промежуточными реле входного и выходного вентиляторов КА7(Р_ДВ=15 кВт), циркуляционных насосов 1-го и 2-го подогревателей - КА8, КА9 (Р_дв=0,4кВт), увлажнитель - К1О (Р_ДВ=3 кВт).Основные управляющие элементы:

• закрылки наружного воздуха;

• закрылки воздуха помещения;

• трехходовой клапан сетевой воды 1-го подогревателя;

• трехходовой клапан сетевой воды 2-го подогревателя;

• двухходовой клапан холодоносителя;

• управление увлажнителем.