Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Державний вищий навчальний заклад
Криворізький національний університет
Кафедра теплогазоводопостачання, водовідведення і вентиляції
Методичні вказівки
до проведення лабораторної роботи № 5 з дисципліни
“Кондиціювання повітря” на тему
“Дослідження циклу холодильної машини”
для студентів спеціальності 6.06010107
“Теплогазопостачання і вентиляція” усіх форм навчання
Кривий Ріг
2012
Укладачі:
Відповідальний за випуск: Голишев О.М., д.т.н., проф.
Рецензент:
Викладено вимоги та порядок виконання лабораторної роботи № 2 з дисципліни «Кондиціювання повітря». Наведено теоретичні відомості про роботу кондиціонера на прикладі побутової спліт-системи настінного типу Eko-clima CSH-12Y4B.
Розроблено на основі діючих державних будівельних норм за станом на 01.09.2012р.
РОЗГЛЯНУТО СХВАЛЕНО
на засіданні кафедри на засіданні вченої ради
теплогазоводопостачання, будівельного факультету.
водовідведення і вентиляції. Протокол № від
Протокол № від
Мета: визначити параметри холодоагенту і побудувати цикл холодильної машини на прикладі спліт-системи Eko-clima CSH-12Y4B.
Теоретичні відомості
Спліт-системи відносяться до парокомпресійних холодильних машин. Цей тип машин використовує електродвигуни для створення циркуляції робочого середовища (фреону) в замкнутому контурі через апарати, в яких послідовно змінюється його агрегатний стан.
Для розрахунку і оцінки таких холодильних машин зручно будувати цикли їх роботи на lgP-I-діаграмі. Для фреону R-22, який використовується в лабораторній установці, lgP-I-діаграма наведена на рис. 1.
По вісі абсцис відкладені значення питомої ентальпії І, від 140 до 560 кДж/кг.
Вісь ординат є логарифмічною шкалою, на яку нанесені значення тиску Р, від 0,5 до 80 бар.
В центрі діаграми розташована підковоподібна лінія, верхня точка якої називається критичною. Ця лінія розділяє площину діаграми на три області. В першій області холодоагент знаходиться в стані переохолодженої рідини. В другій області холодоагент знаходиться в двофазному стані (суміш рідини і пари). В третій області холодоагент знаходиться в стані перегрітої пари. В області 2 проходять криві х (криві сухості), які відображають відсотковий вміст пари в суміші. Наприклад, лінія х=0,3 відповідає стану з 30 % вмістом пари і 70 % вмістом рідини. Криві х=0 і х=1 є граничними кривими. Лінія х=0 - це лінія рідкого холодоагенту, лінія х=1 - це лінія пари.
Значення температури t, °С, на діаграмі позначені червоним кольором. В області 1 ізотерми вертикальні, в області 2 - горизонтальні, в області 3 — криволінійні.
На діаграмі також зображені ліній постійного питомого об'єму v, м3/кг (позначені зеленим кольором) і ентропії s, кДж/(кг·К) (позначені синім кольором).
Розглянемо теоретичний цикл парокомпресійної холодильної машини (рис. 2).
Р
ис.
1.
lgP-I-діаграма
для фреону R-22
(області
стану холодоагенту)
Р
ис.
2.
Теоретичний
цикл парокомпресійної холодильної
машини
В теоретичному циклі холодильної машини можна виділити наступні процеси:
1. Випаровування рідини в випарнику (лінія 1-2). Суміш рідини і пари (точка 1) надходить в випарник, де поглинає тепло від повітря, яке охолоджується, і переходить в пароподібний стан (точка 2).
Процес іде при постійній температурі і тиску, при цьому збільшується ентальпія.
2. Перегрів пароподібного холодоагенту в випарнику (лінія 2-3). Задача перегріву - повне випаровування крапель рідини, щоб в компресор надходив тільки пароподібний холодоагент. Це потребує підвищення площі теплообмінної поверхні випарника на 2-3 % на кожні 0,5 °С перегріву. Звичайно перегрів складає 5-8 °С, що приводить до збільшення поверхні випарника до 20 %. Це виправдано, тому що призводить до підвищення ефективності охолодження.
Процес проходить при постійному тиску, температура і ентальпія при цьому збільшуються.
3. Стиснення пари в компресорі (лінія 3-4). Холодний пароподібний холодоагент надходить в компресор (точка 3). В процесі стиснення підвищуються його тиск, температура і ентальпія (точка 4).
4. Зняття перегріву парів холодоагенту в конденсаторі (лінія 4-5). Це перша фаза, яка відбувається в конденсаторі. Температура пари, що охолоджується, знижується до температури конденсації. На цьому етапі не відбувається зміни агрегатного стану фреону.
Тиск залишається постійним, ентальпія - знижується.
5. Конденсація парів холодоагенту в конденсаторі (лінія 5-6). Відбувається зміна агрегатного стану холодоагенту з пароподібного на рідкий.
Температура і тиск залишаються постійними, ентальпія - зменшується.
6. Переохолодження рідини в конденсаторі (лінія 6-7). При цьому процесі рідкий холодоагент піддається подальшому охолодженню, в результаті чого температура його знижується і отримується переохолоджена рідина.
Переохолодження холодоагенту має такий енергетичний ефект: переохолодження на 1 °С відповідає підвищенню потужності холодильної машини на 1 % при однаковому рівні енергоспоживання.
7. Зниження тиску в терморегулюючому вентилі або капілярній трубці (лінія 7-1). Переохолоджена рідина з параметрами в точці 7 надходить на капілярну трубку, де відбувається різке зниження тиску. Якщо тиск буде достатньо низьким, холодоагент може закипати.
Температура при цьому знижується, ентальпія залишається постійною.
Після цього охолоджена суміш рідини і пари знову надходить у випарник і цикл повторюється.
Реальний цикл холодильної машини дещо відрізняється від теоретичного (рис. 3). Справа в тому, що теоретичний цикл не враховує втрати тиску холодоагенту на лініях всмоктування і нагрівання і в клапанах компресора.
Через втрати тиску на вході (лінія 3-3а) компресор повинен всмоктувати при тиску нижчому, ніж тиск випаровування. З іншого боку, через втрати на виході (лінія 4а-4b) компресор повинен стискати пароподібний холодоагент до тиску вищого, ніж тиск конденсації. Робота компресора в реальному циклі характеризується лінією 3а-4а. Необхідність компенсації втрат тиску збільшує роботу компресора і знижує ефективність циклу.