Лекция_8

1.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра теплогазоснабжения и вентиляции
Кондиционирование воздуха и холодоснабжение
Тема 8
Классификация установок
холодоснабжения и основные
принципы их работы
Уляшева Вера Михайловна
д. т. н., профессор, профессор

2. Классификация установок холодоснабжения и основные принципы их работы

3.

Система холодоснабжения включает генератор холода,
трубопроводы для подачи хладагента и потребитель
холода.
Системы холодоснабжения классифицируются:
- по способу производства,
- по способу передачи холода (централизованное и
местное),
по
использованию
холода
(непосредственное
использование и с промежуточным хладагентом).
3

4.

4

5.

Естественные источники
При непосредственном использовании артезианских (от
названия французской провинции Артуа, богатой подземными
источниками воды) и речных источников качество воды
должно соответствовать требованиям к питьевой воде. Иначе
эти источники могут быть применены только в поверхностных
воздухоохладителях. В любом случае обязательна очистка от
механических примесей.
При артезианском холодоснабжении на стадии изыскательских
работ необходимо определить температуру, уровень залегания
и количество подземных вод. В зависимости от давления
водонасыщенного
пласта
может
быть
использованы
непосредственный отбор или насосная подача с применением
сборных
резервуаров.
Однако
опыт
использования
артезианских скважин показал, что в период максимальной
потребности (летом) уровень подземных вод понижается и не
обеспечивает нужной производительности.
5

6.

При холодоснабжении с применением намороженного в
естественных условиях льда количество холода можно
определить по формуле:
где
теплота плавления льда ,,кДж / кг ;
теплоемкость
и температура
талой воды,
Восточнее и севернее линии Санкт-Петербург – Волгоград в
течении зимы может быть наморожен в буртах лед толщиной до
3м.
6

7.

В летний период амплитуда колебаний температуры наружного
воздуха в течение суток может достигать 15 . Так, например, в
подвале здания Третьяковской галереи были установлены
массивные чугунные столбы, которые в ночное время
охлаждались наружным воздухом, подаваемым осевым
вентилятором, а в дневное время эти конструкции обдувались
приточным для его охлаждения. В 21 веке подобная схема
использована в офисном здании г. Токио. В современных
зданиях используют фазовые аккумуляторы, заложенные в
воздушных каналах строительных конструкций. Аккумуляторы
заполнены химическими веществами, меняющими свое
агрегатное состояние при изменении температуры воздуха. В
ночное время аккумуляторы охлаждаются наружным воздухом,
а в дневное охлаждают приточный воздух.
7

8.

Также для охлаждения воды, поступающей в поверхностный
воздухоохладитель, может быть использована схема
получения холода при использовании льда
1 – блоки льда,
2 – теплоизолированный
бак для льда,
3 – водяной фильтр,
4 – насос,
5 – водопровод,
6 – сливной трубопровод
8

9.

Схема установки при
использовании ночного
холода
1 – бак-аккумулятор
холода, 2 –
воздухоохладитель, 3 –
форсуночная камера, 4 –
трехходовой клапан (Д –
дневной режим, Н –
ночной режим), 5 – клапан.
К1–К5 – воздушные
клапаны
В ночной режим в баке-аккумуляторе холода накапливается
охлажденная вода после ее охлаждения ночным воздухом в
форсуночной камере.
9

10.

Испарительное охлаждение – прямое и косвенное –
подробно рассмотрено в Лекции 5.
Прямое
10

11.

косвенное испарительное охлаждение
Естественные источники холода, на первый взгляд,
имеют экономические преимущества. Однако
нестабильные режимы большинства установок
ограничивают их применение.
11

12.

Искусственные источники холода в СКВ
Общим
признаком
для
искусственных
источников
холодоснабжения является использование холодильных машин
(ХМ), потребляющих электрическую или тепловую энергию.
Рабочая среда ХМ, называемая холодильным агентом или
хладагентом, должна отвечать следующим требованиям:
обладать химической стабильностью и инертностью к
основным конструкционным материалам и смазочным маслам;
иметь допустимые значения рабочих давлений, разности
и отношения давлений нагнетания и всасывания;
быть безопасной для окружающей среды и человека;
быть негорючей и взрывобезопасной;
иметь
высокую
степень
термодинамического
совершенства, большую объемную холодопроизводительность;
обладать благоприятным сочетанием теплофизических
свойств, влияющих на массу и габариты теплообменной
аппаратуры;
12

13.

Основными холодильными агентами являются вода, аммиак,
хладоны (фреоны) и воздух. Различают естественные и
искусственные холодильные агенты. К естественным
хладагентам относятся: аммиак (R717), воздух (R729), вода
(R718), углекислота (R744). К искусственным — хладоны
(фреоны).
В качестве холодильного агента воду используют в установках
абсорбционного и эжекторного типов.
По термодинамическим свойствам наилучшим природным
холодильным агентом считается аммиак. Аммиак имеет малый
удельный объем при температуре кипения -70 °С, большую
теплоту парообразования, слабую растворимость в масле и
другие преимущества. Его применяют в поршневых
компрессионных и абсорбционных установках. К недостаткам
аммиака
следует
отнести
ядовитость,
горючесть,
взрывоопасность при концентрациях в воздухе 16-26,8 %.
13

14.

Фреоны (хладоны) — галоидопроизводные предельных
углеводородов, получаемые путем замены атомов водорода в
насыщенном углеводороде СnН2n+2 атомами фтора, хлора,
брома (СnHx, Fy, Clz, Вru). Число молекул отдельных
составляющих, входящих в химические соединения хладонов,
связаны зависимостью х + у + z + u = 2n + 2. Международным
стандартом принято краткое обозначение всех холодильных
агентов, состоящее из символа R (Refrigerant — хладагент) и
определяющей цифры. Например, фреон-12 имеет обозначение
R12. Все холодильные агенты принято обозначать в
международной символике, и называть фреон (Freon)
или
отечественным аналогом этого слова — хладон. Цифры
расшифровывают в зависимости от химической формулы
хладагента.
14

15.

Для хладонов номер расшифровывается следующим образом.
Первая цифра в двузначном номере или первые две цифры в
трехзначном обозначают насыщенный углеводород СnН2n+2, на
базе которого получен хладон: для этанового ряда вначале
записывают комбинацию цифр - индекс, равный 11, для
пропанового - 21, для бутанового - 31.
Справа указывают число атомов фтора в хладоне: CFCl3 - Rll,
CF2Cl2 - R12, C3F4Cl4 - R214, ССl4 - R10, трифтортрихлорэтан
C2F2C13 - R113.
При наличии в хладоне незамещенных атомов водорода их
число добавляют к числу десятков номера: CHFCl2 - R21,
CHF2Cl - R22.
Если в состав хладона входят атомы брома, после основного
номера пишут букву В, а за ней число атомов брома: CF2Br2R12B2.
15

16.

Изомеры производных этана имеют одну и ту же комбинацию
цифр (цифровой индекс), и то, что данный изомер является
полностью симметричным, отражается его цифровым индексом
без каких-либо уточнений. По мере возрастания значительной
асимметрии к цифровому индексу соответствующего изомера
добавляют букву "а", при большей асимметрии ее заменяют
буквой "b", затем "с", например R134a, R142b и т. д.
Способ цифрового обозначения непредельных углеводородов и
их галогенопроизводных аналогичен рассмотренному выше, но
к цифрам, расположенным после буквы "R", слева добавляют 1
для обозначения тысяч (например, R1150).
Для хладагентов на основе циклических углеводородов и их
производных после буквы "R" перед цифровым индексом
вставляют букву "С" (например, RC270).
16

17.

Хладагентам органического происхождения присвоена серия
600, а номер каждого хладагента внутри этой серии назначают
произвольно (например, метиламин имеет номер 30,
следовательно, его обозначение запишется как R630).
Наряду с чистыми фреонами широко применяют и их смеси:
азеотропные и неазеотропные.
Азеотропными называются смеси, состоящие из двух и более
компонентов (хладонов), которые кипят и конденсируются при
постоянной температуре как однородные вещества. В качестве
рабочих тел могут использоваться азеотропные смеси, составляемые из двух холодильных агентов. Например,
азеотропную смесь, состоящую из 48,8% R22 по массе и 51,2%
R115 (C2F5Cl), называют хладоном R502, его температура
кипения при давлении 0,1 МПа -45,6°С.
17

18.

Неазеотропные
смеси
характеризуются
разделением
равновесных концентраций компонентов в жидкой и газовой
фазах. Кипение и конденсация неазеотропных смесей
происходит при переменных температурах. Неазеотропные
смеси применяют для увеличения холодопроизводительности,
снижения температур конца сжатия, расширения диапазона
применения по температурам кипения и конденсации.
Неазеотропные смеси широко применяются в герметичных
компрессорах, их использование позволяет повысить
надежность работы холодильного агрегата и снизить
энергопотребление. Примером неазеотропной смеси может
служить смесь хладагентов R502 и R113 в соотношении
соответственно 85 и 15%.
18

19.

Хладоны (фреоны) химически инертны, мало - или
невзрывоопасны. Хладоны почти не растворяют воду.
Избыточная влага в хладоне при прохождении через дроссель
превращается в лед (если t0 < 0°С) и "запаивает" дроссельное
отверстие. По этой причине холодильные машины имеют
специальные осушительные устройства. Хладоны при
отсутствии влаги в области применяемых в холодильной
технике температур на металлы не действуют. Аммиак не
оказывает коррозирующего действия на сталь. В присутствии
воды он разъедает медь, цинк, бронзу и другие медные сплавы,
за исключением фосфористой бронзы. Хладоны с большим
содержанием атомов фтора или полностью фторированные
(R13, R113) практически безвредны для человека. Хладон R12
на открытом пламени разлагается, и в продуктах его
разложения содержатся ядовитый фосген и вредные для
человека фтористый и хлористый водород.
19

20.

По степени озоноразрушающей активности озонового слоя
Земли галоидопроизводные углеводороды разделены на 3
группы:
Хлорфторуглероды
ХФУ
(CFC).
Обладают
высокой
озоноразрушающей активностью (R11, R12, R13, R113, R114,
R115, R500, R502, R503, R12B1, R13B1).
Гидрохлорфторуглероды ГХФУ (HCFC). Это хладагенты с
низкой озоноразрушающей активностью (R21, R22, R141b,
R142b, R123, R124).
Гидрофторуглероды ГФУ (HFC), фторуглероды ФУ (FC),
углеводороды (HC). Не содержащие хлора хладагенты,
считаются полностью озонобезопасными (R134, R134a, R152a,
R143a, R125, R32, R23, R218, R116, RC318, R290, R600, R600a,
R717 и др.).
20

21.

Особенностью хладонов является их малая токсичность,
негорючесть, взрывобезопасность, достаточно высокая
термостойкость и химическая нейтральность. Однако
следует помнить, что в присутствии открытого пламени
хладоны разлагаются с образованием ядовитых веществ.
Поэтому курить и пользоваться открытым пламенем в
холодильных камерах категорически запрещается. Следует
также иметь в виду, что в системах с герметичными
компрессорами при сгорании электродвигателя могут
образовываться
токсичные
вещества,
поэтому
разгерметизацию такой системы надо проводить с
определенными мерами предосторожности.
21

22.

Расширяется использование аммиака, не влияющего на
окружающую среду. Аммиак в два раза легче воздуха и при
утечке быстро поднимается в атмосферу, где разлагается в
течение нескольких дней. При выбросе жидкий аммиак
немедленно испаряется. Но следует иметь в виду, что он
ядовит, горюч и взрывоопасен. Если ранее аммиак
использовали
преимущественно
в
крупных
по
холодопроизводительности холодильных машинах, то
теперь промышленность осваивает конструкции средних и
малых
аммиачных
компрессоров
и
холодильного
оборудования на их основе.
22

23.

Парокомпрессионные холодильные машины – ХМ с изменением
агрегатного состояния хладагента – герметичная система,
заполненная любой легкокипящей жидкостью, которая при
испарении обеспечивает отвод теплоты от охлаждаемой среды
(воды или воздуха). Поршень компрессора адиабатно сжимает
газообразный хладагент, который с высокими величинами
давления и температуры поступает в конденсатор. В
конденсаторе хладагент конденсируется, отдавая теплоту
охлаждающей среде (воде или воздуху). После конденсатора с
давлением конденсации хладагент поступает в дросселирующее
устройство, где происходит снижение давления до давления
испарения. Из дросселирующего устройства выходит влажный
пар с малой степенью сухости. Процесс КД является
необратимым. Использование дросселирующего устройства
позволяет осуществлять плавное регулирование температуры.
23

24.

а – с водяным охлаждением
конденсатора, б – с
воздушным охлаждением
конденсатора, д – с
теплообменником для
переохлаждения
хладагента.
1 – компрессор, 2 –
конденсатор, 3 –
дросселирующее
устройство
(терморегулирующий
вентиль), 4 – испаритель, 5
– теплообменник, 6 –
вентилятор. 7 –
теплообменник для
переохлаждения
хладагента, 8 – ресивер
(сосуд для сбора жидкого
хладагента)
24

25.

В испарителе, в охлаждаемом объеме, содержащаяся во
влажном паре жидкость испаряется с увеличением степени
сухости пара до 1. ДВ – изобарно–изотермный процесс. Далее
газообразный хладагент поступает в компрессор.
Для повышения эффективности используются ХМ с
теплообменником для переохлаждения хладагента.
Для оценки энергетической эффективности получения холода
применяют коэффициент использования энергии – отношение
выработанного холода Qx к затраченной энергии на привод
оборудования:
где Nк – мощность, затраченная на привод компрессора, кВт;
Nвен – мощность, затраченная на привод вентилятора для
охлаждения конденсатора или градирни, кВт;
Nн – мощность, затраченная на привод электродвигателя
насоса при водяном охлаждении конденсатора, кВт.
25

26.

Для повышения коэффициента использования
энергии
используют схемы с регулируемым компрессором.
В современных парокомпрессионных ХМ коэффициент
использования энергии равен 2,5-3,2.
1 – контактный аппарат, 2 –
насос, 3 – испаритель, 4 –
регулируемый компрессор,
5, 6 - трубопроводы
26

27.

1 – воздухоохладитель - испаритель, 2 – регулируемый
компрессор, 3 , 4 - трубопроводы
27

28.

Схема
использования
парокомпрессионной
холодильной машины в режиме теплового насоса
1 – испаритель, 2 –
терморегулирующий вентиль,
3 – конденсатор, 4 –
компрессор, 5 – источник
низкопотенциальной теплоты
Кондиционер, обеспечивающий охлаждение воздуха в
обслуживаемом помещении, может также работать в режиме
обогрева помещения. При этом режим работы холодильной
машины, ее цикличность, остается тем же самым, с той лишь
разницей, что меняются местами конденсатор и испаритель.
28

29.

Однако, уже при температуре ниже минус 5°С использовать
кондиционер для обогрева помещения нецелесообразно, так
как возрастает потребление электроэнергии, падает мощность
охлаждения и увеличивается износ узлов компрессора.
Для осуществления, так называемого, реверсивного (обратного)
цикла холодильной машины в схеме устанавливается 4-х
ходовой клапан, позволяющий переключать потоки хладагента.
При низкой температуре наружного воздуха уменьшается
перепад между температурой наружного воздуха и
температурой кипения хладагента. Количество передаваемого
тепла, необходимого для кипения хладагента, уменьшается, и
соответственно ухудшаются условия кипения хладагента,
снижается давление всасывания, падает производительность
компрессора. Одновременно снижается давление и температура
конденсации паров хладагента, что приводит к уменьшению
теплопроизводительности кондиционера, работающего в
режиме обогрева.
29

30.

При работе кондиционера в режиме обогрева происходит
интенсивное обмерзание теплообменника, расположенного
на улице. Образовавшийся лед не только ухудшает
характеристики
холодильной
машины,
уменьшая
теплопередачу,
но
может
физически
разрушить
теплообменник наружного блока. Для удаления льда и
снеговой шубы с теплообменника наружного блока
кондиционер кратковременно переводят в режим охлаждения.
Теплообменник прогревается горячими парами хладагента, и
накопившийся лед и снег оттаивают. После удаления
конденсата кондиционер можно опять использовать в режиме
обогрева.
30

31.

В качестве основного показателя эффективности теплового
насоса применяется коэффициент преобразования или
отопительный коэффициент СОР (coefficient of performance),
равный отношению теплопроизводительности теплового
насоса к мощности, потребляемой компрессором. В режиме
охлаждения для оценки эффективности применяется
холодильный коэффициент EER (energy efficiency ratio),
равный отношению холодопроизводительности теплового
насоса к мощности, потребляемой компрессором.
31

32.

Абсорбционные холодильные машины
В абсорбционных холодильных машинах рабочей средой
является раствор 2–х веществ, значительно отличающихся по
температуре кипения при равном давлении, при этом одно из
веществ может поглощать и растворять пары другого.
Вещество с более низкой температурой кипения называется
холодильным агентом; вещество, поглощающее пары
холодильного агента – абсорбентом.
Вода – холодильный агент, аммиак или бромистый литий –
абсорбент.
К змеевику в генераторе подводится теплота, вода из раствора
испаряется. Водяные пары поступают в конденсатор, где
охлаждаются водой из градирни, при давлении конденсации,
зависящем от температуры охлаждающей воды. В
дросселирующем вентиле (3) давление снижается до давления
испарения, зависящего от температуры охлаждаемой воды. 32

33.

Схема абсорбционной ХМ
а – подвод теплоты,
б – подвод охлаждающей
воды,
в – охлаждаемая вода,
г – к вакуум–насосу
1– генератор,
2– конденсатор,
3 – основной регулирующий
вентиль,
4 – испаритель,
5 – второй регулирующий
вентиль,
6 – абсорбер,
7 – насос
33

34.

Водяной конденсат поступает в испаритель, через трубчатый
змеевик которого проходит охлаждаемая вода. В межтрубном
пространстве испарителя водяной конденсат испаряется, при
этом происходит отвод теплоты от охлаждаемой воды, которая
направляется в систему кондиционирования. Образовавшиеся в
испарителе чистые пары воды поступают в абсорбер, где
находится концентрированный раствор абсорбента. В абсорбер
концентрированный раствор поступает из генератора через
второй регулирующий вентиль. Т.к. парциальное давление
водяных паров над поверхностью раствора ниже, чем
парциальное давление водяных паров из испарителя,
происходит поглощение водяных паров раствором и
концентрация раствора уменьшается. Теплота, выделившаяся в
процессе абсорбции, отводится с водой, проходящей по
змеевику. Для удаления воздуха из системы используется
вакуум – насос. Роль компрессора выполняют генератор и
абсорбер.
34

35.

Воздушные холодильные машины
Воздушные ХМ – это турбодетандеры или воздушные
турбохолодильные машины и вихревые трубы.
Детандер – машина для охлаждения газа за счет его
расширения с совершением внешней работы.
Схема воздушной
турбохолодильной машины
1 – компрессор, 2–
электродвигатель, 3 –
теплообменник–охладитель,
4 – выброс нагретого
воздуха, 5 – турбодетандер,
6 – вал, 7 – вентилятор, 8–
сепаратор и камера
смешивания, 9 – выход
холодного воздуха
35

36.

Наружный воздух сжимается в компрессоре, далее, отдавая
теплоту в теплообменнике–охладителе, поступает в
турбодетандер, в котором происходит расширение воздуха с
одновременным понижением температуры. Воздух через
сепаратор (каплеотделитель) и камеру смешивания для
подмешивания рециркуляционного воздуха поступает в
кондиционируемое помещение. На валу турбодетандера
располагается вентилятор, который подает наружный воздух в
теплообменник – охладитель для охлаждения рабочего
воздуха.
Из–за повышенного потребления электроэнергии на привод
компрессора использование данного типа ХМ ограничено.
36

37.

В вихревой трубе используется вихревой эффект
температурного расслоения воздуха. Сжатый воздух с
температурой, близкой к окружающей, поступает через сопло и
тангенциально поступает в улитку. В трубе происходит
вращательное движение, в результате которого у стенок трубы
образуется зона повышенного давления с более высокой
температурой, а по оси – зона пониженного давления с более
низкой температурой. Нагретый воздух выходит через
периферийное отверстие, открываемое дроссельным вентилем,
а холодный – через центральное отверстие в диафрагме.
I – теплый воздух, II –
холодный воздух
1 – подвод сжатого воздуха, 2
– улитка для направления
вращения воздуха, 3– труба,
4 – дроссель–клапан для
выхода нагретого воздуха, 5
– диафрагма для выхода
37
холодного воздуха

38.

Термоэлектрические холодильные машины потребляют
электроэнергию. Принцип основан на возникновении
температурного перепада на спаях при пропускании
постоянного электрического тока через цепь из двух
разнородных
металлов.
Техническая
реализация
термоэлектрического охлаждения впервые была предложена
академиком А.Ф. Иоффе на основе использования в
электрической цепи полупроводниковых термоэлементов,
собранных в батарею. Конструктивно термоэлектрические
батареи выполняются из ряда соединенных в электрическую
цепь единичных термоэлементов, каждый из которых
включает два полупроводника, образующих горячий и
холодный спаи.
38

39.

Через термоэлектрическую батарею пропускается постоянный
ток, и на холодных спаях происходит поглощение теплоты из
воздушного потока, а на горячих выделяется теплота, для
отвода используется, например, наружный или удаляемый
воздух, оборотное водоснабжение. Для интенсификации
внешнего теплообмена термоэлементы используется оребрение.
Коэффициент использования
формуле:
энергии определяется по
где Nт – мощность, затраченная на термобатарею, кВт;
Nвен – мощность, затраченная на привод вентилятора для
охлаждения, кВт;
Nн – мощность, затраченная на привод
электродвигателя насоса при водяном охлаждении, кВт.
Для таких ХМ характерно значение коэффициента
использования энергии 1÷1,6.
39

40.

Для уменьшения установочной производительности СКВ и
обеспечения технологических или комфортных условий при
пиках нагрузки используют аккумуляторы холода, принцип
работы которых состоит в следующем: до наступления
пиковой нагрузки холодильная машина включается на
полную
мощность
и
в
резервуарах-охладителях
замораживается вода или охлаждается жидкость с
отрицательной температурой замерзания. В период пика
путем отбора холода от льда (плавление) или охлажденной
жидкости пополняют недостающую производительность
холодильной машины. Сезонные пиковые нагрузки,
характерные для СКВ, можно сглаживать путем отбора
холода от льда, накопляемого в изотермических контейнерах
в межсезонье.
40

41.

41

42.

Аккумулировать холод можно с температурами ниже 0°С,
используя эвтектические растворы этиленгликоля, солей
хлористого калия, хлористого натрия, хлористого магния и др.
Известно несколько способов аккумуляции холода.
Аккумуляция холода путем намораживания льда на
поверхности испарителя
До наступления пиковой нагрузки на поверхности испарителя
холодильной машины намораживается слой льда, который
плавится в период пиковой нагрузки.
Например, аккумулятор холода на базе испарителя панельного
типа с площадью поверхности 30 м2. При толщине
намораживания льда 40 мм, массе намороженного льда 1 т
время намораживания составляет 3.8 ч, температура воды на
выходе из испарителя +1°С, емкость водяного бака 2,51 м3.
Удельная тепловая нагрузка составляет в среднем 1 337 Вт/м2,
коэффициент теплоотдачи – 300–800 Вт/м2 ·К.
42

43.

Одним из недостатков аккумуляторов с намораживанием льда
на поверхности испарителя являются небольшие площади
теплообмена лед-вода. В связи с этим необходимо принимать
меры по интенсификации теплообмена, например, активно
перемешивать лед в процессе отвода или увеличивать
циркуляцию охлажденной воды. Но даже при принятии
указанных мер температура воды в часы пик несколько
повышается.
Второй недостаток – понижение температуры кипения
холодильного агента из-за увеличения сопротивления
теплопередачи слоя льда в процессе намораживания.
43

44.

Аккумуляция холода льдоводяной смесью
В этом типе аккумуляторов лед вырабатывается при помощи
льдогенератора и ссыпается в аккумулятор. В аккумуляторе
образуется смесь льда и воды – «шуга».
Поверхность теплообмена лед-вода в этом способе значительно
больше, чем в аккумуляторах с накоплением льда на
поверхности испарителя, аккумуляция холода происходит при
постоянной температуре кипения хладагента в льдогенераторе.
Вариант аккумуляторов холода с чешуйчатым льдом: отбор
воды происходит при постоянной температуры +1 °С даже при
пиковой
нагрузке.
Коэффициент
теплопередачи
в
теплообменнике охладителя при применении пневматической
циркуляции воды достигает 580 Вт/м2 ·К. Для получения 1 т
льда используется бак объемом 4 м3.
Недостатком аккумуляторов с льдоводяной смесью является
необходимость перемешивания льдоводяной смеси и низкая
температура кипения холодильного агента, снижающая
показатели работы холодильных машин.
44

45.

Используются различные методы повышения эффективности
аккумуляторов холода с льдоводяной смесью, например,
орошение генератора холода циркулирующей водой, барботаж
воздуха
в
аккумуляторах,
размещение
испарителя
льдогенератора в баке-аккумуляторе и др.
Аккумуляция
холода
с
использованием
капсулзаполнителей
Этот способ состоит в том, что лед в аккумуляторе холода не
имеет непосредственного контакта с охлаждающей жидкостью,
а образуется в полиэтиленовых капсулах-накопителях.
Аккумулятор
холода,
представляющий
собой
теплоизолированный
резервуар,
заполняется
такими
капсулами. Капсулы отливаются под давлением из полиэтилена
высокой плотности и заполняются специальной жидкостью.
В аккумуляторе циркулирует жидкий теплоноситель
(например, водный раствор этиленгликоля) с температурой
ниже 0 °С, вызывая кристаллизацию жидкости внутри
45
заполнителей.

46.

Тем самым достигается аккумулирование энергии в виде
скрытой теплоты кристаллизации в период фазового перехода
из жидкого состояния в твердое. Шарообразная форма капсул
обеспечивает большую площадь теплообмена. Используя
различные жидкости, как для охлаждения, так и для
заполнения
капсул,
можно
задавать
температуру
льдообразования. Такой способ аккумуляции использован в
оборудовании
французской
фирмы
Cristopia
(энергосберегающие
системы
STL)
являющейся
подразделением европейского производителя климатической
техники компании CIAT (Франция). Предлагается ряд баковаккумуляторов объемом от 2 до 100 м3; и капсулызаполнители (диаметром 96 мм для СКВ и 77 мм для
холодильных установок), способные аккумулировать тепловую
энергию при температурах от -33 до 27 °С.
Капсулы-заполнители допускают не менее 10 000 циклов (замораживаниеразмораживание), срок службы – не менее 20лет. Фирма Cristopia
предлагает целый ряд капсул-накопителей, разработанных для конкретных
46
отраслей:

47.

.Капсула-заполнитель:
1 – пробка, 2 – воздух, 3 – материалзаполнитель, 4 – оболочка из полиолефина
47

48.

Схема состоит из двух контуров – первичного и вторичного.
Первичный контур служит для зарядки аккумулятора холода. В
этом контуре охлаждающая жидкость циркулирует с
постоянным расходом и изменяющейся температурой. Во
вторичном контуре охлаждающая жидкость циркулирует с
постоянной температурой, но с переменным расходом.
В теплообменнике (испарителе) водоохладителя фреон
испаряется и понижает температуру охлаждающей жидкости.
Насосы (6) и (11) обеспечивают циркуляцию жидкости по
первичному и вторичному контурам. Регулировка расхода
охлаждающей
жидкости
по
вторичному
контуру
осуществляется трехходовым вентилем (5).
Работа системы включает 5 режимов.
48

49.

Режим накопления холода в аккумуляторе
В период, когда не требуется охлаждать
нагрузку (в СКВ – помещение), работает
только первичный контур. Температура
охлаждающей жидкости понижается до
температуры,
меньшей
точки
кристаллизации заполнителя в капсулах.
Фазовое
состояние
заполнителя
изменяется, при этом абсорбируется
энергия охлаждения. В этом режиме
работает только насос (11), открыты
клапаны (3) и (12), а трехходовой вентиль
(5) закрыт полностью. По мере
кристаллизации
коэффициент
теплопередачи постепенно уменьшается и
температура охлаждающей жидкости
понижается. Понижение температуры
характеризует окончание цикла зарядки.
По установленной температуре термостат
Т2 отключает холодильную машину.
1 – теплообменник
водоохладителя; 2, 4 – обратные
клапаны;
3, 10, 8, 12 – вентили;
5 – трехходовой вентиль;
6, 11 – насосы;
7 – аккумулятор холода;
9 – теплообменник кондиционера
49

50.

Режим прямого охлаждения.
В случае, когда аккумулятор холода заряжен, а нагрузка не
превышает установочной производительности
водоохладителя, реализуется режим прямого охлаждения.
Вентиль (3) закрыт, регулировка производительности
осуществляется трехходовым вентилем по температуре
охлажденной жидкости. Подача жидкости по контуру
осуществляется насосами (6) и (11).
50

51.

Режим прямого охлаждения и накопления холода в
аккумуляторе используется, когда потребность в холоде
меньше производительности водоохладителя, а температура
жидкости выше заданной. В этом режиме работают насосы
(6) и (11). Клапан (10) закрыт. Накопление холода
осуществляется через клапан (3) до срабатывания термостата.
Регулировка производительности производится трехходовым
вентилем по датчику Т1.
51

52.

Режим разрядки аккумулятора холода
В случае если необходимо провести регламентные и
ремонтные работы с чиллером, используется холод,
накопленный в аккумуляторе. В этом режиме клапаны (3), (10)
и (12) закрыты, компрессор холодильной машины выключен и
в теплообменник кондиционера поступает жидкость,
охлаждаемая в аккумуляторе холода.
52

53.

Режим разрядки аккумулятора холода и прямое охлаждение
При
пиковых
нагрузках,
когда
производительности
водоохладителя недостаточно, аккумулятор холода включается
на разрядку. Насосы (6) и (11) работают, регулировка
производительности осуществляется трехходовым вентилем
(5)
53

54.

Пример подбора водоохладителя с аккумулирующим баком,
используя оборудование французской фирмы CIAT.
Исходные данные.
Расчётная мощность охлаждения для снятия тепловой нагрузки
составляет 800 кВт.
Потребляемая электрическая мощность водоохладителя не
должна превышать 250 кВт.
Решение задачи.
Принимаем:
температуру наружного воздуха 35 °С;
•параметры холодоносителя внутреннего контура (вода) 7/12 °С,
параметры холодоносителя наружного контура (40%
смесь этиленгликоля с водой) 5/10 °С;
длительность пиковой нагрузки (дневное время) – 8
часов.
Результат подбора - модель ROWERCIAT 2500Z HPS серии LX,
холодопроизводительностью
543 кВт с потребляемой электрической мощностью 221 кВт.
Недостающая холодопроизводительность 800-543=257 кВт должна
быть скомпенсирована аккумулятором холода.
Для систем кондиционирования фирмой CIAT рекомендуются
капсулы-накопители типа АС со скрытой теплотой 48,4 кВт ч/м3. В
этом случае объём аккумулирующего бака должен быть не менее
По таблице 1 выбираем ближайший по объёму бак равный 50
54 м3.

55.

Одной из важных особенностей
систем
управления
водоохладителей
CIAT
стандартной
комплектации
является
возможность
устанавливать
два
значения
поддержания
параметров
холодоносителя.
Эта
возможность
контроллера
ExtraCONNECT фирмы CIAT
обеспечит
нам
зарядку
аккумулятора холода в ночное
время работы при установочных
отрицательных
параметрах
холодоносителя и поддержание
рабочих
(положительных)
параметров холодоносителя в
55
дневное время суток.

56.

Аккумуляция
холода
с
использованием
оборудования фирмы Cristopia (системы STL)
характеризуется следующим:
1.
STL совместимы с любой системой
кондиционирования воздуха или промышленной
системой охлаждения.
2.
Обеспечивается равномерная работа
холодильного оборудования.
3.
STL
может
использоваться
как
резервный источник в случае выхода из строя
основного холодильного оборудования или при
проведении профилактических работ.
4.
Использование
холодильного
оборудования меньшего типоразмера на 30–40 %
и, следовательно, уменьшение капитальных
затрат.
5.
В странах с «ночным» тарифом
стоимости
электроэнергии
снижаются
эксплуатационные затраты.
6.
Эффективное
использование
электроэнергии в течение суток для районов с
56
ограниченным расходом электроэнергии.

57.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра теплогазоснабжения и вентиляции
Автор:
Уляшева Вера Михайловна
tgsov@spbgasu.ru