Выбор способа охлаждения холодильника и схемы холодильной установки

Общие сведения

На охлаждаемых сооружениях применяют два основных способа охлаждения:

а) непосредственное - с помощью кипящего хладагента;

б) посредством охлажденного хладоносителя;

При непосредственном батарейном способе охлаждения жидкий хладагент при давлении кипения p₀ и температуре кипения t₀ поступает в батареи непосредственного охлаждения, установленные в охлаждаемых помещениях. В батареях хладагент кипит, отнимая теплоту от воздуха охлаждаемой камеры, и образующийся пар отсасывается компрессором. В компрессоре пар сжимается от давления кипения до давления конденсации. В конденсаторе конденсируется и через регулирующий вентиль жидкий хладагент вновь направляется в батареи.

Непосредственное батарейное охлаждение – наиболее экономичный способ охлаждения. Это обусловлено следующим: 1) нет промежуточных переносчиков теплоты и имеется только один перепад температур, поэтому для получения определенной температуры воздуха можно поддерживать более высокую температуру кипения хладагента и тем самым увеличить холодопроизводительность машины и уменьшить расход электроэнергии; 2) нет расхода электроэнергии на работу насосов и вентиляторов; 3) нет дополнительной нагрузки на компрессор вследствие превращения работы насосов и вентиляторов в теплоту; 4) нет первоначальных затрат на дополнительное оборудование – испарители, рассольные насосы, вентиляторы; 5) уменьшена необходимая площадь компрессорного цеха; 6) снижена коррозия оборудования.

Недостатками непосредственного охлаждения являются сравнительно большая вместимость по холодильному агенту, сложность обслуживания при большом количестве испарительных систем и трудность поддержания строго постоянных температур охлаждаемого воздуха в камерах, малая аккумулирующая способность батарей непосредственного охлаждения (при выключении компрессора быстро прекращается охлаждение камер); большой расход бесшовных труб.

Охлаждение посредством хладоносителя называют также рассольным охлаждением, так как на охлаждаемых сооружениях в качестве хладоносителей преимущественно применяют рассолы (водные растворы солей NaCl или CaCl₂).

Рассольное батарейное охлаждение осуществляется в результате теплообмена между охлаждаемым воздухом и рассолом. Рассол, охлажденный в испарителе, центробежным насосом подается в рассольные батареи, установленные в охлаждаемой камере. В батареях рассол нагревается на 2-3 ⁰С, охлаждая воздух камеры, и возвращается в испаритель.

При оптимальном режиме работы температура рассола в испарителе должна быть примерно на 5⁰С выше температуры кипения хладагента, а температура воздуха в камере – на 8-10 ⁰С выше температуры рассола.

Потребность энергии на работу рассольных насосов, дополнительные первоначальные затраты на испарители и насосы, увеличение площади машинного отделения снижают экономичность рассольного охлаждения. Оно применяется: в местах больших скоплений людей, где по правилам техники безопасности нельзя применять непосредственное охлаждение; в установках, работающих в условиях, при которых трудно обеспечить плотность соединений; в установках, в которых по условиям эксплуатации требуется периодическое разъединение трубопроводов, например в холодильной установке изотермического поезда.

При батарейном охлаждении в камере устанавливается естественная циркуляция воздуха, вызванная разностью удельных весов теплого воздуха у поверхности груза и холодного – у поверхности охлаждающих приборов.

Скорость воздуха в камерах с батарейным охлаждением находится в пределах 0,05 – 0,15 м/с. Усиления циркуляции воздуха достигают установкой около батарей направляющих циркуляционных щитов.

Воздушное охлаждение камер осуществляется путем предварительного охлаждения воздуха, подаваемого в камеру, в воздухоохладителе, в который поступают жидкий хладагент (при непосредственном способе охлаждения) и охлажденный хладоноситель (при рассольном способе охлаждения). Вентилятором холодный воздух из воздухоохладителя нагнетается в камеру, соприкасаясь с продуктом, отепляется, увлажняется и вновь поступает в воздухоохладитель для охлаждения и осушения.

Кроме рециркуляционного, в воздухоохладитель для охлаждения может поступать также наружный воздух, необходимый для вентиляции камеры. При непосредственном охлаждении применяют только сухие воздухоохладители, в которых теплообмен между воздухом и хладагентом происходит через стенки труб; при использовании хладоносителей воздух может охлаждаться при непосредственном контакте хладоносителя и воздуха (мокрые воздухоохладители с форсунками или с орошаемыми керамическими кольцами) или через стенку труб (сухие воздухоохладители).

По способу подачи воздуха в камеры различают канальную и бесканальную системы циркуляции воздуха.

К недостаткам воздушного охлаждения относятся расход электроэнергии на работу вентиляторов; потребность в увеличении холодопроизводительности компрессора, вызванной наличием теплопритоков от работы вентилятора; дополнительные первоначальные затраты на воздухоохладители, вентиляторы, воздуховоды; значительная усушка груза при долгосрочном хранении в камерах.

Смешанное охлаждение – это совокупность батарейного охлаждения и воздушного. Выбор комбинации систем охлаждения, составляющих смешанное охлаждение, определяется назначением камеры, технологическим процессом термообработки груза в ней.

Выбор того или иного способа охлаждения определяется технико-экономическим сравнением различных систем охлаждения с учетом реальных особенностей монтажа и эксплуатации холодильной установки в каждом частном случае. В целом в настоящее время существует тенденция преимущественного применения систем непосредственного охлаждения, как более экономичных по первоначальным затратам, эксплуатационным расходам и более долговечных по сравнению с системами охлаждения посредством хладоносителей.

Схемы непосредственного охлаждения различают по способу подачи жидкого холодильного агента в приборы охлаждения: 1) схемы, в которых используют разность давлений конденсации и кипения или напор, создаваемый столбом жидкости, называют безнасосными; 2) схемы с принудительной подачей жидкости центробежным насосом называют насосно-циркуляционными. Кроме того, схемы непосредственного охлаждения подразделяют на схемы с нижней подачей жидкости в приборы охлаждения и с верхней подачей жидкости в приборы охлаждения.

Безнасосные схемы проектируют только с нижней подачей хладагента в приборы охлаждения и применяют на охлаждаемых сооружениях небольшой емкости. В этих схемах не обеспечивается равномерная и надежная подача жидкости в охлаждающие приборы. В схемах с верхним расположением отделителя жидкости на температуру кипения оказывает влияние высота столба жидкости (от уровня расположения батареи до уровня установки отделителя жидкости), что особенно заметно при низких температурах кипения.

Насосно-циркуляционные схемы с параллельным распределением и нижней подачей аммиака в приборы охлаждения применяются преимущественно на распределительных охлаждаемых сооружениях, насосно-циркуляционные схемы с верхней подачей аммиака в приборы охлаждения – на производственных охлаждаемых сооружениях (при мясокомбинатах, молочных заводах и др.). По сравнению с безнасосными в насосных схемах имеют место более простое распределение жидкости между приборами охлаждения, бесперебойная подача жидкости в приборы охлаждения, меньшая загрязненность теплопередающей поверхности маслом, меньшая аммиакоемкость системы, большая безопасность работы и т.д[1-3, 5, 6, 24, 27-30, 32].

Таким образом, на выбор системы охлаждения основное влияние оказывают следующие факторы: число и вид охлаждаемых объектов - потребителей холода, расчетная температура в объектах, тепловая нагрузка от каждого объекта и расчетная суммарная холодонагрузка, требования техники безопасности, наличие серийно выпускаемого оборудования и приборов автоматики с требуемыми характеристиками.

Опыт проектирования холодильников показывает, что наиболее оптимальной системой охлаждения в этом случае является централизованная аммиачная система с непосредственным охлаждением, одноступенчатая, насосно-циркуляционная с воздушным охлаждением камер.

К достоинствам такой системы холодоснабжения можно отнести: малое количество дешевого и доступного холодильного агента (аммиака) с высокими теплофизическими свойствами, циркулирующего в системе холодильной установки; низкий расход энергии в компрессорах по сравнению с системами с промежуточным хладоносителем; удобство и простота раздачи жидкого холодильного агента по охлаждающим приборам, высокая кратность циркуляции, что обеспечивает влажный ход испарителей и, соответственно, более интенсивный процесс теплоотдачи; более равномерное распределение температуры по всему объему охлаждаемых помещений и малая усушка благодаря применению воздухоохладителей, обеспечивающих умеренную циркуляцию воздуха.

Поиск по сайту: