Добавил:
Upload
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Магистры Термодинамическое подобие / Термодинамическое подобие / Нормативные документы / Монреальский протокол / Технико-экономический анализ
.txt Сопоставительный технико-экономический анализ систем холодоснабжения, работающих на различных хладагентахСделать
стартовой
Добавить в избранное
Конвертор величин
Расчет мощности кондиционера
Поиск по сайту
Подписка на новости
Главная
О компании
Новости
Выбор кондиционера
Кондиционеры
Отопление
Прецизионные кондиционеры
Кондиционирование и вентиляция винных погребов
Осушители воздуха для бассейнов
Увлажнители воздуха
Очистители воздуха
Вентиляция
Электрические обогреватели
Тепловентиляторы
Тепловые завесы
Системы автоматизации и диспетчеризации
Оборудование для холодильных систем
Академия кондиционирования
Публикации
Документация
Карта сайта
Сервисы сайта
Регионы
Мы рекомендуем
Оборудование для кондиционирования и холодильных систем Wigam
Системы вентиляции и отопления Systemair
Главная Публикации
Сопоставительный технико-экономический анализ систем
холодоснабжения, работающих на различных хладагентах
Пищевая промышленность была и остается основным потребителем
искусственного холода.
В последние годы наблюдается существенный рост производства в
этой отрасли. Одновременно со строительством новых предприятий
происходит модернизация действующих, внедряются новые
современные технологии переработки и производства продуктов,
требующие холодильной обработки и в дальнейшем хранения при
низких температурах.
Потребность в холодильных мощностях на этих предприятиях может
составлять от нескольких сот киловатт до десятков мегаватт на
разных температурных уровнях.
В процессе реконструкции действующего или строительства нового
предприятия всегда встает вопрос о выборе систем
холодоснабжения, оборудования и хладагента.
Выбор осложняется тем, что число экологически чистых
хладагентов, не попавших под ограничения Монреальского
протокола и поправок к нему, принятых Россией, достаточно
ограничено.
Это вызвало новую волну интереса к так называемым природным
веществам – воздуху, воде, углеродам, диоксиду углерода и
аммиаку, из которых лучшими термодинамическими и
теплофизическими свойствами обладает аммиак. Однако он горюч,
при определенном содержании в воздухе взрывоопасен и токсичен
(предельно допустимая концентрация в воздухе – ПДК –
составляет 20мг/м3.) Это несколько ограничивает его
применение.
Основным направлением повышения безопасности аммиачных
холодильных установок является уменьшение аммиакоемкости
системы.
Для решения этой задачи обычно рекомендуется снижать
холодопроизводительность единичного блока путем
децентрализации холодильной установки или перехода от системы
непосредственного охлаждения к системе охлаждения с
промежуточным хладоносителем.
Оба эти способа не лишены недостатков. При децентрализации
аммиачных установок можно добиться некоторого уменьшения
аммиакоемкости снижением объема емкостных аппаратов и степени
их заполнения, но это не является решающим фактором, поскольку
при той же суммарной холодопроизводительности суммарный объем
системы будет больше, чем при централизованном
холодоснабжении.
Применение промежуточного хладоносителя позволяет существенно
уменьшить аммиакоемкость системы, однако приводит по сравнению
с системой непосредственного охлаждения к снижению температуры
кипения и соответственно к перерасходу электроэнергии на
выработку холода.
В то же время названные варианты не являются единственно
возможными. Существуют и другие технические решения,
позволяющие значительно уменьшить аммиакоемкость крупных
холодильных установок и повысить их безопасность.
Многолетний опыт работы нашей компании показал, что при
реконструкции действующих и проектировании новых систем
холодоснабжения требуется комплексный подход, базирующийся на
технико-экономическом анализе возможных схемных решений, вида
холодильного оборудования и типа хладагента.
Критерием эффективности решения при проведении анализа могут
служить только денежные затраты, включающие как капитальные
вложения на приобретение оборудования, его монтаж и пуск в
эксплуатацию, так и эксплуатационные расходы, значительная
доля которых приходится на электроэнергию при выработке
холода.
Больше всего электроэнергии расходуется на привод
компрессорных агрегатов.
В данной статье оценка энергетической эффективности различных
компрессоров в зависимости от типа хладагента проводилась
расчетным путем. Для сравнения были выбраны холодильные
установки на базе винтовых компрессорных агрегатов с
экономайзерами трех наиболее известных производителей крупных
сальниковых компрессоров (холодопроизводительность 1000…1200
кВт при t0=–15ºC, tк=+35ºC) и двух производителей
полугерметичных компрессоров (130…150 кВт при тех же
условиях).
В качестве хладагентов рассматривали аммиак и R22 как наиболее
широко используемые в промышленном холоде, а также смесь
R404А, которая в последние годы находит все большее применение
как альтернатива R22.
По результатам расчетов расхождение в энергетической
эффективности компрессорных агрегатов большой
холодопроизводительности на различных режимах эксплуатации не
превышает ±3%, поэтому при сопоставительном анализе
использовались средние из полученных значений.
Расчеты, проведенные для холодильных агрегатов на базе
полугерметичных компрессоров различных изготовителей, показали
большие расхождения, поэтому при сопоставлении использовались
наилучшие из полученных показателей.
Значения холодильного коэффициента и холодопроизводительности
крупных агрегатов с сальниковыми винтовыми компрессорами
представлены на рис. 1 и 2.
Рис. 1. Зависимость холодильного коэффициента
сальникового винтового компрессорного агрегата от
температуры кипения для различных хладагентов.
Рис. 2. Зависимость холодопроизводительности
сальникового винтового компрессора агрегата от
температуры кипения для различных хладагентов.
Значения холодопроизводительности рассчитаны относительно
базовой точки: было принято, что при t0 = –15ºC, tк = +35ºC
холодопроизводительность компрессора Q0 = 1000 кВт.
Из рис. 1 и 2 следует, что для температур кипения ниже –15ºC
холодопроизводительность агрегата при работе на R22 выше, чем
на NH3. Во всем рассматриваемом диапазоне температур самая
большая холодопроизводительность агрегата достигается при
работе на R404A. Однако холодильный коэффициент при этом
всегда ниже, чем для R22 или NH3.
Следует особо обратить внимание на то, что при температурах
кипения хладагента ниже –25ºC холодильный коэффициент при
работе агрегата на R22 выше, чем на NH3, что не противоречит
теории (хотя в последнее время в специальных изданиях стали
появляться статьи, в которых энергетические преимущества
использования аммиака обосновываются только его наибольшей
удельной массовой холодопроизводительностью).
Несмотря на то, что разница между холодильными коэффициентами
при работе на R22 и NH3 не очень существенна (см. рис. 1),
относительные величины изменения холодопроизводительности δQ и
холодильного коэффициента δε достаточно значительны (рис. 3 и
4).
Рис. 3. Сопоставление холодопроизводительности Q0 и
холодильного коэффициента ε сальниковых винтовых
компрессоров, работающих на R22 и NH3.
Рис. 4. Сопоставление холодопроизводительности Q0 и
холодильного коэффициента ε сальниковых винтовых
компрессоров, работающих на R404А и NH3.
Интересные, на наш взгляд, результаты получены при
сопоставлении энергетических показателей сальниковых и
полугерметичных винтовых компрессоров.
Как следует из рис. 5, энергетическая эффективность
полугерметичных агрегатов, работающих на R22 в диапазоне
температур кипения 0…–45 ºC, составляет 75-80% от
эффективности сальниковых аммиачных компрессоров, а при работе
на R404A и того меньше 55-78%, причем с увеличением
температуры кипения эта разница растет.
Рис. 5. Сопоставление холодильного коэффициента ε
полугерметичных (R22, R404А) и сальникового (NH3)
винтовых компрессоров.
Оценить абсолютную величину перерасхода электроэнергии в
полугерметичных компрессорах (на 1000 кВт
холодопроизводительности) можно по рис. 6,7. Перерасход
электроэнергии на выработку 1000 кВт холода для
полугерметичных компрессоров при работе на R22 составляет
50…200 кВт, а на R404A – 125…225 кВт. Причем с понижением
температуры кипения перерасход увеличивается.
Рис. 6. Сопоставление относительного δN и абсолютного ΔN
(на 1000 кВт холодопроизводительности) расхода
электроэнергии для полугерметичных (R22) и сальниковых
(NH3) винтовых компрессоров.
Рис. 7. Сопоставление относительного δN и абсолютного ΔN
(на 1000 кВт холодопроизводительности) расхода
электроэнергии для полугерметичных (R404А) и сальниковых
(NH3) винтовых компрессоров.
Аналогичные данные получены и при сравнении сальниковых и
полугерметичных компрессоров при их работе на одном и том же
хладагенте (R22 или R404А). Эффективность сальниковых
компрессоров также ощутимо выше (рис. 8).
Применение полугерметичных компрессоров в крупных холодильных
установках холодопроизводительностью 1000 кВт при t0 = –30ºC
приводит к существенному перерасходу электроэнергии: до 660000
кВт·ч/год при работе в течение 6000 ч на R22 и 960000
кВт·ч/год – на R404А (см. рис. 6 и 7).
Сопоставление энергетической эффективности холодильных систем
непосредственного охлаждения при работе на аммиаке, R22 и
R404А убедительно свидетельствует, что при использовании
сальниковых компрессоров нельзя говорить о термодинамических
преимуществах аммиака, поскольку эффективность системы на R22
при t0 < –25ºC оказалась выше.
Что касается полугерметичных компрессоров, то их
энергетические показатели существенно ниже, чем у сальниковых
(см. рис. 8).
Рис. 8 Сопоставление холодильного коэффициента ε
полугерметичных и сальниковых винтовых компрессоров на
R22 и R404А.
К сожалению, сторонники перехода на системы с промежуточным
хладоносителем не приводят данных о величине энергетических
потерь.
Для их оценки были приведены соответствующие расчеты по
энергопотреблению систем с промежуточным хладоносителем для
холодоснабжения холодильных камер с температурами воздуха 0;
–25 и –33ºС.
Результаты расчетов приведены на рис. 9.
Рис. 9. Расход электроэнергии на выработку 1000 кВт
холода при охлаждении камер до температуры:
а – 0ºС, б – –25ºС; в – – 33ºС; Nк – мощность,
потребляемая компрессором; Nнас – мощность, потребляемая
насосом; ts1 и ts2 – соответственно начальная и конечная
температуры хладоносителя
Из представленных данных следует, что удельный расход
электроэнергии в системах с промежуточным хладоносителем на
1000 кВт холодопроизводительности в течение 6000 ч работы в
год составляет:
Температура в камере, ºСПерерасход электроэнергии,
кВт·ч/год
0660 000
–251770 000
–332220 000
Дополнительная электроэнергия в системах с промежуточным
хладоносителем расходуется на привод электродвигателей насосов
хладоносителя и дополнительно на привод компрессорных
агрегатов в связи с необходимостью поддержания более низкой
температуры кипения и возрастанием тепловой нагрузки на
величину мощности, потребляемой насосом.
Используя приведенные ранее данные сравнения сальниковых и
полугерметичных винтовых агрегатов, несложно рассчитать, на
сколько увеличится перерасход электроэнергии в случае
применения в системе с промежуточным хладоносителем
полугерметичных компрессорных агрегатов.
Температура в камере, ºСПерерасход электроэнергии,
кВт·ч/год
01080 000
–252500 000
–333400 000
Таким образом, в заключение можно отметить следующее.
Выбор холодильной системы и хладагента должен базироваться
на технико-экономическом обосновании с учетом не только
стоимости устанавливаемого оборудования, но и расхода
электроэнергии на выработку холода.
Для холодильных установок холодопроизводительностью более
500 кВт при температуре кипения ниже –15ºС предпочтение
следует отдавать системам непосредственного охлаждения,
работающим на аммиаке.
Холодильные установки на базе полугерметичных винтовых
компрессоров целесообразно использовать только в
децентрализованных системах холодоснабжения при единичной
холодильной мощности не более 300…400 кВт при t0 = –15ºC.
Холодильные установки с промежуточным хладоносителем следует
применять в объектах с температурой кипения не ниже -10 ºC,
когда этого требует технология производства или когда не
допускается использование систем непосредственного кипения
нормами и правилами.
По материалам ж-ла «Холодильная техника»
© 2002-2008 ООО «ИВИК», Кондиционеры Mitsubishi Heavy, продажа,
монтаж, установка кондиционеров, обогреватели (конвекторы),
промышленные кондиционеры, вентиляция, отопление, трубы, теплый пол
Тел.: +380 44 502-00-62
Украина, 03115, г. Киев, ул. Крамского, 14/34
стартовой
Добавить в избранное
Конвертор величин
Расчет мощности кондиционера
Поиск по сайту
Подписка на новости
Главная
О компании
Новости
Выбор кондиционера
Кондиционеры
Отопление
Прецизионные кондиционеры
Кондиционирование и вентиляция винных погребов
Осушители воздуха для бассейнов
Увлажнители воздуха
Очистители воздуха
Вентиляция
Электрические обогреватели
Тепловентиляторы
Тепловые завесы
Системы автоматизации и диспетчеризации
Оборудование для холодильных систем
Академия кондиционирования
Публикации
Документация
Карта сайта
Сервисы сайта
Регионы
Мы рекомендуем
Оборудование для кондиционирования и холодильных систем Wigam
Системы вентиляции и отопления Systemair
Главная Публикации
Сопоставительный технико-экономический анализ систем
холодоснабжения, работающих на различных хладагентах
Пищевая промышленность была и остается основным потребителем
искусственного холода.
В последние годы наблюдается существенный рост производства в
этой отрасли. Одновременно со строительством новых предприятий
происходит модернизация действующих, внедряются новые
современные технологии переработки и производства продуктов,
требующие холодильной обработки и в дальнейшем хранения при
низких температурах.
Потребность в холодильных мощностях на этих предприятиях может
составлять от нескольких сот киловатт до десятков мегаватт на
разных температурных уровнях.
В процессе реконструкции действующего или строительства нового
предприятия всегда встает вопрос о выборе систем
холодоснабжения, оборудования и хладагента.
Выбор осложняется тем, что число экологически чистых
хладагентов, не попавших под ограничения Монреальского
протокола и поправок к нему, принятых Россией, достаточно
ограничено.
Это вызвало новую волну интереса к так называемым природным
веществам – воздуху, воде, углеродам, диоксиду углерода и
аммиаку, из которых лучшими термодинамическими и
теплофизическими свойствами обладает аммиак. Однако он горюч,
при определенном содержании в воздухе взрывоопасен и токсичен
(предельно допустимая концентрация в воздухе – ПДК –
составляет 20мг/м3.) Это несколько ограничивает его
применение.
Основным направлением повышения безопасности аммиачных
холодильных установок является уменьшение аммиакоемкости
системы.
Для решения этой задачи обычно рекомендуется снижать
холодопроизводительность единичного блока путем
децентрализации холодильной установки или перехода от системы
непосредственного охлаждения к системе охлаждения с
промежуточным хладоносителем.
Оба эти способа не лишены недостатков. При децентрализации
аммиачных установок можно добиться некоторого уменьшения
аммиакоемкости снижением объема емкостных аппаратов и степени
их заполнения, но это не является решающим фактором, поскольку
при той же суммарной холодопроизводительности суммарный объем
системы будет больше, чем при централизованном
холодоснабжении.
Применение промежуточного хладоносителя позволяет существенно
уменьшить аммиакоемкость системы, однако приводит по сравнению
с системой непосредственного охлаждения к снижению температуры
кипения и соответственно к перерасходу электроэнергии на
выработку холода.
В то же время названные варианты не являются единственно
возможными. Существуют и другие технические решения,
позволяющие значительно уменьшить аммиакоемкость крупных
холодильных установок и повысить их безопасность.
Многолетний опыт работы нашей компании показал, что при
реконструкции действующих и проектировании новых систем
холодоснабжения требуется комплексный подход, базирующийся на
технико-экономическом анализе возможных схемных решений, вида
холодильного оборудования и типа хладагента.
Критерием эффективности решения при проведении анализа могут
служить только денежные затраты, включающие как капитальные
вложения на приобретение оборудования, его монтаж и пуск в
эксплуатацию, так и эксплуатационные расходы, значительная
доля которых приходится на электроэнергию при выработке
холода.
Больше всего электроэнергии расходуется на привод
компрессорных агрегатов.
В данной статье оценка энергетической эффективности различных
компрессоров в зависимости от типа хладагента проводилась
расчетным путем. Для сравнения были выбраны холодильные
установки на базе винтовых компрессорных агрегатов с
экономайзерами трех наиболее известных производителей крупных
сальниковых компрессоров (холодопроизводительность 1000…1200
кВт при t0=–15ºC, tк=+35ºC) и двух производителей
полугерметичных компрессоров (130…150 кВт при тех же
условиях).
В качестве хладагентов рассматривали аммиак и R22 как наиболее
широко используемые в промышленном холоде, а также смесь
R404А, которая в последние годы находит все большее применение
как альтернатива R22.
По результатам расчетов расхождение в энергетической
эффективности компрессорных агрегатов большой
холодопроизводительности на различных режимах эксплуатации не
превышает ±3%, поэтому при сопоставительном анализе
использовались средние из полученных значений.
Расчеты, проведенные для холодильных агрегатов на базе
полугерметичных компрессоров различных изготовителей, показали
большие расхождения, поэтому при сопоставлении использовались
наилучшие из полученных показателей.
Значения холодильного коэффициента и холодопроизводительности
крупных агрегатов с сальниковыми винтовыми компрессорами
представлены на рис. 1 и 2.
Рис. 1. Зависимость холодильного коэффициента
сальникового винтового компрессорного агрегата от
температуры кипения для различных хладагентов.
Рис. 2. Зависимость холодопроизводительности
сальникового винтового компрессора агрегата от
температуры кипения для различных хладагентов.
Значения холодопроизводительности рассчитаны относительно
базовой точки: было принято, что при t0 = –15ºC, tк = +35ºC
холодопроизводительность компрессора Q0 = 1000 кВт.
Из рис. 1 и 2 следует, что для температур кипения ниже –15ºC
холодопроизводительность агрегата при работе на R22 выше, чем
на NH3. Во всем рассматриваемом диапазоне температур самая
большая холодопроизводительность агрегата достигается при
работе на R404A. Однако холодильный коэффициент при этом
всегда ниже, чем для R22 или NH3.
Следует особо обратить внимание на то, что при температурах
кипения хладагента ниже –25ºC холодильный коэффициент при
работе агрегата на R22 выше, чем на NH3, что не противоречит
теории (хотя в последнее время в специальных изданиях стали
появляться статьи, в которых энергетические преимущества
использования аммиака обосновываются только его наибольшей
удельной массовой холодопроизводительностью).
Несмотря на то, что разница между холодильными коэффициентами
при работе на R22 и NH3 не очень существенна (см. рис. 1),
относительные величины изменения холодопроизводительности δQ и
холодильного коэффициента δε достаточно значительны (рис. 3 и
4).
Рис. 3. Сопоставление холодопроизводительности Q0 и
холодильного коэффициента ε сальниковых винтовых
компрессоров, работающих на R22 и NH3.
Рис. 4. Сопоставление холодопроизводительности Q0 и
холодильного коэффициента ε сальниковых винтовых
компрессоров, работающих на R404А и NH3.
Интересные, на наш взгляд, результаты получены при
сопоставлении энергетических показателей сальниковых и
полугерметичных винтовых компрессоров.
Как следует из рис. 5, энергетическая эффективность
полугерметичных агрегатов, работающих на R22 в диапазоне
температур кипения 0…–45 ºC, составляет 75-80% от
эффективности сальниковых аммиачных компрессоров, а при работе
на R404A и того меньше 55-78%, причем с увеличением
температуры кипения эта разница растет.
Рис. 5. Сопоставление холодильного коэффициента ε
полугерметичных (R22, R404А) и сальникового (NH3)
винтовых компрессоров.
Оценить абсолютную величину перерасхода электроэнергии в
полугерметичных компрессорах (на 1000 кВт
холодопроизводительности) можно по рис. 6,7. Перерасход
электроэнергии на выработку 1000 кВт холода для
полугерметичных компрессоров при работе на R22 составляет
50…200 кВт, а на R404A – 125…225 кВт. Причем с понижением
температуры кипения перерасход увеличивается.
Рис. 6. Сопоставление относительного δN и абсолютного ΔN
(на 1000 кВт холодопроизводительности) расхода
электроэнергии для полугерметичных (R22) и сальниковых
(NH3) винтовых компрессоров.
Рис. 7. Сопоставление относительного δN и абсолютного ΔN
(на 1000 кВт холодопроизводительности) расхода
электроэнергии для полугерметичных (R404А) и сальниковых
(NH3) винтовых компрессоров.
Аналогичные данные получены и при сравнении сальниковых и
полугерметичных компрессоров при их работе на одном и том же
хладагенте (R22 или R404А). Эффективность сальниковых
компрессоров также ощутимо выше (рис. 8).
Применение полугерметичных компрессоров в крупных холодильных
установках холодопроизводительностью 1000 кВт при t0 = –30ºC
приводит к существенному перерасходу электроэнергии: до 660000
кВт·ч/год при работе в течение 6000 ч на R22 и 960000
кВт·ч/год – на R404А (см. рис. 6 и 7).
Сопоставление энергетической эффективности холодильных систем
непосредственного охлаждения при работе на аммиаке, R22 и
R404А убедительно свидетельствует, что при использовании
сальниковых компрессоров нельзя говорить о термодинамических
преимуществах аммиака, поскольку эффективность системы на R22
при t0 < –25ºC оказалась выше.
Что касается полугерметичных компрессоров, то их
энергетические показатели существенно ниже, чем у сальниковых
(см. рис. 8).
Рис. 8 Сопоставление холодильного коэффициента ε
полугерметичных и сальниковых винтовых компрессоров на
R22 и R404А.
К сожалению, сторонники перехода на системы с промежуточным
хладоносителем не приводят данных о величине энергетических
потерь.
Для их оценки были приведены соответствующие расчеты по
энергопотреблению систем с промежуточным хладоносителем для
холодоснабжения холодильных камер с температурами воздуха 0;
–25 и –33ºС.
Результаты расчетов приведены на рис. 9.
Рис. 9. Расход электроэнергии на выработку 1000 кВт
холода при охлаждении камер до температуры:
а – 0ºС, б – –25ºС; в – – 33ºС; Nк – мощность,
потребляемая компрессором; Nнас – мощность, потребляемая
насосом; ts1 и ts2 – соответственно начальная и конечная
температуры хладоносителя
Из представленных данных следует, что удельный расход
электроэнергии в системах с промежуточным хладоносителем на
1000 кВт холодопроизводительности в течение 6000 ч работы в
год составляет:
Температура в камере, ºСПерерасход электроэнергии,
кВт·ч/год
0660 000
–251770 000
–332220 000
Дополнительная электроэнергия в системах с промежуточным
хладоносителем расходуется на привод электродвигателей насосов
хладоносителя и дополнительно на привод компрессорных
агрегатов в связи с необходимостью поддержания более низкой
температуры кипения и возрастанием тепловой нагрузки на
величину мощности, потребляемой насосом.
Используя приведенные ранее данные сравнения сальниковых и
полугерметичных винтовых агрегатов, несложно рассчитать, на
сколько увеличится перерасход электроэнергии в случае
применения в системе с промежуточным хладоносителем
полугерметичных компрессорных агрегатов.
Температура в камере, ºСПерерасход электроэнергии,
кВт·ч/год
01080 000
–252500 000
–333400 000
Таким образом, в заключение можно отметить следующее.
Выбор холодильной системы и хладагента должен базироваться
на технико-экономическом обосновании с учетом не только
стоимости устанавливаемого оборудования, но и расхода
электроэнергии на выработку холода.
Для холодильных установок холодопроизводительностью более
500 кВт при температуре кипения ниже –15ºС предпочтение
следует отдавать системам непосредственного охлаждения,
работающим на аммиаке.
Холодильные установки на базе полугерметичных винтовых
компрессоров целесообразно использовать только в
децентрализованных системах холодоснабжения при единичной
холодильной мощности не более 300…400 кВт при t0 = –15ºC.
Холодильные установки с промежуточным хладоносителем следует
применять в объектах с температурой кипения не ниже -10 ºC,
когда этого требует технология производства или когда не
допускается использование систем непосредственного кипения
нормами и правилами.
По материалам ж-ла «Холодильная техника»
© 2002-2008 ООО «ИВИК», Кондиционеры Mitsubishi Heavy, продажа,
монтаж, установка кондиционеров, обогреватели (конвекторы),
промышленные кондиционеры, вентиляция, отопление, трубы, теплый пол
Тел.: +380 44 502-00-62
Украина, 03115, г. Киев, ул. Крамского, 14/34
Соседние файлы в папке Монреальский протокол