4.1.3. Способы производства искусственного холода

Холодильная установка (станция) представляет собой комплекс машин и аппаратов, используемых для получения и стабилизации в охлаждаемых объектах температур ниже, чем в окружающей среде. Установка состоит из одной или нескольких холодильных машин, оборудования для отвода теплоты в окружающую среду, системы распределения и использования холода.

Централизованный способ производства искусственного холода предполагает применение единого комплекса машин и аппаратов.

Установка может включать в себя отдельные агрегатированные холодильные машины или представлять комбинацию холодильного оборудования, имеющего общие ил взаимозаменяемые элементы, например блок конденсаторов, ресиверы, коммуникации рабочего тела холодильной машины. В этом случае экономически оправданным является использование системы охлаждения различных объектов промежуточным хладоносителем. Изолированность контура рабочего тела холодильной машины допускает применение аммиака, как наиболее дешевого и термодинамически эффективного рабочего тела.

Для отвода теплоты в окружающую среду обычно применяется система оборотного водоснабжения, которая может быть общей с системой водоснабжения промышленного предприятия.

В целом централизованный способ производства холода обеспечивает высокую степень надежности при меньшем резерве оборудования и меньшей численности обслуживающего персонала.

Децентрализованный способ производства холода с непосредственным охлаждением объектов рабочим телом холодильной машины применяется при небольших тепловых нагрузках, разбросанности объектов охлаждения, а также при непосредственном включении элементов холодильного цикла в схему основного производства предприятия. При этом несколько снижаются энергетические затраты.

В последние годы разработаны комбинированные системы холодо- и теплоснабжения, состоящие из установок, которые могут работать как по холодильному, так и по теплонасосному циклам. Опыт применения таких систем для теплохолодоснабжения зданий при использовании теплоты низкопотенциальных вторичных энергетических ресурсов показали их высокую экономичность.

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение холодильных и криогенных установок.

2. Приведите основные способы внутреннего охлаждения.

3. Что такое хладоагенты и хладоносители?

4. Приведите классификацию холодильных установок по агрегатному состоянию рабочего тела.

5. На какие виды по принципу работы делятся холодильные установки?

6. Назовите наиболее распространенных потребителей искусственного холода.

7. Приведите несколько примеров использования искусственного холода в промышленности.

8. Опишите основные способы производства искусственного холода.

4.2. Системы охлаждения

4.2.1. Системы непосредственного охлаждения

При малых расстояниях между производителем и потребителем холода к охлаждающим приборам может подаваться непосредственно рабочее тело холодильной машины. Такие системы холодоснабжения, как уже определено выше, называются системами с непосредственным охлаждением. Холодильная установка непосредственного охлаждения конструктивно проще, менее энергоемка, проще в эксплуатации, более долговечна и имеет меньшую стоимость. В ее составе отсутствует испаритель и насосно-моторная группа по перекачке хладоносителя.

Естественно, что установка непосредственного охлаждения может применяться при наличии разрешительных санитарно-гигиенических и технологических условий, а также разумных экономических показателях этих систем.

В этих системах теплота от объектов отводится непосредственно холодильным агентом, протекающим в приборах охлаждения и выполняющих одновременно роль испарителя холодильной машины. При этом соcтояние холодильного агента в приборах охлаждения изменяется (он кипит).

На практике различают безнасосные и насосно-циркуляционные системы непосредственного охлаждения.

Безнасосные системы. По способу подачи жидкого хладоагента в охлаждающие приборы эти системы охлаждения подразделяются на прямоточные и с отделителем жидкости.

В прямоточных системах (рис.4.1) жидкий хладоагент подается под воздействием разности давлений конденсации и кипения.

Жидкий хладоагент по трубопроводу 1 из конденсатора поступает к терморегулирующим вентилям 2, где дросселируется и направляется в охлаждающие приборы 3 (испарители). Чувствительный патрон терморегулирующих вентилей укрепляется на всасывающем трубопроводе 4, по которому пар поступает к компрессору. Терморегулирующий вентиль автоматически изменяет подачу жидкости в зависимости от степени перегрева пара на входе в компрессор, обеспечивая тем самым точное дозирование подаваемой жидкости в каждый прибор охлаждения.

Рис. 4.1 Рис. 4.2

В системах охлаждения с отделителем жидкости используется напор Н, создаваемый столбом жидкости (рис. 4.2). Хладоагент по трубопроводу 1 поступает к регулирующему вентилю 2 и далее направляется в отделитель жидкости 3. Сухой насыщенный пар отсасывается компрессором через трубопровод 4, а жидкий хладоагент направляется в приборы охлаждения 5.

В этих схемах не обеспечивается равномерная и надежная подача жидкости в охлаждающие приборы. Во второй схеме большое значение на температуру кипения оказывает высота столба жидкости. Безнасосные системы не исключают возможности возникновения влажного хода и гидравлических ударов в компрессоре, имеют большую вместимость по хладоагенту и используются на холодильных установках малой и средней производительности.

Насосно-циркуляционные системы. Применяются преимущественно на крупных холодильных установках. В этих системах жидкий холодильный агент подается в камеры охлаждения под давлением, создаваемым насосом.

На рис. 4.3 изображена схема с нижней подачей хладоагента в приборы охлаждения и вертикальным циркуляционным ресивером. Жидкий хладоагент из конденсатора или ресивера по трубопроводу 1 подается в циркуляционный ресивер 3 через регулирующий вентиль 2. Образовавшийся при дросселировании пар отделяется в ресивере и через трубопровод 4 отсасывается компрессором. Жидкий хладоагент скапливается в нижней части ресивера и направляется к насосу 6, который подает жидкий хладоагент в приборы охлаждения 5.

Рис. 4.3

Насос подбирают по производительности, обеспечивающей в приборах кратность циркуляции 5 – 6. Это упрощает распределение жидкости по приборам и увеличивает интенсивность теплообмена. Важным является контроль за уровнем жидкости в ресивере: недостаток жидкости делает неустойчивой работу насоса, а ее избыток может привести к влажному ходу и гидравлическим ударам в компрессоре. Для этого ресивер снабжают визуальными и дистанционными указателями уровня.

По сравнению с безнасосными, в насосно-циркуляционных системах более простое распределение жидкости между приборами охлаждения, меньшая загрязненность поверхностей теплообмена маслом, меньшая вместимость системы по хладоагенту, большая безопасность работы и т. п.

Запрет на применение систем непосредственного охлаждения может быть вызван:

- санитарно-гигиенической опасностью применения хладоагента, например, при возможном контакте его в случае аварии с охлаждаемыми продуктами питания при их хранении;

- при высокой стоимости хладоагента и большой емкости системы холодоснабжения;

- при высокой степени вероятности утечки хладоагента;

- при необходимости непосредственного контакта хладоносителя с охлаждаемой средой, например, в оросительных камерах кондиционеров;

- при различном уровне расположения охлаждающих приборов по высоте и ощутимом влиянии статического давления столба жидкого хладоагента на температуру кипения;

- при резких изменениях в режиме потребления холода, вследствие которых возможным становится попадание жидкой фазы в компрессор;

- при значительном расстоянии между производителем и его потребителем, приводящем к снижению давления в трубопроводах вследствие гидравлических потерь и теплообмена с окружающей средой и, как следствие, к нарушению режима работы испарителя;

- при высокой агрессивности, санитарно-гигиенической и экологической опасности хладоагента и т. п.