Влияние на температурите на изпарение и кондензация върху ефективността на хладилната машина

23.01.2018 г.6 мин.

В предишните две издания рубриката „Хладилни системи“ с инж. Светослав Влашки представи два от основните и най-разпространени в практиката технически проблеми при хладилните и термопомпени системи – недостигът и излишъкът на хладилен агент. Разгледано беше качественото измерение на ефекта от промяната на работните параметри върху характеристиките на хладилния цикъл. Този път с доказания специалист ще оценим количествено влиянието на температурите на изпарение и кондензация и основните принципи, по които промяната в термодинамичните параметри на хладилния агент води до промяна в мощността и ефективността на хладилната машина.



В инженерната практика е прието принципно правило за приблизителна оценка на ефекта от промяната на температурите на изпарение и кондензация върху характеристиките на хладилната машина: „1 K – 3%“. В настоящото издание на рубриката ще използваме конкретни примери, чрез които да проличат основните принципи, по които промяната в термодинамичните параметри на хладилния агент води до изменение в мощността и ефективността на хладилната машина.

 

Понижаване на температурата на изпарение


С цел коректно да се анализира изолираното влияние на температурата на изпарение, останалите параметри на хладилния цикъл се приемат за постоянни.


На изображението по-долу е показана log p-h диаграма, чрез която се демонстрира ефектът от понижаване на температурата на изпарение (t0). В конкретния пример с R134a, при понижаване на t0 от -10 на -11 оС, специфичната масова студопроизводителност (q0) намалява с 0.4 %, а специфичната работа на компресора (wc) се увеличава с 1.1 %. Тези стойности показват, че влиянието на q0 и wc е минимално. Определящият параметър при промяна в температурата на изпарение е специфичният обем на входа на компресора (v1). Причината е, че специфичната обемна студопроизводителност (q0v) и съответно пълната хладилна мощност на компресора (Q̇0) са в директна зависимост от v1. В настоящия пример, специфичният обем на входа на компресора се увеличава с 3.7 %.


 

При понижаване на температурата и съответно налягането на изпарение, отношението на сгъстяване се увеличава и това води до намаляване на обемната ефективност. Резултатът е допълнително редуциране на Q̇0.


Показателно е сравнението при промяна в специфичния обем, при дадено изменение в температурата на изпарение и температурата на прегретите пари. От Фигура 2 се вижда, че стойността на специфичния обем е значително по-чувствителна към промяна в температурата на насищане, отколкото в температурата на прегретите пари.


 

Следващите два примера демонстрират с конкретни стойности промяната на характеристиките на хладилната система в среднотемпературния и нискотемпературния диапазон при понижаване на температурата на изпарение. Температурата на кондензация, прегревът и подохлаждането се приемат за постоянни.


 

При понижаване на t0, q0 и ηvol намаляват минимално. Поради нелинейното изменение на q0v обаче Q̇0 се редуцира съществено. Понижаването на електрическата мощност е ограничено, вследствие на противоположните ефекти на по-високата специфична работа на компресора и по-ниския масов дебит на хладилния агент. Резултатът е значително редуциране на ефективността на хладилната системата, с приблизително 3% за 1 K.

 

Повишаване на температурата на кондензация


Аналогично на предходната точка, при анализа на влиянието на температурата на кондензация, останалите параметри на хладилния цикъл се приемат за постоянни.

 

На Фигура 3 е демонстриран ефектът от повишаване на температурата на кондензация в log p-h диаграма. В конкретния пример с R410A, при повишаване на tc от 45 на 46оС, специфичната масова студопроизводителност се редуцира с 1.1%, вследствие на увеличаване на специфичната енталпия на входа на изпарителя с 0.7%. Едновременно е налице негативният ефект от увеличаване на специфичната работа на компресора с 2.3 %.

 

 

Следващите два примера демонстрират с конкретни стойности промяната на характеристиките на хладилната система при повишаване на температурата на кондензация. Температурата на изпарение, прегревът и подохлаждането се приемат за постоянни.

 

Аналогично на ефекта при понижаване на температурата на изпарение, при повишаване на температурата на кондензация с 1 K е налице редуциране на ефективността със средно 3%.


Заключението


Изложеният анализ демонстрира, че ефекта от промяната в температурите на изпарение и кондензация върху характеристиките на хладилната система зависи от свойствата на хладилния агент, конфигурацията на системата, конструкцията на компресора и т.н. Въпреки това инженерната практика показва, че в общия случай, би могло да се приеме следното консервативно правило:


Понижаване на температурата на изпарение или повишаване на температурата на кондензация с 1K, води до редуциране на ефективността на хладилната машина с приблизително 3%.


Подробности по темата бихте могли да намерите ТУК! Вашите критични коментари, идеи, предложения или препоръки, авторът очаква на e-mail адрес: svetoslav.vlashki@gmail.com.


Източник на снимковия материал: инж. Светослав Влашки