В.Н.Курятов (вед. эксперт),

А.П.Мальцев (вед. эксперт),

Г.А.Романов (Исп. директор).

ОООИнтехэнерго-аудит Введение

Искусственное охлаждение широко используется в различных отраслях промышленности. Следует особо отметить химическую и пищевую промышленность, где расходы на электроснабжение систем холодоснабжения находятся в пределах 20 50% от общего потребления электроэнергии.

Достаточно большое количество электроэнергии расходуется в системах кондиционирования воздуха таких объектов, как выставки, офисы крупных компаний, кинотеатры, искусственные катки и т.д.

Вопросы рационального использования электроэнергии в системах холодоснабжения имеют большое значение не только с позиции финансовых затрат на предприятиях, но и повышения себестоимости выпускаемой продукции.

Теоретические основы получения низких температур

Система холодоснабжения, по аналогии с системой теплоснабжения, состоит из:

– источника – холодильной машины,

– холодопровода с соответствующей арматурой и

– потребителя.

В настоящее время из используемых в промышленности холодильных машин порядка 70% составляют парокомпрессионные холодильные машины. В данной аналитической статье анализируется эффективность работы только холодильных машин этого типа.

Принципиальная схема, диаграмма циклов и энергетические характеристики парокомпрессионных машин представлены на 1,2 и 3.

В практике энергетических обследований холодильных машин пользуются основными характеристиками, которые определяют эффективность их работы — это холодильный k – или величина обратная холодильному коэффициенту – n, которая называется – удельные затраты мощности на выработку холода.

Кроме этих двух величин для оценки эфф. термодинамических циклов можно использовать величину – т , которая называется степенью термодинамического совершенства и определяется как

т=nк/n,

где nк– теоретически минимальные затраты мощности на выработку холода.

nк = (То.с. – То) / То,

где То.с.– температура окружающей среды (в расчетах можно принять То.с.=300К),

То– минимальная температура в установке.

Для минимальных температур в реальных установках То=(280 24 К, используемых в основном в промышленности, фактические затраты мощности на выработку холода составляют

n =0,3 0,6, кВтэ.э./ кВтхолода

и резко возрастают с уменьшением То. Например, при То.с.=100К n =8 10.

Зависимость коэффициента удельных затрат мощности при производстве холода от минимальной температуры в установке при температуре окружающей среды То.с.=300К представлена на 4.

Кривая 1 – теоретическое значение n в зависимости от То, кривая 2 – зависимость среднего значения n в реальных ХМ.

Анализ работы холодильных установок и определение расчетно-нормативных показателей

Анализ работы холодильных установок, проводится на основании следующих данных:

– принципиальные схемы холодильных установок;

– режимные листы для холодильных установок для «зимнего» и «летнего» периодов, в которых, как минимум, должна быть информация по температурам кипения и конденсации холодильного агента, температурам и давлениям на входе и выходе из каждой ступени сжатия, типы конденсаторов (воздушные или водяные), электропотребление компрессорами и вспомогательным оборудованием;

– диаграммы холодильных агентов в координатах lg P-h;

– нормативное потребление холода в технологических установках;

– установленная мощность вспомогательного оборудования (насосы, вентиляторы и др.).

Методика расчета холодильных установок имеет следующую последовательность:

По характерным точкам цикла работы холодильной машины отдельно для режимов «зима», «лето» строят в диаграмме lg P-h циклы, протекающие в отдельных ее агрегатах. Причем построение циклов ведут для номинального (паспортного) и фактического режимов.

С помощью диаграммы lg P-h ( определяют основные параметры в характерных точках цикла (температура, давление, энтальпия).

Определяют удельные характеристики циклов:

– удельная массовая холодопроизводительность, qо, кДж/кг (qо=h1–h ;

– удельная работа сжатия, l, кДж/кг (l=h2–h ;

– удельная тепловая нагрузка на конденсатор, qк, кДж/кг (qк=h2–h ;

– массовый расход холодильного агента, G, кг/с.

Определяют действительную холодопроизводительность холодильной установки, Qо, кВт (Qо=qо·G).

Определяют мощность, необходимую на привод компрессоров:

– теоретическая мощность, Nт [Nт= (h2'–h ·G], кВт;

где цикл 1–2' — идеальный цикл сжатия;

– индикаторная мощность, Ni;

– мощность на валу, Nе;

– электрическая мощность, потребляемая компрессорами, Nэ (Nэ= Nт/ ), кВт,

где –общий КПД.

= i · м · п · э,

где i–индикаторный КПД компрессора,

м–механический КПД компрессора,

п–КПД передачи,

э–КПД электродвигателя.

Определяют тепловой поток (нагрузку) на конденсатор, Qк,кВт
[Qк=(h2–h ·G].

Проверяют энергетический баланс холодильной установки

Qк = Qо + Ni.

Проводят сравнение удельных затрат мощности на выработку холода для номинального и фактического режимов (nн, nф).

nн = Nэн / Qон, nф = Nэф / Qоф.

Определяют (возможную экономию) перерасход электроэнергии.

Э =(nф – nн)Q'о, кВт·ч,

где Э–перерасход электроэнергии за определенный промежуток времени, кВт·ч,

nф, nн–удельный фактический и номинальный коэффициенты затрат мощности,

выраженные в кВт·чэл.эн./ кВт·чхолода.

Q'о = Qо · ,

где Q'о– количество холода, выработанное за время работы ХМ – , час.

Некоторые типовые мероприятия по снижению энергозатрат в системах холодоснабжения

Типовые мероприятия по энергосбережению в системах холодоснабжения приведены ниже.

Выбор оптимальных значений перепадов температур в испарителях и конденсаторах холодильных машин

От значений перепадов температур Dtu и Dtк зависит потребление энергии, например, понижение температуры кипения на 1оС приводит к понижению холодопроизводительности компрессора и повышению расхода электроэнергии » на 4 %, а повышение температуры конденсации на 1оС увеличивает расход электроэнергии »на2–2,5% (см. . Выбор рационального значения Dtu, Dtк является оптимизационной задачей.

Количественное регулирование холодильных машин

Холодильные установки на максимальной расчетной мощности работают непродолжительное время, поэтому необходимо предусматривать для ХМ количественное регулирование работы компрессоров (изменение частоты вращения, отключение отдельных цилиндров, ступенчатое выключение машин и т.п.).

Теплоизоляция

Теплоизоляция необходима для поддерживания требуемых параметров технологических циклов, для уменьшения потерь дорогостоящего холода, для устранения выпадения конденсата на “холодных” поверхностях. Возможная экономия холода при качественно выполненной тепловой изоляцией достигает 10 15%.

Автоматизация холодильных установок

Комплексная автоматизация работы холодильных установок позволяет повысить их эффективность за счет поддержания оптимальных режимов работы, способствует сохранению качества и сокращению потерь при обработке пищевых продуктов, привод к снижению эксплуатационных затрат и т.п.

Аккумулирование “холода”

Если пиковая тепловая нагрузка превышает среднюю за сутки на » 40%, то целесообразно применение аккумуляторов, необходимых для сглаживания нагрузок, уменьшения капитальных и эксплуатационных затрат на получ. холода.

Использование естественного холода

В холодное время года возможно использование воды, предварительно охлажденной до 1 2°С в естественных условиях в качестве хладоносителя, и наружного воздуха для охлаждения помещений цехов (например цехов брожения и дображивания в технологии пива).

Использование тепловых насосов

Тепловые насосы применяют для отопления, кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения и различных технологических нужд (выпаривание водных растворов), используя теплоту теплоносителей, отработавших в производстве.

Наиболее благоприятные условия применения тепловых насосов реализуются в тех технологиях, где необходимо одновременно производить и теплоту и холод (искусственный каток и бассейн; охлаждение и пастеризация пива, молока; тепловой насос и кондиционер воздуха в летнее время и т.п.).

Внедрение энергосберегающих технологий нередко сопряжено с дополнительными капитальными затратами. Поэтому окончательный вывод о целесообразности использования мероприятий делают на основе технико-экономических расчетов.

Литература

Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник/Под ред. В.А.Григорьева и В.М.Зорина. – М.: Энергоатомиздат, 199 Кн.4.