Зависимость холодопроизводительности компрессора от температуры кипения фреона

При температуре воды на выходе из установки, равной +15°С, и как следствие температуре кипения фреона +10°С, (температуру окружающей среды принимаем +30°С, из чего получаем температуру конденсации +45°С), ее холодопроизводительность составит 19 кВт.

Теперь мы понижаем температуру воды на выходе из чиллера, например до +5°С (Т_oа=0°С), а остальные параметры остаются неизменными (температура окружающей среды +30°С, температура конденсации +45°С) и получаем холодопроизводительность уже 12 кВт.

Почему же так выходит?

При понижении температуры кипения до t_oa (0°С), получаем диаграмму 1а-2а-3-4а, удельная массовая холодопроизводительность, как видно из диаграммы, уменьшается, но не значительно (Q_oa = i1a"- i4a).

Это объясняется тем, что при дросселировании, в нашем случае проходя через ТРВ, до более низкого давления р_oa (процесс 3 — 4а) хладагент поступает в испаритель с большим содержанием пара (Х4a>Х4). Удельная работа сжатия компрессора с понижением температуры кипения увеличивается (la = i2a-i1a).

При этом уменьшается удельная массовая холодопроизводительность компрессора (q_0км = i1 — i4) и повышается температура сжатия паров фреона в компрессоре (t2a> t2).

С понижением температуры и давления кипения значительно увеличивается удельный объем всасываемого пара (V_1а > V₁), что приводит к существенному уменьшению удельной объемной холодопроизводительности компрессора q_vкм.

Таким образом, с понижением температуры кипения:

• уменьшается холодопроизводительность машины; снижается ее энергетическая эффективность, так как уменьшается значение холодильного коэффициента COP;
• ухудшаются рабочие характеристики компрессора, так как с увеличением отношения давлений Р_к/P_в и их разности Р_к — Р_о растет нагрузка на механизм движения и повышается температура сжатия.

Вывод: с понижением температуры кипения (понижением температуры воды) — увеличивается «объем работы компрессора», которую выполняет компрессор, поэтому падает холодопроизводительность (см. график. Добавляется зеленая площадь).

В нашем случае, при понижении температуры кипения на 10°С градусов, холодопроизводительность чиллера снижается с 19 до 12 кВт, т.е. уменьшается на ~35%.

К аналогичным последствиям приводит повышение температуры конденсации и соответственно давления конденсации. Кроме того, увеличивается нагрев компрессора и потребление электроэнергии. Однако, если снижение температуры кипения на 1°С уменьшает холодопроизводительность машины на 3 … 5%, то повышение температуры конденсации на 1°С снижает его всего на 1 … 2% (в зависимости от типа холодильной машины и условий ее работы).

На практике, для корректного подбора чиллера необходимо не только знать требуемую тепловую нагрузку (или массовый расход жидкости и её разность температур на входе и выходе из вашего оборудования), но и требуемую температуру жидкости. Так, например если нам надо отводить 12 кВт тепла при температуре жидкости +5°С, то мы выберем чиллер марки ВМТ-16, а если технология позволяет отводить тоже количества тепла (12 кВт), только при температуре воды +15°С, то мы уже можем взять установку охлаждения жидкости ВМТ-10 (Q₀=13 кВт, при Т_жид=+15°С), что позволит нам разово сэкономить при покупке чиллера ~20…25%, а также постоянно экономить на электроэнергии ~13000 кВт/год.

Важен ли расход воды в чиллере и оборудовании?

Величина скорости теплоносителя влияет на коэффициент теплоотдачи. При увеличении расхода воды на 25% увеличивается запас площади поверхности теплообменника на 8,2%. Улучшается теплосъем с охлаждаемого оборудования за счет большего расхода воды.

Еще один плюс, который дает увеличенный расход воды — это увеличивается холодопроизводительность холодильной установки за счет повышения температуры кипения. Повышение холодопроизводительности и COP (холодильный коэффициент работы компрессора) составляет 4-5% при повышении температуры кипения на 1 градус.