Дополнение — термодинамическая оценка и практические выводы

В начальной статье на примере установки ВМТ-16 показано, как понижение температуры кипения фреона (и, соответственно, температуры воды на выходе) ведёт к существенному падению холодопроизводительности: при снижении t_кип на 10°C холодопроизводительность упала с 19 кВт до 12 кВт — ≈36.8%.
Ниже приведено сравнение: снижение температуры кипения (температура воды ниже) и повышение температуры конденсации (когда окружающая температура воздуха возрастает). Сравним, от чего снижается холодопроизводительность больше — от понижения температуры воды или от повышения окружающей температуры — и какие практические меры позволяют минимизировать потери.

Идеальная оценка: цикл Карно

Цикл Карно даёт теоретический максимум холодильного коэффициента (COP) для заданных температур кипения и конденсации. Для базовых условий возьмём:

• температура конденсации t_к = +45°C;
• температура кипения t_кип = −15°C;
• теоретический максимум ХК (COP) ≈ 4.30.

Оценка влияния изменения режимов (по циклу Карно):

• при росте t_к на 10°C (до +55°C) теоретический максимум ХК падает до ≈ 3.68 (−≈14.4% от 4.30);
• при снижении t_кип на 10°C (до −25°C) теоретический максимум ХК падает до ≈ 3.54 (−≈17.7% от 4.30).

Почему в реальных установках потери искажают идеальную картину

Идеальный цикл показывает только верхний предел. В реальной машине на понижение холодопроизводительности при уменьшении t_кип действует «двойной» эффект:

1. Увеличение работы сжатия. Давление всасывания снижается, растёт отношение давлений — компрессор тратит больше энергии.
2. Снижение массового расхода хладагента. При меньшем давлении кипения удельный объём пара увеличивается, при том же объёме камеры компрессора ṁ падает.
3. Падение объёмной эффективности компрессора. Меньше холодопроизводительности на единицу объёма.
4. Рост температур сжатия. Ухудшаются рабочие характеристики и надёжность компрессора.
5. Доп. расходы вспомогательных устройств. Насосы и вентиляторы могут менять режимы и потреблять больше энергии.

Именно поэтому в нашем реальном примере понижение t_кип на 10°C дало ≈36.8% падения холодопроизводительности, тогда как идеальный цикл Карно показывает ≈17.7% снижения COP: к термодинамическому эффекту добавились объёмно-кинематические потери и ухудшение эффективности компрессора.

Сравнительная сводка — Карно vs практика

Короткий вывод по сравнению

При прочих равных условиях снижение температуры кипения (т. е. требование более холодной воды) бьёт по холодопроизводительности сильнее, чем эквивалентный по величине рост температуры окружающей среды (повышение температуры конденсации). Это объясняется тем, что понижение t_кип уменьшает и удельную работу холодопроизводительности, и массовый расход хладагента, тогда как повышение t_к в основном увеличивает работу сжатия и нагрузку на конденсатор, но менее критично влияет на массовый расход.

Практические рекомендации — что сделать при росте температуры окружающей среды и/или при требовании более низкой температуры воды

• Если задача — снизить температуру воды (требуется более холодная вода): учитывайте, что потребуется чиллер с запасом мощности; по возможности поднимите расход теплоносителя, примените более эффективные испарители или многоступенчатые решения; рассматривайте рекуперацию и поэтапное охлаждение.
• Если проблема — повышение температуры окружающей среды (конденсатор греется): улучшите отвод тепла от конденсатора: очистка и обслуживание, усиление обдува (VSD-вентиляторы), укрытие/шифрование оборудования от прямого солнца, применение влажно-адиабатического подпиточного охлаждения (при допустимости) или переход на водяное охлаждение конденсатора.
• Регулирование расходов и VSD: применение регулируемых насосов/вентиляторов и частотного управления компрессора позволяет гибко адаптироваться и экономить при частичной нагрузке.
• Запас по мощности: проектируйте запас, учитывая практическую чувствительность: −1°C t_кип ≈ −3–5% мощности; +1°C t_к ≈ −1–2% мощности.
• Техническое обслуживание: регулярная чистка теплообменников, проверка уровня фреона, состояние вентиляторов и насосов — самые дешёвые и эффективные меры по поддержанию низкой t_к и высокой COP.
• Архитектурные и монтажные решения: правильная компоновка агрегатов (удаление горячего отведения, достаточные расстояния, ветрозащита) и выбор места установки конденсатора снижают эффект повышения t_к в жару.

Итог

Сравнение показывает: если технологический процесс требует более низкой температуры воды — это сильнее ударит по холодопроизводительности, чем рост температуры окружающей среды на ту же величину. На практике это означает два вывода: 1) по возможности не требуйте более низкой t_{жидкости}, чем действительно нужно для процесса; 2) если снижение t_{жидкости} неизбежно, закладывайте запас по мощности и применяйте меры по повышению расхода теплоносителя и улучшению теплообмена. В случае же роста температуры окружающей среды — прежде всего оптимизируйте работу и обслуживание конденсатора и подумайте о методах предварительного охлаждения воздуха/воды для конденсатора.