Газ с резким удушливым запахом, вредный для организма человека. В соединении с воздухом при объемной доле 16—20 % и при наличии открытого пламени взрывоопасен. По термодинамическим свойствам аммиак — один из лучших хладагентов. По объемной производительности он значительно превышает R12, R22 и R502, имеет более высокий коэффициент теплоотдачи, что уменьшает размеры теплообменников.
Аммиак имеет малое значение теплоты парообразования, поэтому массовый расход его небольшой (в 4—5 раз меньше, чем у R22). Это свойство затрудняет регулировку подачи. Поэтому аммиак в основном применяется в мощных холодильных машинах.
Аммиак не взаимодействует с черными металлами, алюминием и фосфоритной бронзой, но разрушает цинк, медь и ее сплавы. Поэтому холодильные агрегаты на аммиаке изготавливают из стали. Кроме того, аммиак имеет высокую электропроводность и поэтому не может быть использован с герметичными компрессорами. Холодильные масла не растворяются в аммиаке, что также ограничивает его применение.
Дешевый нетоксичный негорючий хладагент, совместим с минеральными маслами, электроизоляционными и конструкционными материалами.
Применяется в низкотемпературных, двухкаскадных холодильных установках, в составных хладагентах.
Применяется как криогенный хладагент в безмашинных проточных системах, в которых хладагент не совершает замкнутого цикла.
Низкая стоимость, совместим с минеральными маслами, электроизоляционными и конструктивными материалами. Может быть использован для замены R22 и R502. Но из-за горючести запрещен в США для использования в бытовых холодильниках.
Используется вместо R12, но холодопроизводительность его в 2 раза меньше. Хорошо растворяется в минеральном масле. Но так же, как и пропан, горюч и взрывоопасен. В настоящее время итальянские и немецкие фирмы применяют его в бытовых холодильниках.
Posts Tagged ‘цикл’
Амиак
Суббота, августа 21, 2010Термодинамические свойства хладагентов
Суббота, июля 24, 2010С помощью холодильного агента осуществляется холодильный цикл. Это возможно благодаря тому, что хладагент при одном и том же давлении может изменять свою температуру за счет изменения агрегатного состояния.
Испаряясь в испарителе, хладагент отбирает тепло из охлаждаемого объема, затем после сжатия компрессором и перехода в жидкое состояние отдает это тепло окружающей среде.
Для создания эффективного холодильного цикла хладагент должен обладать следующими термодинамическими свойствами:
1. Иметь высокую удельную энтальпию, так как холодопроизводительность холодильной машины прямо пропорциональна энтальпии.
2. При атмосферном давлении хладагент должен иметь температуру кипения, обеспечивающую требуемую температуру в охлаждаемом объеме.
3. Для получения высоких значений холодильного коэффициента необходимо, чтобы потребляемая мощность компрессора была как можно меньше, а это значит, что давление конденсации должно быть как можно ниже.
4. Хладагент должен иметь высокую теплопроводность, небольшие плотность и вязкость. В этом случае гидравлические потери на трение, местные сопротивления и затраты энергии на циркуляцию хладагента в холодильном контуре будут малы.
5. Хладагент должен хорошо растворяться в масле, обеспечивая-смазку компрессора и возврат масла из холодильного контура.
6. Хладагент не должен быть электропроводным.
7. Хладагент должен быть экологически чистым.
8. Эксплутационные расходы должны быть небольшие. Это зависит от следующих параметров хладагента:
термохимической стабильности;
• технологичности эксплуатации;
• степени горючести и взрывоопасности;
• стоимости.
Вещество, которое отвечало бы всем перечисленным требования, найти практически невозможно. Поэтому при подборе хладагента исходят из основных определяющих требований, предъявляемых к конкретной холодильной машине.
* R — refrigerant (хладагент)
Длительное время основными хладагентами были аммиак (NH3), углекислый газ (С03) и двуокись серы (S02). Но в 1930 г. в США был создан хладагент, который по своим характеристикам на тот период казался идеальным. Этот хладагент — дихлордифторметан (C12F2C) — получил торговую марку "фреон" и буквенное обозначение R12 *. В дальнейшем был получен ряд новых хладагентов, основанных на фторхлоруглеродах. Все они получили обозначение R и цифры, зависящие от химического состава (R CDU), где С (сотни) — число атомов углерода в химическом составе, уменьшенное на единицу; D (десятки) — число атомов водорода, увеличенное на единицу; U (единицы) — число атомов фтора.
Холодильные циклы многокомпонентных хладагентов
Суббота, июля 17, 2010С целью повышения энергетической эффективности холодильных циклов применяют многокомпонентные хладагенты. Многокомпонентный хладагент может проявлять свои свойства аналогично однокомпонентному, не разделяясь в процессе холодильного цикла на составляющие. Такой многокомпонентный хладагент называется азеотропным. Если в холодильном цикле каждая из составляющих многокомпонентного хладагента ведет себя как чистое вещество, независимо от наличия других хладагентов, такой хладагент называется неазеотропным. С помощью неазеотропных хладагентов можно получать многотемпературные холодильные машины. Так, французский ученый Л. Филипп предложил использовать смесь фреонов R12 и R22 для получения двухтемпературных уровней в одной холодильной машине. Смеси с тройной ограниченной растворимостью для трехтемпературной машины предложил использовать А. Лавочкин.
В [37] описана каскадная установка со смешанным холодильным агентом, состоящим из четырех углеводородов. Холодильный цикл имеет понижающуюся температуру кипения и адекватен четырем холодильным циклам, соединенным в каскадную схему. Каждый из хладагентов смеси имеет свои температуры кипения и испарения, но процессы происходят в одном холодильном контуре и хладагенты сжимаются одним компрессором.
Большой вклад в исследования многокомпонентных хладагентов внесли Р. Хейвуд [30], советские исследователи М. Боярский, В. Лапшин, Г. Лавренченко, В. Никольский, В. Ягодин.
Термостатирование с несколькими температурными уровнями используется и для бытовых холодильных машин. Так, В. Никольским и др, были предложены новый способ получения холода с нескольким уровнями термостатирования (А. с. №1035354, СССР), а также холодильные агенты, позволяющие реализовать этот способ (А. с. № 1033523, 1039944, 1028705, СССР). Сущность способа заключается в том, что в качестве высокотемпературного испарителя применяют регенеративный теплообменник "труба в трубе", а компоненты, входящие в состав холодильного агента, имеют разные температуры испарения (рис. 3.2.27).
Полное ожижение смеси происходит при растворении парообразных хладагентов, кипящих при более низких температурах, в жидких хладагентах, кипящих при более высоких температурах. В качестве хладагентов, кипящих при более низких температурах, используют фреоны R13 и R22, а при более высоких - R12, R318B2 и R142.
Определение неисправности холодильных машин
Среда, июня 30, 2010Исследуя реальный холодильный цикл путем измерения параметров в определенных точках холодильной машины, можно оценить отклонения lg P-I диаграммы от нормы и, исходя из этого, определить характер неисправности холодильной машины. Практически измеряют температуру и давление в характерных точках холодильной машины, ток двигателя компрессора, перегрев испарителя, переохлаждение конденсатора.
Ниже приведены несколько примеров отклонения lg P-I диаграммы от нормы и причины этих отклонений (неисправности).
Высокое давление конденсации
Причинами повышенного давления при воздушном охлаждении конденсатора могут быть:
отсутствие обдува конденсатора; высокая наружная температура. Причинами повышенного давления при водяном охлаждении могут быть:
• недостаточное количество охлаждающей воды; высокая температура охлаждающей воды.
Для обоих типов охлаждения:
загрязнение или частичная закупорка конденсатора; наличие в системе воздуха или неконденсирующихся газов. 1. На рис. 3.2.18 показана lg P-I диаграмма при "слабом" конденсаторе, не обеспечивающем необходимой теплоотдачи. Характерными отклонениями lg P-I диаграммы и признаками являются:
повышение давления конденсации; повышение температуры нагнетания;
• повышение температуры испарения (незначительное); уменьшение перепада температуры воздуха, проходящего через конденсатор;
• увеличение рабочего тока компрессора;
появление пузырьков газа в жидкой фракции хладагента (наблюдается в смотровом стекле на жидкостной линии);
повышение температуры головки компрессора;
возможны пульсации температуры на выходе ТРВ. Неисправности, которые могут возникнуть вследствие "слабого" конденсатора:
• отказ компрессора;
• снижение холодопроизводительности;
Второй причиной повышения давления конденсации может быть перезаправка холодильной машины хладагентом. Характерными отклонениями при перезаправке хладагентом являются:
• повышение давления конденсации;
• повышение температуры нагнетания;
• повышение переохлаждения.
Неисправности, которые могут возникнуть при перезаправке холодильной машины:
отказ компрессора;
• срабатывание датчика высокого давления;
• перегрев компрессора.
Низкое давление испарения
Причинами низкого давления испарения могут быть:
• недостаточное количество хладагента (недозаправка или утечка хладагента);
недостаточно хладагента проходит через регулятор подачи хладагента (ТРВ или капиллярную трубку). 1. При недостаточном количестве хладагента lg P-I диаграмма примет вид, показанный на рис. 3.2.20.
Характерными отклонениями lg P-I диаграммы являются:
• снижение давления испарения;
• снижение или отсутствие переохлаждения. Неисправности, которые могут возникнуть при недостаточном
количестве хладагента:
срабатывание датчика низкого давления; отказ компрессора;
снижение холодопроизводительности; уменьшение рабочего тока компрессора.
Потери при дросселировании
Четверг, июня 24, 2010Потери при дросселировании определяются физическими свойствами холодильного агента, а также интервалом температур до и после дросселирования — чем больше интервал, тем больше потери. Поэтому одним из способов снижения потерь является уменьшение этого интервала путем понижения температуры жидкого хладагента перед дросселированием.
Это обеспечивается переохлаждением хладагента в конденсаторе на 5-8 К относительно температуры конденсации. Процесс переохлаждения идет по лини 6-7' (рис. 3.2.9), а в ряде случаев линия переохлаждения совпадает с пограничной кривой (линия 6-7).
В точке 7 в кондиционерах давление составляет 15 бар, температура — 32-35 "С. Перепад температур воздуха, охлаждающего конденсатор, составляет 5-10 К. Температура конденсации должна быть на 10-15 К выше температуры окружающей среды.
Хотя в парокомпрессионном цикле работа расширения составляет небольшую часть работы цикла, обеспечить адиабатическое расширение крайне сложно. Поэтому применяют дросселирование с помощью терморегулирующего вентиля (ТРВ) или трубки малого сечения (капиллярной трубки). Дросселирование обеспечивает понижение давления без изменения энтальпии. Однако в процессе дросселирования реальных газов температура понижается меньше, чем при адиабатическом расширении. Это объясняется наличием частичного парообразования за счет выделения теплоты трения в процессе дросселирования. Вследствие этого снижаются полезная работа расширения и холодопроизводительность. Этот необратимый процесс идет с увеличением удельной энтропии. Следовательно, на T-S диаграмме (рис. 3.2.9) линия процесса дросселирования пойдет не вертикально вниз (S = const), а наклонно (линия 7-1).
Таким образом, на T-S диаграмме парокомпрессионный цикл описывается следующими процессами:
1- 2 — отбор тепла от охлаждаемой среды при парообразовании (кипении) хладагента в испарителе при постоянном давлении;
2- 3 — отбор тепла от охлаждаемой среды при перегреве газообразного хладагента в испарителе;
3- 4 — сжатие хладагента компрессором;
4- 5 — снятие перегрева хладагента в конденсаторе;
5- 6 — конденсация хладагента;
6- 7 или 6-7' — переохлаждение хладагента;
7- 1 или 7'~-1 — дросселирование хладагента.
Удельная холодопроизводительность (на 1 кг хладагента) пропорциональна площади a-1-2-3-d. Затраченная работа — площади 1-2-3-4-5-6-7'.
Энергия, отданная конденсатором, пропорциональна сумме вышеуказанных площадей, то есть площади а-1 -7'-6-5-4-3-d.
Увеличение холодопроизводительности за счет переохлаждения конденсатора равно площади а-1-1'-Ь.
Увеличение холодопроизводительности за счет перегрева хладагента при кипении равно площади c-2-3~d.
При всей наглядности прохождения физических процессов в холодильной машине на 745" и /Л^диаграммах производить расчеты по ним не совсем удобно, так как для определения холодопроизводительности и затраченной работы необходимо на диаграмме измерять площади многоугольников. Расчеты обычно производят по энтальпийной диаграмме (P-I диаграмма), в которой количество тепла, .участвующего в процессах, отображается не площадями, а прямолинейными отрезками.
Холодильный цикл реальной холодильной машины
Пятница, июня 18, 2010Холодильный цикл реальной холодильной машины значительно отличается от цикла Карно, что связано со следующими обстоятельствами:
1. Необходимость перегрева хладагента в процессе парообразования в испарителе
Рассмотрим парокомпрессионный цикл с хладагентом R22 и температурой испарения +5°С, обычно используемый при комфортном кондиционировании (рис. 3.2.9).
В точке / на входе испарителя (рис. 3.2.10) давление составляет примерно 4,8 бара, а температура +5 °С. (Точные значения термодинамических параметров хладагента R22 приведены в табл. 3.2.1—3.2.4). Жидкость начинает испаряться, и чем ближе к точке 2, тем больше в испарителе пара и меньше жидкости. Однако давление и температура
по всей длине испарителя остаются постоянными. В точке 2 жидкости уже нет, есть только пар.
Однако производить сжатие в этой точке еще нельзя, так как из-за изменения, например, температуры окружающей среды точка 2 может "плавать", сдвигаясь при этом в область парожидкост-ной фазы. Поступление части жидкости в компрессор может привести к гидродинамическому удару и выходу компрессора из строя.
Поэтому отбор тепла производят до тех пор, пока на выходе из испарителя не произойдет перегрев пара на 5-8 К выше температуры кипения (точка 3). Этот режим называется режимом "сухого хода". Кроме того, данный режим обеспечивает повышение холодопроизво-дительности холодильной машины.
Температуру испарения следует выбирать как можно выше, так как повышение температуры испарения на 1 °С ведет к повышению холодопроизводительности на 3-5 %.
Рассмотрим, что происходит с охлажденным воздухом, который с помощью вентилятора проходит через испаритель.
Пусть температура воздуха на входе в испаритель равна 22 "С, а на выходе 15 °С. Перепад температуры воздуха составляет ^^=22-15= =7 °С, а полный перепад между температурой хладагента (5 °С) и температурой воздуха на входе составит:
Депшщ=22-5 = 1ГС.
Д9П0ЛН и Д?Е03Д зависят от температуры и влажности окружающего воздуха. Как правило, для испарителей, охлаждающих воздух, могут быть приняты следующие значения:
Ди.-6-lOK; Д6полн= 16-20 К.
2. Наличие потерь в компрессоре
Потери в компрессоре возникают из-за трения, наличия мертвого объема, наличия масла в хладагенте, охлаждения встроенного электродвигателя хладагентом и др. Эти потери можно уменьшить, увеличив степень сжатия и температуру сжатого хладагента до 60-70 "С (линия 3-4, рис. 3.2.9), хотя температура конденсации должна быть около 40 °С.
Разность между температурой конденеации и температурой окружающей среды должна быть как можно меньше, так как снижение температуры конденсации на 1 °С ведет к увеличению холодоп-роизводительности на 1 %.
3. Снятие перегрева и переохлаждение конденсатора
Учитывая, что для исключения потерь в компрессоре температура хладагента повышена до 60-70 °С, то при конденсации нам необходимо прежде всего снять перегрев и привести хладагент к требуемой температуре конденсации.
Холодильный цикл
Суббота, июня 12, 2010Все механические, электрические и магнитные процессы можно разделить на обратимые и необратимые.
Обратимые процессы — это такие процессы, в которых исходное состояние может быть достигнуто без каких-либо остаточных изменений системы. Например, механические или электрические колебания протекают обратимо, так как они периодически попадают в исходное состояние.
Идеальные обратимые процессы характеризуются следующими признаками:
1. Исходное состояние достигается путем обратного хода процесса (колебание маятника).
2. Восстановление исходного состояния не требует подвода энергии извне.
3. Обратимый процесс не оставляет ни в одном из участвующих в процессе тел остаточных изменений состояния.
Противоположностью обратимых процессов являются процессы необратимые, например, пластические процессы деформации тел, химические реакции, передача энергии излучением.
Необратимые процессы характеризуются следующими признаками:
1. Все необратимые процессы сами по себе протекают только в одном направлении. Например, запах духов обратно во флакон не возвращается.
2. При всех необратимых процессах работа растрачивается, то есть упускается возможность совершить полезную работу. Вместо полезной работы происходит только нагревание тел (нагретый газ в поршне идет на передвижение поршня, но часть тепла излучается в пространство). Для непрерывности необратимого процесса необходимо пополнять систему энергией извне.
3. В замкнутых системах необратимые процессы приводят к остаточным изменениям состояния систем.
Для количественной оценки степени совершенства обратимых процессов Клаузис (1882) ввел понятие энтропии, сущность которого заключается в следующем.
Всякое движение частиц стремится к беспорядку. Энтропия характеризует, насколько далеко ушло направленное (упорядоченное) движение частиц к беспорядку и насколько трудно (или невозможно) осуществить обратный переход. По сути, энтропия характеризует процесс теплообмена системы с окружающей средой.
Цикл Карно
Суббота, июня 5, 2010Французский инженер Карно (1824) рассчитал цикл холодильной машины, которая выполняет максимальную работу при минимальных затратах, то есть идеальный холодильный цикл (рис. 3.2.4).
Такой цикл состоит из:
• адиабатического сжатия паров в компрессоре (кривая 1-2);
• изотермической конденсации паров в конденсаторе (кривая 2-3);
• адиабатического расширения жидкости в расширителе (кривая 3-4);
• изотермического парообразования жидкости в испарителе (4-1). Цикл Карно является двухтемпературньш, то есть теплообмен
происходит между двумя источниками:
• холодным источником (испарителем), который при температуре
поглощает тепло Qo!
• горячим источником (конденсатором), который при температуре Гк отдает в окружающую среду тепло Q^.
Цикл Карно теоретически можно осуществить с помощью следующих элементов:
1. Компрессора без потерь, который адиабатически (без теплообмена на с внешней средой) сжимает Р влажный пар. Совершаемая работа затрачивается исключи тельно на изменение внутренней энергии газа (линия 1-2, рис. 3.2.4). В процессе сжатия капли жидкости испаряются, и в точке 2 образуется сухой насыщенный пар.
2. Конденсатора бесконечной поверхности, в котором пар превращается в жидкость при температуре окружающей среды (процесс 2-3).
3. Регулирующего вентиля без потерь, в котором жидкость адиабатически расширяется (линия 3—4).
4. Испарителя бесконечной поверхности, в котором вся жид кость превращается в пар при температуре холодного источника Т0 (линия 4-1).
P-V диаграмма холодильного цикла дает возможность определить холодопроизводительность холодильной машины и затраченную энергию путем измерения площади, заключенной между линиями процессов. Однако выбрать цикл с максимальным КПД по этой диаграмме затруднительно. Данный процесс лучше исследовать на диаграмме "температура-энтропия" (T-S диаграмма). Это связано с тем, что в T-S диаграмме холодильный цикл может быть представлен прямыми линиями. Определение площадей, ограниченных прямыми линиями, намного проще, а результаты точнее.
Простая холодильная машина
Четверг, мая 13, 2010Простая холодильная машина использует явление поглощения тепла из охлаждаемой среды во время перехода вещества из Таким образом, мы получаем замкнутый цикл холодильной машины, которая с помощью испарителя отбирает тепло из холодильной камеры и с помощью конденсатора отдает его другой среде.жидкого состояния в газообразное при постоянной температуре и давлении. Так, если капнуть на ладонь какой-либо хладагент, например, эфир, то ладонь будет охлаждаться. При испарении хладагент отбирает тепло у ладони, а нагретые пары хладагента перейдут в окружающую среду, отдав ей часть тепла ладони.
Если этот хладагент замкнуть в изолированной термодинамической системе и создать условия для сбора испарившегося хладагента и обратного его преобразования в жидкость, то эту часть хладагента можно вновь использовать для охлаждения. Схема такой термодинамической системы приведена на рис. 3,2.2, а процессы, протекающие в системе, отображены в Р- V диаграмме на рис. 3.2.3.
В камере, которую необходимо охладить, находится испаритель. В испаритель поступает жидкий хладагент, который затем испаряется, отбирая тепло у холодильной камеры (поток А на рис. 3.2,2 и кривая 4-1 на рис. 3.2.3).
Регулируя давление, можно сделать так, чтобы хладагент превращался в пар при требуемой температуре (в допустимых для данного хладагента пределах и при технически реализуемых давлениях). Затем необходимо отобранное хладагентом тепло передать в окружаюнгую среду или использовать для нагревания. Для этого хладагент сжимают компрессором (кривая 1-2 на рис. 3.2.3) и направляют в теплообменник, называемый конденсатором. Конденсатор при постоянном давлении отдает тепло окружающей среде, например, воздуху или воде (поток В рис. 3.2.2, линия 2-3, рис. 3.2.3). Естественно, что температура среды, окружающей конденсатор, должна быть ниже температуры жидкого хладагента.
Для того чтобы жидкий хладагент начал испарятьс я, необходимо снизить его давление. Это осуществляется с помощью регулирующего вентиля, на входе которого давление высокое, а на выходе — низкое.
Алгоритм функционирования СКВ
Воскресенье, февраля 14, 2010Постоянно изменяющиеся наружные климатические условия и тепло- и влагопоступления в помещении определяют алгоритм функционирования СКВ. Под алгоритмом функционирования СКВ понимается программа выполнения и последовательной смены технологических процессов обработки воздуха в аппаратах СКВ, иначе — последовательность определенных режимов обработки воздуха. Алгоритм функционирования СКВ является основой для составления технологической схемы обработки воздуха, подбора оборудования центрального кондиционера, определения технологических показателей работы СКВ (расходов холода, теплоты, воды и электроэнергии) за годовой цикл ее работы и выбора наиболее оптимальной последовательности обработки воздуха, а также основой для разработки функциональной схемы автоматического регулирования.
Построение процессов на i - d диаграмме для двух расчетных точек, для холодного и теплого периода, так же, как и представление хода параметров наружного климата в виде некоторой кривой линии, не дает возможности правильно выбрать технологическую последовательность обработки воздуха, определить годовые энергетические показатели работы СКВ, разработать функциональную схему автоматического регулирования СКВ.
Алгоритм функционирования составляют на основе пошагового анализа всего цикла работы системы кондиционирования воздуха от минимальных до максимальных расчетных значений параметров наружного воздуха для географического пункта района строительства. Для правильного определения нагрузки на аппараты обработки воздуха и управления ими необходим анализ функционирования СКВ при расчетных значениях параметров наружного климата при изменяющихся тепло- и влагопоступлениях в помещении. Анализ работы центральной системы кондиционирования воздуха проводят с использованием i - d диаграммы влажного воздуха графоаналитическим способом, возможно проведение анализа аналитическим способом с использованием компьютерной программы расчета. Ему предшествует предварительный выбор варианта технологической схемы обработки воздуха для расчетных условий теплого и холодного периодов года.