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 ‘воздух’
Амиак
Суббота, августа 21, 2010Экологическая безопасность хладагентов
Суббота, августа 7, 2010В настоящее время в технической литературе появилась тенденция обозначать хладагент аббревиатурой, характеризующей воздействие этого хладагента на окружающую среду. Отрицательное влияние определяется тем, насколько эти хладагенты активно участвуют в образовании парникового эффекта и разрушают озоновый слой, расположенный вокруг Земли.
Парниковый эффект возникает вследствие того, что некоторые газы земной атмосферы задерживают инфракрасное излучение Земли. Явление парникового эффекта позволяет поддерживать на Земле температуру, при которой возможно развитие растительного и животного мира. Естественный парниковый эффект происходит благодаря парам воды, содержащимся в воздухе. Искусственный парниковый эффект связан с рассеиванием в пространстве продуктов деятельности человека. Это, прежде всего, продукты сгорания топлива и хлорсодержащие хладагенты. Воздействие последних на создание искусственного парникового эффекта во много тысяч раз выше воздействия двуокиси углерода из-за их длительного периода жизни (R11 — 60 лет, R12 _ 120 лет, R115-250 лет).
Второй эффект — разрушение озонового слоя Земли — связан с выделением хлора. Озон, находящийся в стратосфере, защищает Землю от ультрафиолетового излучения Солнца, а хлор разрушает этот защитный экран Земли. Одна молекула хлора разрушает до 100 тысяч молекул озона. Если учесть, что фторхлоруглероды производятся в объеме более 1,1 млн тонн в год и около 30 % их излучается в пространство, можно представить, к каким губительным последствиям может привести дальнейшее производство этих веществ. Поэтому на ряде международных конференций (Вена, 1985; Монреаль, 1987; Киото, 1997) было принято решение об уменьшении производства хлорсо-держащих хладагентов, и замене их озонобезопасными хладагентами. На международном совещании в Копенгагене (ноябрь, 1992) было принято решение о прекращении производства озоноразрушающих хладагентов Rll, R12, R502. СССР подписал Монреальский протокол, а в 1991 году Россия, Украина и Беларусь подтвердили преемственность этого решения.
Экологическая чистота определяется потенциалом разрушения озона (Ozone Depletion Potential — ODP) и потенциалом глобального потепления (Global Warming Potential — GWP).
ODP определяется наличием атомов хлора в молекуле хладагента. Для R11 и R12 ODP принят за единицу. GWP принят за единицу для СО? с временным горизонтом 100 лет.
В настоящее время хладагенты обозначают по группам, характеризующим их воздействие на окружающую среду.
В группу CFC (ХФУ — хлорфторуглероды) включены наиболее опасные хладагенты с высокой озоноразрушающей активностью. Так, в эту группу входят: хладагент R11, содержащий три атома хлора (CFCLj); R12, содержащий 2 атома хлора (CF2C12).
В группу HCFC (ГХФУ — гидрохлорфторуглероды) включены хладагенты с низкой озоноразрушающей активностью воздействия на окружающую среду. Например, R142B (CH3-CC1F2), R22 (CFjClH).
Безвредные хладагенты, не содержащие хлора, включены в группу HFC (ГФУ — гидрофторуглероды). Например, R134a, химическая формула С2Н2?4. В эту же группу входят альтернативные хладагенты, разработка которых ведется во многих развитых странах.
Высокое давление конденсации и испарения
Понедельник, июля 5, 2010При использовании терморегулирующего вентиля
Слишком большой поток хладагента, проходящий через вентиль, приводит к повышению давления испарения (рис. 3.2.22). Причины могут быть следующими:
неточно отрегулирован ТРВ;
Неисправности, которые могут возникнуть из-за избыточного количества хладагента в установке, использующей ТРВ в качестве регулятора потока хладагента:
• отказ компрессора;
• снижение холодопроизводительности;
• уменьшение рабочего тока компрессора;
• срабатывание датчика высокого давления.
При использовании капиллярной трубки Слишком большой поток хладагента, проходящий через капиллярную трубку, приводит к повышению давления испарения (рис. 3.2.23). Причина — избыточное количество хладагента в установке. Неисправности, которые могут возникнуть из-за избыточного количества хладагента в установке с капиллярной трубкой в качестве регулятора потока хладагента: отказ компрессора;
снижение холодопроизводительности;
• уменьшение рабочего тока компрессора; срабатывание датчика высокого давления.
Низкое давление испарения ("слабый" испаритель)
Падение давления испарения может происходить из-за того, что в испарителе не происходит достаточный теплообмен (рис. 3.2.24). Причины могут быть следующие:
недостаточный поток воздуха проходит через испаритель;
а) засорен воздушный фильтр;
б) соскальзывает ремень вентилятора;
в) вентилятор испарителя вращается в обратную сторону;
г) засорен испаритель.
низкая температура воздуха на входе в испаритель. Неисправности, которые могут возникнуть при низком давлении испарения:
• срабатывание датчика низкого давления; отказ компрессора;
снижение холодопроизводительности; уменьшение рабочего тока компрессора.
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.
Тепло- и влагообмен в оросительных камерах
Воскресенье, мая 16, 2010В СКВ используются различные устройства, в которых воздух обрабатывается непосредственным контактом с водой. К таким устройствам относятся оросительные форсуночные камеры и орошаемые насадки. Они позволяют изменять параметры воздуха в широком диапазоне. При непосредственном контакте воздуха с каплями разбрызгиваемой воды или смоченной поверхностью различных насадок изменение состояния воздуха зависит от температуры воды.
Если температура воды ниже температуры воздуха по влажному термометру, но выше температуры точки росы, то температура воздуха, приходящего в соприкосновение с водой, будет понижаться. При этом вследствие испарения влаги влагосодержание воздуха будет увеличиваться, а энтальпия — уменьшаться.
Уменьшение энтальпии объясняется тем, что количество скрытого тепла, поступающего в воздух с водяными парами, будет меньше, чем количество явного тепла, отданного воздухом при контакте с водой на повышение температуры неиспарившейся воды.
Если температура воды ниже температуры точки росы охлаждаемого воздуха, то воздух будет охлаждаться и осушаться.
Если температура воды равна температуре точки росы воздуха, не насыщенного водяными парами, будет происходить охлаждение без влагообмена, то есть без выпадания конденсата или увлажнения воздуха. Это связано с тем, что парциальные давления водяных паров в воздухе и в пограничном слое над поверхностью воды одинаковы. На hd диаграмме такой процесс обработки воздуха изображается прямой, направленной по линии d = const.
Если обрабатывать воздух рециркулируемой водой без охлаждения и подогрева, то вода со временем приобретет температуру, равную температуре влажного термометра, так как тепло, отданное воздухом, полностью пойдет на испарение воды. Пары воды, поступающие в воздух, возвращают ему это тепло, но только в скрытом виде. Процесс обработки воздуха идет по / = const.
Таким образом, воздух понижает температуру, отдавая явное тепло при контакте с водой, и увлажняется. Энтальпия воздуха в этих процессах остается практически неизменной, поэтому такие процессы тепловлагообмена называются изоэнтальпическими (адиабатическими).
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.
Нагревание и охлаждение воздуха
Воскресенье, мая 9, 2010При нагревании или охлаждении влажного воздуха происходит изменение его температуры и энтальпии, но сохраняется влагосодер-жание. Относительная влажность при этом изменяется, так как изменяется его влагоемкость.
Если влажный воздух охлаждать при неизменном влагосодержа-нии, то будет снижаться энтальпия и температура, а относительная влажность будет увеличиваться. Наступит момент, когда воздух станет насыщенным и его относительная влажность будет равна 100 %. При дальнейшем охлаждении воздуха начнется испарение из воздуха влаги в виде росы — конденсация пара. Эта температура называется точкой росы.
Удельная теплоемкость вещества
Четверг, мая 6, 2010Удельная теплоемкость вещества (с) характеризует количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 К.
Уравнение (3.1.2) является основной формулой калориметрии. Оно позволяет определить удельную теплоемкость тела (вещества), т. е. количество тепла, которое нужно сообщить (или изъять) телу единичной массы, чтобы повысить (или снизить) его температуру на 1 К.
Удельная теплоемкость зависит от природы тела и его физического состояния: так, теплоемкость воды (жидкое состояние) практически в два раза больше, чем теплоемкость льда (твердое состояние). Следует отметить, что вода — это жидкость с самым высоким значением удельной теплоемкости. Чтобы обеспечить заданное изменение температуры, вода должна поглотить или отдать тепла больше, чем любое другое тело такой же массы.
При изменении давления и температуры теплоемкость изменяется. Поэтому, исходя из начального состояния вещества, можно получить два различных конечных состояния и две удельные теплоемкости:
ср — удельная теплоемкость при постоянном давлении;
ср — удельная теплоемкость при постоянном объеме.
Для газов разность ср — с,, =Л есть величина постоянная и называется удельной газовой постоянной.
Обычно среднюю удельную теплоемкость воды принимают 1 ккалДкг-К) или 4,18 кДж/(кг-К); среднюю удельную теплоемкость воздуха 1 кДж/(кг-К); фреона R22 - 0,7 кДж/(кг-К).