Poprawa wydajności układów chłodniczych
Przykładowa analiza efektywności układu z dochładzaczem amoniaku
Układ chłodniczy zbudowanu z oparciu o sprężarkę N8L MYCOM. Jest to sprężarka tłokowa o wydajności objętościowej 651 m3/h przy prędkości obrotach 1450 rpm.
Zakładając następujące parametry pracy:
To – temperatura odparowania = -10°C
Tk – temperatura skraplania = +35°C
przy przechłodzeniu równym 1K
Wydajność chłodnicza wynosi 342,7kW
przy energii absorbowanej 93,5kW
a więc współczynnik COP = 3,66
zwiększając dochłodzenie o 5K osiągamy:
Wydajność chłodnicza wynosi 350,6kW
przy energii absorbowanej 93,5kW
współczynnik COP = 3,75
Przy dochłodzeniu ciekłego amoniaku o 28K (do temperatury wody studziennej lub powietrza w okresie jesienno – zimowo – wiosennym)
Wydajność chłodnicza wynosi 384,3kW
przy energii absorbowanej 93,5kW
współczynnik COP = 4,11
Wyraźnie widać znaczną poprawę współczynnika COP już przy niewielkim dochłodzeniu ciekłego amoniaku. Należy zwrócić uwagę, iż przy wzrastającej cenie energii elektrycznej oznacza to istotne oszczędności. Przykładowo chcąc osiągnąć 450kW wydajności chłodniczej, należy dostarczyć 13,46 W energii elektrycznej mniej niż w przypadku braku dochłodzenia czynnika chłodniczego. Oznacza to oszczędności rzędu kilkudziesięciu tysięcy złotych w skali roku.
Aparaty służące dochłodzeniu ciekłego czynnika
Obniżenie temperatury dochłodzenia pozwala zwiększyć jednostkową wydajność chłodniczą, w rezultacie prowadzi do poprawy efektywności układu chłodniczego (por. Przykład w ramce). Zwiększenie wydajności chłodniczej dzięki dochłodzeniu ciekłego czynnika przed zaworem rozprężnym wymaga wykorzystania odpowiednich aparatów. W zależności od jego typu, graniczną wartość dochłodzenia stanowi temperatura powietrza, wody i inne. Najczęciej spotykanymi rozwiązaniami są:
- dochładzacze wodne ciekłego czynnika,
- dochładzacze stanowiące część skraplacza,
- wymienniki regeneracyjne w układach freonowych,
- dodatkowe układy chłodnicze przeznaczone do dochłodzenia ciekłego czynnik
- inne typy (np. chłodzenie powietrzem).
Do niedawna powszechnie stosowano dochładzacze wodne ciekłego czynnika. Są to dwururowe wymienniki ciepła, pracujące w przeciwprądzie z przepływem ciekłego czynnika w rurze zewnętrznej. Woda chłodząca wykorzystywana jest następnie do chłodzenia skraplacza. Urządzenia tego typu pozwalają osiągnąć dochłodzenie do około 3K powyżej temperatury wody na wlocie. Wadą tego rozwiązania była podatność na korozję i osadzanie się kamienia kotłowego. Alternatywą jest stosowanie wymienników płytowych. Mają one wielokrotnie wyższe współczynniki przenikania ciepła. Istotne jest by stosować wodę o możliwie najniższej temperaturze.
Dochłodzenie uzyskiwane w skraplaczach jest niewielkie ze względu na wyrównanie ciśnień pomiedzy zbiornikiem cieczy a skraplaczem. Przebieg procesu zależy także od różnicy temperatur między zbiornikiem a otoczeniem. Inaczej jest w przypadku skraplaczy płaszczowo-rurowych. Ostatnia sekcja skraplacza może tu pełnić funkcję dochładzacza.
W układach amoniakalnych nie stosuje się wymienników regeneracyjnych – prowadzą one do wzrostu końcowej temperatury tłoczenia oraz wyraźnego spadku wydajności chłodniczej. W układach freonowych stosowano dawniej wymienniki typu rura w rurze, pozwalające odebrać ciepło cieczy poprzez przegrzanie pary zasysanej przez sprężarkę.
Rzadziej stosuje się odrębne układy chłodnicze, mające za zadanie dochłodzić ciecz przed zaworem rozprężnym. Niewątpliwą zaletą jest możliwość znacznego obniżenia temperatury (niezależnie od temperatury wody). Jest to jednak rozwiązanie kłopotliwe i dość kosztowne. Innym rozwiązaniem jest wykonanie chłodnicy czynnika chłodzonej powietrzem. W naszych warunkach klimatycznych w zbyt małym stopniu wykorzystujemy zewnętrzne warunku atmosferyczne.
Podsumowanie
Dochłodzenie cieczy przed zaworem rozprężnym jest jednym z najważniejszych, choć często niedocenianych sposobów poprawy efektywności energetycznej instalacji chłodniczej. Jak widać na rysunkach wyraźnie zwiększa się w ten sposób jednostkowa wydajność chłodnicza układu. W zależności od konkretnej sytuacji, opłacalnym ekonomicznie jest stosowanie dochładzaczy wodnych, powietrznych czy też odrębnych specjalizowanych układów chłodniczych. Niewątpliwie warto w sytuacji spowolnienia gospodarczego zaplanować działania poprawiające efektywność instalacji chłodniczych.
Jakub J. Pietrzak
www.zcfrost.pl
Rysunki
Żródło: M. Rubik, „Chłodnictwo”, PWN Warszawa 1979
