Холодоснабжение это: Холодоснабжение | АквилонСтройМонтаж

Содержание

Выносное и ценрализованное холодоснабжение

Выбрать надежную и экономичную систему холодоснабжения для продуктового магазина совсем не просто. Для принятия решения о покупке холодильной системы необходимо проанализировать имеющиеся на рынке предложения с учетом собственных приоритетов и конкретных задач, стоящих перед предприятием. Поэтому важно иметь представление о принципах работы холодильного оборудования, основных схемах холодоснабжения и критериях их оценки. Сегодня мы поговорим о системах централизованного холодоснабжения.

Система центрального холодоснабжения — это комплекс холодильного оборудования (один или несколько компрессоров, конденсаторов, охлаждаемых витрин, горок, бонет и т.д.), в котором агрегатная часть концентрируется в одном месте (машинное отделение). Конденсаторы устанавливаются, как правило, на крыше или на наружной стене здания, а торговое оборудование распределяется по залу согласно проекта. Такая конструкция позволяет с помощью медных трубопроводов объединить в общий цикл все среднетемпературное и низкотемпературное оборудование.

Централизованные системы под лупой
Сердцем системы центрального холодоснабжения является центральная холодильная машина (ЦХМ), представляющая собой несколько компрессоров, которые монтируются на одной раме с комплектом автоматики и дополнительным оборудованием. Отдельно, как правило, на улице или на крыше здания, монтируется воздушный конденсатор.
Холодильная машина (ЦХМ) в свою очередь базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которого являются — компрессор, испаритель, конденсатор, соединенные трубопроводами и представляющие собой замкнутую систему, в которой циркуляцию хладагента (фреона) осуществляет компрессор.
Компрессор всасывает парообразный хладагент, поступающий от испарителя при низкой температуре и низком давлении, производит его сжатие, повышая давление и температуру, и затем направляет к конденсатору.

По своему конструктивному исполнению компрессоры, используемые в холодильных машинах, могут быть разделены на две основные категории: поршневые и ротационные.

Принципиальное отличие ротационных компрессоров от поршневых заключается в том, что у первых всасывание и сжатие хладагента осуществляется не за счет возвратно-поступательного движения поршней в цилиндрах, а за счет вращательного движения рабочих органов, соответственно пластин, спиралей и винтов.
Наибольшее распространение получили поршневые компрессоры. Поршневые компрессоры производятся в различных модификациях. В зависимости от типа конструкции и вида электродвигателя различают компрессоры: герметичные, полугерметичные, открытые.
В герметичных компрессорах электродвигатель и компрессор расположены в герметичном едином корпусе. Мощность таких компрессоров может составлять 1,7 — 35 кВт. Они широко используются в холодильных машинах малой и средней мощности и в бытовых кондиционерах. Преимуществом герметичных компрессоров является их относительно невысокая стоимость и меньший уровень шума. Недостатком является невозможность ремонта компрессора даже при незначительных повреждениях, например, при выходе из строя клапана.

В полугерметичных компрессорах электродвигатель и компрессор закрыты, соединены напрямую и расположены в едином разборном корпусе. Эти компрессоры производятся различной мощности от 30 до 300 кВт, что позволяет использовать их в агрегатах средней и большой мощности. Преимуществом является возможность ремонта (в случае повреждения можно вынимать электродвигатель, получая доступ к клапанам, поршню, шатунам и другим поврежденным частям) и надежность в работе, недостатком — высокая по сравнению с герметичными компрессорами цена, повышенная шумность и необходимость технического обслуживания.

В открытых (сальниковых) компрессорах электродвигатель расположен снаружи. Вал компрессора через сальники выведен за пределы корпуса и приводится в движение электродвигателем с помощью ременной передачи. Соединение электродвигателя с компрессором может быть прямым (в линию) либо через трансмиссию. Такая конструкция способствует повышенной утечке хладагента через сальниковые уплотнения и требует регулярного технического обслуживания.

В настоящее время агрегаты на базе сальниковых компрессоров для торгового оборудования практически не выпускаются (за исключением отечественных).
Ротационные компрессоры осуществляют всасывание и сжатие газа с помощью вращательного движения пластин. В этих компрессорах существенно снижены пульсации давления и пусковые токи за счет вращательного движения рабочих органов. Кроме того, поскольку такие компрессоры не имеют масляного картера, то значительно снижается опасность выброса масла при запуске компрессора. Выделяют спиральные и винтовые ротационные компрессоры.
Спиральные компрессоры нашли широкое применение в холодильных машинах малой и средней мощности от 5 до 40 кВт. Эти компрессоры состоят из двух стальных спиралей, расширяющихся от центра к краю цилиндра и вставленных одна в другую. Одна из спиралей закреплена неподвижно, а вокруг нее вращается подвижная спираль. В технологическом плане эти компрессоры более сложные, поскольку необходимо обеспечить герметичность по торцам спиралей и очень точное прилегание профилей спиралей.

Винтовые компрессоры нашли широкое применение в холодильных машинах большой мощности от 160 до 3500 кВт. В таких компрессорах отсутствуют впускные и выпускные клапаны. Всасывание хладагента производится непрерывно с одной стороны, а выпуск — с противоположной. Они имеют маленький уровень шума по сравнению с поршневыми компрессорами. Винтовые компрессоры обеспечивают плавную работу агрегата и позволяют регулировать мощность холодильной машины по средствам изменения количества оборотов электродвигателя.

Еще один важный элемент холодильных машин — конденсатор. Он представляет собой теплообменный аппарат, который передает тепловую энергию от хладагента к окружающей среде, чаще всего воде или воздуху. Тепловая энергия, передаваемая хладагентом через конденсатор, складывается из: тепла поглощенного испарителем холодильного контура, а также тепла, вырабатываемого компрессором при сжатии хладагента. Тепло, выделяемое конденсатором, примерно равно холодопроизводительности холодильной машины, увеличенной на 30-35%.

Выделяемое тепло отводится окружающим воздухом (конденсаторы с воздушным охлаждением) или жидкостью (конденсаторы с водяным охлаждением).

И, наконец, испаритель. Он служит для охлаждения рабочей среды (воздуха и воды). Соответственно эти теплообменники подразделяются на испарители для охлаждения воды или жидкостей, содержащих антифриз и для охлаждения воздуха.

За централизованное холодоснабжение
Не секрет, что частенько под торговые площади используют помещения, находящиеся в жилых домах. Магазины при использовании в них холодильных систем со встроенными агрегатами создают свойственную для этого типа оборудования проблему — повышенный, а зачастую недопустимый уровень шума. По всей протяженности линии торгового оборудования шум от встроенных агрегатов создает существенные проблемы для жильцов дома, посетителей и владельцев торгового предприятия. Использование систем центрального холодоснабжения кардинально решает эту проблему: звук концентрируется в одном месте (машинное отделение), поэтому его легче локализовать.

Кроме того, это повышает уровень комфорта торгового предприятия, что, несомненно, привлекает покупателей.
Другим существенным преимуществом использования систем центрального холодоснабжения является отсутствие в торговом зале и подсобных помещениях теплоотдачи от работающих агрегатов. При работе большого количества встроенных агрегатов, в торговом зале неизбежно повышается температура воздуха. Особенно это заметно в летний период, когда температура воздуха в магазине может быть даже выше температуры воздуха на улице. Кроме отсутствия комфорта, повышение температуры воздуха вызывает нерациональный режим работы агрегатов, а иногда и их аварийную остановку. Можно, конечно, справиться с этой проблемой, затратив существенную сумму на покупку и оборудование торговых площадей дополнительными системами кондиционирования. Но, как правило, целесообразней использовать системы центрального холодоснабжения, теплоотдача от которых происходит вне помещений магазина.
Также немаловажным плюсом обсуждаемых систем является их экономичность в потреблении электроэнергии.

Как известно, чем выше мощность компрессора, тем выше его КПД. Используемые в центральных системах компрессоры обеспечивают заметно более высокий КПД, чем встроенные агрегаты. А это сулит существенную экономию в расходе электроэнергии.
Еще одним преимуществом систем центрального холодоснабжения является их высокая надежность и долговечность за счет использования 2-4-х компрессоров повышенной мощности. Центральные системы холодоснабжения рассчитаны на длительные сроки службы. Используемые в системах центрального холодоснабжения компрессоры повышенной мощности более устойчивы к напряженным режимам работы. Срок службы таких компрессоров составляет не менее 8-10 лет.

Говоря о преимуществах систем централизованного холодоснабжения, нельзя не отметить еще одно: они оснащены микропроцессорными блоками, которые управляют работой всей системы и по желанию заказчика могут быть объединены в единую сеть, что позволит совершать удаленный мониторинг через Интернет. Сбои в электропитании (рывки напряжения, «пропадание» фаз) централей могут привести к сбоям в работе блоков управления и выходу из строя компрессоров, но если централизованные системы холодоснабжения оснащены защитной автоматикой (мониторы напряжения, реле времени и т.

п.), то этого не произойдет.
Кроме того, остановка одного компрессора не сказывается на температурных режимах холодильного оборудования, поэтому нет необходимости прерывать работу всего торгового предприятия.
Сравним на конкретном примере два вида холодоснабжения: центральный и встроенный.

Магазин, оснащенный оборудованием с «центральным холодоснабжением»(в расчете на 300м2)		Магазин, оснащенный оборудованием со «встроенным холодоснабжением» (в расчете на 300м2)

Стоимость оборудования	40 500 у.е.	Стоимость оборудования	28 500 у.е.
		Стоимость кондиционирования	20 000 – 30 000 у. е.
Площадь выкладки	в 1,7 раза больше	Площадь выкладки	в 1,7 раза меньше
Товарооборот	в 1,5 раза больше	Товарооборот	в 1,5 раза меньше
Расход энергии	в 1,5 раза меньше	Расход энергии	в 1,5 раза больше
Окупаемость	7 месяцев – 1 год	Окупаемость	1 – 1,5 года
Срок службы	10-15 лет	Срок службы	3-5 лет
Расходы на сервис	2000 у. е. в год	Расходы на ремонт	2500 у.е. в год
	Отсутствие шума
70 500 у.е. на 15 лет!		71000 у.е. на 5 лет!

Итак, мы видим, что стоимость систем центрального холодоснабжения холода, безусловно, выше. Но согласитесь, эта цена оправдана: при более высоких первоначальных затратах вы получаете более надежное и качественное оборудование с высокой экспозиционной и загрузочной способностью, которое прослужит вам долгое время. Поэтому все больше и больше владельцев торговых предприятий выбирают системы центрального холодоснабжения.

Нужно учесть
Помимо высокой стоимости у систем центрального холодоснабжения есть еще один недостаток — большие габаритные размеры ЦХМ. Это вызывает некоторые трудности при размещении оборудования в подсобных помещениях магазина. В ряде случаев небольшие дверные проемы, коридоры, большие габаритные размеры самих ЦХМ не позволяют установить централь в машинном отделении, не прибегая к ее частичной разборке. В таких случаях централь вносят в помещение по частям и собирают непосредственно на месте. Этот способ монтажа, конечно, не очень удобен: трудоемкость работ по сборке централи в незаводских условиях значительно выше. Известны случаи, когда для того, чтобы установить ЦХМ в подвальном помещении магазина, приходилось попросту разбирать часть стены. Поэтому при разработке проекта магазина с системой централизованного холодоснабжения необходимо знать, что помещение, для установки ЦХМ должно отвечать определенным требованиям.

Выбираем с умом
Надежная и безаварийная работа ЦХМ гарантируется не только тщательной проработкой всего проекта, качественным монтажом, но также и дальнейшим квалифицированным техническим обслуживанием. Поэтому рекомендуем приобретать системы в компаниях, имеющих лицензию на осуществление данного вида деятельности и располагающих значительным опытом и высококвалифицированным персоналом.
Кроме того, при выборе оборудования необходимо обращать внимание на брэнд оборудования, хладопроизводительность, долговечность оборудования, уровень шума, мощность потребляемой электроэнергии, дизайн торговой мебели.
Рынок предложений по поставке и монтажу холодильного оборудования сегодня перенасыщен. Но, увы, некоторые компании-постащики имеют слабое представление о том, как правильно комплектовать и устанавливать холодильную технику. Их главный аргумент — цена. Но почему они могут предложить более низкую стоимость? Давайте разберемся.
Как мы уже упоминали, компрессор — важнейшая составляющая холодильной установки. Он создает в системе высокое давление на линии нагнетания и разряжение на линии всасывания. Находясь под давлением, система таит в себе опасность, поэтому должна быть оснащена надежным управлением и автоматикой (предохранительные, редукционные клапаны и т. п.). «Специалисты» определенного уровня готовы ради своей выгоды использовать приборы автоматики сомнительных производителей или исключить из схемы необходимые компоненты.
Еще один излюбленный прием «экономии» горе-поставщиков — установка оборудования меньшей производительности, мощности, объема и т.д., чем это необходимо. Такое оборудование работает на средних нагрузках, однако оно перестает справляться при большом объеме продукции или при повышении температуры на улице.
Также они любят использовать низкосортные расходные материалы: утеплитель, который не утепляет, китайский фреон, который не охлаждает, крепеж, который вываливается из стен, медные трубы китайского производства, которые имеют меньший диаметр.
В арсенале таких бригад существует множество уловок, позволяющих сделать вам «уникальное предложение». Но ответьте на простой вопрос: нужно ли вам такое оборудование и все вытекающие проблемы при его эксплуатации? Если нет, то лицензии на осуществление деятельности, положительный опыт и репутация холодильной фирмы должны стать определяющими при выборе партнера.

Грамотная эксплуатация
Но, к сожалению, не все зависит от качества техники и компании-поставщика. Чтобы холодильное оборудование приносило максимальную пользу с минимальными вложениями, необходимо соблюдать правила эксплуатации.
Монтаж, то есть подготовку к работе и пуск холодильного оборудования, должна проводить, как говорилось выше, организация, имеющая лицензию на право осуществления данного вида деятельности и обслуживания систем центрального холодоснабжения, имеющая квалифицированных специалистов в штате сотрудников.
Для нормальной и экономичной работы холодильное оборудование следует устанавливать в местах, не подверженных прямому действию солнечных лучей, и как можно дальше от отопительных приборов и других источников тепла. Не рекомендуется открывать дверцы в сторону потока теплого воздуха.
При размещении оборудования необходимо, чтобы к конденсатору агрегата обеспечивался свободный доступ воздуха, поэтому он должен быть установлен на расстоянии не менее 0,6м от стены. Торговое оборудование необходимо содержать в чистоте. Наружную его часть следует периодически протирать слегка влажной фланелью и вытирать насухо. Внутренние стенки каждую неделю необходимо промывать с мылом, затем ополаскивать чистой водой и насухо вытирать.
В целях достижения минимальных потерь холода раздвижные створки витрин и прилавков, двери холодильных шкафов и камер рекомендуется открывать только в случае надобности и на короткий срок.
Предельно допустимая температура воздуха, окружающего холодильную машину +25…30°С.
При нарушении нормальной работы холодильного оборудования необходимо немедленно выключить электродвигатель компрессора и вызвать механика, обслуживающего систему центрального холодоснабжения.
Также долговечная работа холодильной машины зависит от соблюдения следующих правил:

загружать холодильное оборудование продуктами следует лишь после пуска холодильной машины и достижения требуемой температуры;
перед загрузкой продукты должны быть охлаждены в холодильных камерах, а горячие блюда и другие теплые продукты предварительно охлаждают до температуры окружающего воздуха;
количество загружаемых продуктов не должно превышать допустимую норму единовременной загрузки оборудования;
для свободного движения холодного воздуха и лучшего, равномерного охлаждения продукта их укладывают или подвешивают неплотно между собой на расстоянии oт стенок 8-10 см;
при выкладке продуктов не следует загораживать перфорацию задней стенки прилавка, за которой находится испаритель;
нельзя полки шкафов, прилавков, витрин покрывать бумагой и другими предметами, препятствующими свободной циркуляции воздуха и нормальному охлаждению продуктов;
следует избегать совместного хранения разнородных продуктов, передающих друг другу запах;
закрытые двери холодильного оборудования по всему периметру должны быть плотно прижаты к корпусу, открывать их следует как можно реже и на короткий срок;
на испарителе не должно быть инея, между его ребрами должен свободно циркулировать холодный воздух.

При эксплуатации холодильного оборудования запрещается:

допускать посторонних лиц к осмотру, ремонту холодильной машины и регулировке приборов автоматики, а также выполнять эти работы своими силами;
прикасаться к движущимся частям холодильного агрегата во время работы и автоматической остановки;
удалять иней с испарителя механическим способом при помощи скребков, ножей и других предметов;
загромождать холодильный агрегат и проходы посторонними предметами, затрудняющими технический осмотр и проверку его работы, а также препятствующими нормальной циркуляции воздуха;
включать холодильную машину при снятых с агрегата, а также с вращающихся и движущихся его частей крышке магнитного пускателя, клеммной колодке электродвигателя, регулятора давления и других приборов.

Соблюдение всех этих нехитрых правил позволит избежать вам массу проблем при эксплуатации оборудования, а жизнь техники продлит на несколько лет.

Системы холодоснабжения

Холодоснабжением называется процесс создания и доставки до потребителей искусственного холода. Вырабатывается холод в холодильных машинах. Чаще всего это водоохлаждающие машины (чиллеры), в которых происходит охлаждение хладоносителя (воды или растворов пропилен/этиленгликолей) до требуемой температуры.

Потребители холода могут быть различные.

Это могут быть системы комфортного и промышленного кондиционирования: фанкойлы, секции охлаждения центральных кондиционеров, стойки охлаждения для серверных.

Потребителями холода могут быть аппараты и механизмы участвующие в различных производственных процессах. Большая часть таких производств относится к пищевой промышленности, где холод необходим при производстве молочной, мясной и рыбной продукции, а так же для низкотемпературной обработки ягод, фруктов, грибов. Так же холод востребован в производстве изделий из пластмасс и резины, и в ряде других производств.

Ну и классическим применением холода является его использование в холодильных (среднетемпературных) и морозильных (низкотемпературных) камерах (складах).

Холодоснабжение является сложной инженерной системой, и её создание обязательно потребует разработку проекта. Большое количество существующих схем холодоснабжения, разнообразие фреонов и производителей холодильного оборудования, различные требования, предъявляемые к холодильным системам, требуют тщательной проработки проекта. Создание системы холодоснабжения без проекта невозможно.

ООО «ИСТ» оказывает услуги по проектированию, монтажу, пуско-наладке и сервисному обслуживанию систем холодоснабжения, как в комплексе с системами кондиционирования, так и раздельно. В соответствии с требованиями заказчика мы можем спроектировать и смонтировать систему холодоснабжения, наиболее выгодно отвечающую всем запросам клиента.

Система холодоснабжения используется для отвода тепла от процесса или установки. Существует много типов систем холодоснабжения, которые используются в различных сферах промышленности. Чтобы наилучшим образом оптимизировать эффективность системы холодоснабжения, следует использовать «системный подход» для определения потенциальной экономии и повышения производительности. При таком подходе рассматривается вся система охлаждения, включая насосы, двигатели, вентиляторы, форсунки, наполнение, потери при дрейфе, потери при испарении, продувка, скорость подпитки, химикаты, скорости потока, температуры, перепад давления, а также методы эксплуатации и технического обслуживания. Сосредоточив внимание на всей системе, а не на отдельных компонентах, система может быть настроена таким образом, чтобы избежать неэффективности и потерь энергии. Системы холодоснабжения не работают при одном условии все время, а нагрузка на систему изменяется в зависимости от циклических требований, условий окружающей среды и изменений технологических требований.

Рис. 1. Принцип работы системы холодоснабжения

КАК ДОБИТЬСЯ ПОВЫШЕННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ?

Чтобы определить, можно ли добиться повышения эффективности в системе холодоснабжения, следует понимать типы систем, их сильные и слабые стороны. системы холодоснабжения доступны во многих типах конструкции и конструкции, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. В общем, все системы холодоснабжения будут использовать комбинацию нескольких из этих конструктивных особенностей.

Рис. 2 Классическая схема работы чиллер-моноблок

ОТКРЫТАЯ ИЛИ ЗАКРЫТАЯ СИСТЕМА

Открытая или закрытая система, указывает, разрешено ли охлаждающей жидкости контактировать с окружающей средой или нет.

Открытые системы — технологическая среда находится в контакте с окружающей средой. Применяется только для мокрой системы, но может быть однократной или рециркуляционной.

Градирни с принудительной и естественной тягой, градирни с поперечным потоком (вода / воздух)
Охлаждающие пруды используют испарение для отвода тепла перед повторным использованием в процессе.
Некоторые системы, такие как воздухоохладитель с мокрой поверхностью, сочетают открытую и закрытую конструкцию.

Закрытые системы — технологическая среда находится внутри труб или теплообменника и не контактирует с окружающей средой. Может быть влажной или сухой системой и может быть однократной или рециркуляционной конструкцией.

Теплообменники типа кожухотрубный или пластинчато-рамный.
Трубчатый вентилятор-охладитель — жидкость в трубах, обдувающая трубки для охлаждения.

Рис. 3 Чиллер с выносным конденсатором

ПРОХОДНОЙ ИЛИ РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ДИЗАЙН

Проходной или рециркуляционный дизайн указывает, будет ли первичная охлаждающая жидкость возвращена в исходный источник или возвращена процессу для повторного использования. Система прямого охлаждения может содержать одну из этих конструктивных особенностей, тогда как система косвенного охлаждения может содержать и то, и другое.

Один раз — охлаждающая жидкость проходит через теплообменник один раз, прежде чем возвращается к его источнику.

Река / озеро / океан / море для обработки и возврата к источнику.
Это самая простая и эффективная система в использовании, хотя высокие температуры нагнетания должны находиться в допустимых пределах.
Чувствителен к загрязнениям, накипи, коррозии и потреблению. Использует большое количество воды и рискует добавить добавки в источник воды.

Рециркуляция — первичная охлаждающая жидкость используется повторно, в результате чего тепло поглощается в одном теплообменнике, а затем передается во второй охлаждающей жидкости во вторичном теплообменнике.

Устраняет воздействие на окружающую среду для водоснабжения

ПРЯМЫЕ ИЛИ КОСВЕННЫЕ СИСТЕМЫ

Прямые или косвенные системы, также известные как первичные и вторичные системы. Этот термин указывает, где основная технологическая среда отводит тепло непосредственно в окружающую среду или вторичную среду.

Прямая — система с одним теплообменником или градирней, и только технологическая среда и охлаждающая жидкость.

Косвенная — между технологической средой и первичной охлаждающей жидкостью имеется как минимум два теплообменника и закрытая вторичная охлаждающая жидкость. Системы косвенного охлаждения применяются там, где следует строго избегать утечки технологических веществ в окружающую среду.

КПД не такой высокий, как прямой из-за дополнительной ступени теплообменника
Обычный на атомных станциях или с опасными химическими веществами

Рис. 4 Схема работы чиллера с воздушным конденсатором и сухой градирней

ВЛАЖНАЯ ИЛИ СУХАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ

Влажная или сухая система охлаждения относится к тому, используется ли охлаждающая вода или окружающий воздух в качестве первичной охлаждающей среды.

Сухая система — использует нагнетаемый воздух над трубой с жидкой технологической средой.

Применяется только к закрытым системам
Типично для областей без источника охлаждающей воды
Фанкойлы с трубчатыми ребрами / вентиляторы — жидкость в трубах, воздух, обдувающий трубки для охлаждения

Мокрая система — включает использование рабочей жидкости, охлаждаемой воздухом в открытой градирне, или охлаждаемой водой в закрытом теплообменнике.

Градирни — испарительный теплообмен. Включаются градирни поперечного потока, гиперболические башни. Охлаждаемая жидкость находится в контакте с потоком охлаждающего воздуха, и возникают некоторые потери при испарении.
Кожухотрубные или пластинчато-рамочные теплообменники

Выбранный тип системы холодоснабжения может также уменьшить или устранить воздействие на окружающую среду. Воздушно-водяная градирня может использоваться вместо однократной системы холодоснабжения, чтобы минимизировать потребление воды или загрязнение термальной воды. Или кулер с плавниковым вентилятором может снизить потребление воды, особенно в сухих местах. В разрешениях на воздух и воду обычно указываются определенные конструктивные особенности, такие как тип системы холодоснабжения, максимально допустимый объем отвода и температура нагнетания для однопроходных систем, скорость дрейфа градирни, а в других разрешениях может указываться потребление воды, расход охлаждающей воды.

Рис. 5 Схема с конденсатором водяного охлаждения

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ

Повышение эффективности доступно с каждой конструкцией системы холодоснабжения. Новые системы имеют наибольший потенциал для оптимизации с использованием новейших технологий, хотя существующие системы также имеют потенциал, но, как правило, будут ограничены проблемами компоновки и конструкции. Выбранный тип системы холодоснабжения требует тщательной оценки на этапе проектирования проекта с использованием многих входных данных, включая затраты, планировку и размер, доступность воды, энергопотребление, энергоэффективность, условия окружающей среды, времена года и погоду и многие другие в зависимости от проекта. Ежегодные колебания местных температур воды и воздуха оказывают наибольшее влияние на эффективность системы холодоснабжения. Эффективность системы является функцией затрат энергии и ресурсов, необходимых для работы системы, в зависимости от достигнутого охлаждения. Электричество используется для работы вентиляторов и насосов, и другие расходы включают в себя расходы на воду, а также нормативные расходы и штрафы.

Градирни — влажные испарительные системы ограничены температурой воздуха влажной колбы, а сухие системы — температурой воздуха сухой колбы, которые колеблются в течение года. Эти ограничения могут привести к тому, что установка будет работать с меньшей мощностью или с более низкой эффективностью охлаждения. Охлаждающая способность может быть увеличена путем добавления дополнительных охлаждающих ячеек или исправления ошибок в размерах конструкции.
Вентиляторы и насосы. Вентиляторы, воздуходувки и насосы могут работать на холостом ходу или работать медленно во время благоприятных погодных условий или низкой нагрузки установки для снижения энергопотребления. Приводы с регулируемой скоростью (также называемые приводами с регулируемой скоростью или ASD) обычно используются на вентиляторах, двигатели нагнетателя и насоса, поскольку они значительно повышают энергоэффективность системы холодоснабжения при частичных нагрузках по сравнению с непрерывной работой. Простое обращение с использованием законов сродства предполагает, что уменьшение скорости насоса или вентилятора вдвое уменьшит его потребность в энергии на 7/8. Системы с однократным прохождением — эти системы могут быть оштрафованы из-за нарушений предела отвода тепла. В качестве альтернативы они могут испытывать пониженную охлаждающую способность из-за низкого уровня воды или из-за отсутствия штрафов за температуру нагнетания, что приводит к снижению эффективности и производительности установки.
Автоматизация — современные средства управления предлагают способы повышения эффективности за счет постоянного мониторинга основных параметров системы с автоматической настройкой насосов и вентиляторов.
Температура охлаждающей среды. Эффективность систем охлаждения зависит от температуры среды, до которой отводится тепло. Более холодные среды легче переносят тепло, поэтому необходим меньший поток охлаждающей среды, что снижает потребность в энергии накачки / выдувания. Во многих случаях температура источников воды ниже, чем температура окружающего воздуха, поэтому использование систем охлаждения на водной основе может быть более энергоэффективным.
Температура подвода теплообменника — Разница температур между охлаждаемой рабочей жидкостью (когда она выходит из охладителя) и входящей охлаждающей средой называется температурой подвода4. Для проектировщиков важно не указывать температуры захода на посадку, меньшие, чем требуется, поскольку меньшие температуры захода на посадку требуют большей охлаждающей способности (например, большее охлаждающее оборудование, более высокие скорости потока). Системы с водяным охлаждением, как правило, имеют меньшую температуру сближения, чем системы с воздушным охлаждением, потому что легче отводить тепло в воду, чем воздух. Следовательно, системы с водяным охлаждением могут быть предпочтительнее в ситуациях, когда требуются небольшие подходящие температуры, как с точки зрения стоимости, так и с точки зрения энергоэффективности.

НА ЧТО СЛЕДУЕТ ОБРАТИТЬ ВНИМАНИЕ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИСТЕМЫ:

Доступно для промышленных масштабов ?

да / нет

Можно ли до оснащать ?

да / нет

Многолетний опыт работы в отрасли:

< 20 лет

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕХНОЛОГИИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ:

Cпектр применения. Вверх и вниз по течению, сжатие СПГ, закачка газа, газлифт, охлаждение углеводородного газа и смазочного масла, добыча, переработка нефти, электростанции и транспорт.
Эффективность. Эффективность может быть измерена по потребляемой мощности для насосов и вентиляторов, а также по подпитке водой и показателям химической обработки.
Дополнительные расходы: теплообменники, градирни, элементы управления, соединения, элементы управления, впускной и выпускной трубопроводы, впускные фильтры, приборы, клапаны, вентиляторы, насосы, баки, химикаты, резервирование, а также расходы на установку, запуск и ввод в эксплуатацию.
Эксплуатационный расходы: включают в себя текущее обслуживание, такое как очистка труб и пластин, устранение утечек, восстановление насосов, замена заполнения градирен. Дополнительные расходы или упущенная выручка связаны со временем простоя станции, когда оборудование находится в автономном режиме. Эксплуатационные расходы включают электроэнергию для насосов, вентиляторов, органов управления и химикатов для очистки воды.
Время выполнения инженерных и монтажных работ: 1-24 месяца.
Типичный объем описания работ. Системы холодоснабжения используются в самых разных областях применения. Типичный проект будет учитывать использование систем холодоснабжения при первоначальном планировании проекта, определять рабочие условия и оценивать условия на месте, окружающую среду, планировку, доступную воду, энергопотребление, эксплуатацию, применимые нормативы, в дополнение к энергоэффективности, прежде чем выбрать тип охлаждения система. Существующие системы с изношенным или устаревшим оборудованием могут быть улучшены, если взглянуть на новую технологию, которая работает более эффективно после полной оценки системы.
Технические аспекты:
- Оптимизация первичного процесса в первую очередь, повторное использование тепла
- Диапазон работы системы, потоки и температуры
- Наличие воды для охлаждения
- Температура воды, температура сухого и влажного воздуха
- Разрешения, связанные с водой, землей, выбросами
- Доступно земельное пространство, местоположение участка, ориентация
- Мощность, вода, шум и химическое потребление
Оперативность в обслуживание:
- Сложность системы
- Уровень автоматизации
- Надежность
- Потребности в обслуживании
Сокращение выбросов парниковых газов. Повышение эффективности систем охлаждения уменьшает количество потребляемой энергии, что приводит к снижению выбросов парниковых газов.
Экологический аспекты:
- Водные ресурсы и доступность
- Защита водных организмов при заборе воды
- Температура нагнетания
- Химические вещества для воды
- Утечка и биологические риски
- Может потребоваться изучение воздействия на рыбу
- Уменьшение шлейфа
- Дноуглубительные работы, связанные с установкой отвода трубопроводов
- Разрешительные требования
- Требования к шуму

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Оптимизация конструкции основного процесса и модификаций управления позволят сэкономить энергию на внешнем интерфейсе и могут избежать или уменьшить потребность в системах холодоснабжения. Уменьшая количество невосстанавливаемого тепла, отводимого в окружающую среду, установка может снизить потребность в системах охлаждения и повысить общую эффективность установки. Добавление вентиляторов и насосов с переменным расходом позволит масштабировать работу и повысить эффективность системы холодоснабжения.

ОПЕРАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ / РИСКИ

системы холодоснабжения требуют регулярной очистки, обслуживания и плановых капитальных ремонтов для работы с высокой эффективностью. Это может варьироваться от простых профилактических работ по техническому обслуживанию (то есть промывки) до ремонта, который требует снятия пучка труб с кожуха теплообменника для очистки или даже замены целых градирен. Это время простоя также следует учитывать при определении размеров теплообменников.
Если потребность в охлаждении увеличивается или была недооценена при установке, система охлаждения должна быть искажена или добавлена дополнительная мощность за счет увеличения площади поверхности теплопередачи и производительности насоса.
Различные системы холодоснабжения могут работать при высоких давлениях и температурах или с опасными жидкостями, поэтому необходимо соблюдать надлежащие рабочие процедуры, чтобы избежать рисков для персонала и перебоев в работе системы.
Некоторые системы холодоснабжения, такие как градирни, имеют узкий диапазон рабочих BEP и могут работать менее эффективно при более высоких и более низких расходах по сравнению с номинальными расходами.

ВОЗМОЖНОСТИ / БИЗНЕС-КЕЙС

Доступно множество конструкций систем холодоснабжения. Некоторые из них могут быть настроены при монтаже для конкретных применений, а также для стандартных конструкций, которые доступны с минимальным временем выполнения заказа при меньших затратах. Ниже перечислены несколько причин для обновления или добавления систем охлаждения:

Модернизация существующего оборудования до более новых, более эффективных конструкций
Правильный размер оборудования из-за начального перепроизводства
Необходимы новые системы из-за изменений в нормативных документах, использования воды и температуры сточных вод
Сокращение потребления энергии, подпитки, выбросов парниковых газов и выбросов
Замените существующее оборудование из-за износа и снижения эффективности
Дополнительная холодопроизводительность за счет увеличения производительности установки
Отраслевые исследования
Автоматический дисковый фильтр поддерживает чистоту охлаждающей воды в университете

СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Применение автоматической системы фильтрации в градирне с поперечным потоком для удаления твердых частиц и контроля уровня загрязнения. Большинство градирен должны иметь какую-либо систему очистки воды, чтобы добавлять ингибиторы коррозии, регулировать рН и противообрастающую обработку в охлаждающую воду, а также систему продувки водой. Но, несмотря на эти меры, градирни улавливают частицы из воздуха, которые попадают в бассейн градирни, что приводит к проблемам с коррозией, снижению эффективности охлаждения и времени простоя. Накопление частиц создает возможность для роста водорослей и другого биологического происхождения.

Массив дисковых фильтров добавляется в систему, чтобы вытягивать воду из бассейнов градирни, фильтровать ее и возвращать в систему. Система оснащена функцией автоматической обратной промывки, которая поддерживает фильтры в чистоте и сокращает объем технического обслуживания. Система фильтров снижает потребление воды растениями за счет продувки бассейна и уменьшает использование химикатов для очистки воды. Этот тип градирни очень распространен в системах охлаждения электростанций и многих других применениях. А фильтрация воды в бассейне часто упускается из виду при проектировании систем холодоснабжения. Хотя дополнительное оборудование добавляет некоторые новые затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание, система фильтров снижает риск снижения пропускной способности теплопередачи, повышает эффективность установки и снижает общие затраты на эксплуатацию и охлаждение системы холодоснабжения.

Охлаждение — Энциклопедия Нового Света

Бытовой холодильник с открытой дверцей.

Охлаждение – это процесс отвода тепла из замкнутого пространства или вещества и отвод его в другом месте с основной целью снижения температуры помещения или вещества и последующего поддержания этой более низкой температуры. Термин «охлаждение» обычно относится к любому естественному или искусственному процессу, посредством которого рассеивается тепло. Область исследований, занимающаяся искусственным созданием экстремально низких температур, называется криогеника .

Содержание

1 Исторические приложения
- 1.1 Сбор льда
- 1.2 Первые холодильные системы
- 1.3 Широкое коммерческое использование
- 1.4 Домашнее и бытовое использование
- 1.5 Монреальский протокол
2 Текущие области применения холодильного оборудования
3 Методы охлаждения
- 3.1 Нециклическое охлаждение
- 3.2 Циклическое охлаждение
  - 3.2.1 Цикл сжатия пара
  - 3.2.2 Цикл абсорбции паров
  - 3.2.3 Газовый цикл
- 3.3 Термоэлектрическое охлаждение
- 3.4 Магнитное охлаждение
- 3.5 Другие методы
4 Блок холодильный
5 См. также
6 Примечания
7 Каталожные номера
8 Внешние ссылки
9 кредитов

Холод — это отсутствие тепла, следовательно, чтобы понизить температуру, нужно «убрать тепло», а не «прибавить холод». Чтобы удовлетворить второму закону термодинамики, при отводе тепла должна выполняться определенная работа. Эта работа традиционно представляет собой механическую работу, но ее также можно выполнять с помощью магнетизма, лазера или других средств.

Историческое применение

Сбор льда

Использование льда для охлаждения и сохранения продуктов восходит к доисторическим временам. ^[1] На протяжении веков сезонный сбор снега и льда был обычной практикой большинства древних культур: китайцев, евреев, греков, римлян, персов. Лед и снег хранились в пещерах или землянках, выстланных соломой или другими изоляционными материалами. Персы хранили лед в ямах, называемых яхчалами. Нормирование льда позволило сохранить продукты в теплое время года. Эта практика хорошо работала на протяжении веков, а ледники использовались и в двадцатом веке.

В шестнадцатом веке открытие химического охлаждения было одним из первых шагов к искусственным средствам охлаждения. Нитрат натрия или нитрат калия при добавлении в воду понижал температуру воды и создавал своего рода охлаждающую ванну для охлаждения веществ. В Италии такой раствор использовали для охлаждения вина. ^[2]

В первой половине девятнадцатого века сбор льда стал крупным бизнесом в Америке. Житель Новой Англии Фредерик Тюдор, который стал известен как «Ледяной король», работал над разработкой более качественных изоляционных материалов для транспортировки льда на большие расстояния, особенно в тропики.

Первые системы охлаждения

Первый известный метод искусственного охлаждения был продемонстрирован Уильямом Калленом в Университете Глазго в Шотландии в 1756 году. Каллен использовал насос для создания частичного вакуума над контейнером с диэтиловым эфиром, который затем кипятил, поглощая тепла от окружающего воздуха. Эксперимент даже создал небольшое количество льда, но практического применения в то время не имел.

В 1805 году американский изобретатель Оливер Эванс спроектировал, но так и не построил холодильную систему, основанную на парокомпрессионном холодильном цикле, а не на химических растворах или летучих жидкостях, таких как этиловый эфир.

В 1820 году британский ученый Майкл Фарадей сжижал аммиак и другие газы, используя высокое давление и низкие температуры.

Американец Джейкоб Перкинс, живущий в Великобритании, получил первый патент на парокомпрессионную холодильную систему в 1834 году. Перкинс построил прототип системы, и она действительно работала, хотя и не имела коммерческого успеха. ^[3]

В 1842 году американский врач Джон Горри разработал первую систему охлаждения воды для производства льда. Он также задумал использовать свою систему охлаждения для охлаждения воздуха в домах и больницах (т. е. для кондиционирования воздуха). Его система сжимала воздух, а затем частично охлаждала горячий сжатый воздух водой, прежде чем позволить ему расшириться, выполняя часть работы, необходимой для привода воздушного компрессора. Это изоэнтропическое расширение охладило воздух до температуры, достаточно низкой, чтобы заморозить воду и произвести лед, или чтобы течь «по трубе для осуществления охлаждения в противном случае», как указано в его патенте, выданном Патентным бюро США в 1851 году. 0073 [4] Горри построил рабочий прототип, но его система потерпела неудачу с коммерческой точки зрения.

Александр Твининг начал экспериментировать с парокомпрессионным охлаждением в 1848 году и получил патенты в 1850 и 1853 годах. Ему приписывают начало коммерческого охлаждения в Соединенных Штатах к 1856 году.

Dunedin , первое коммерчески успешное рефрижераторное судно.

Тем временем Джеймс Харрисон, родившийся в Шотландии и впоследствии эмигрировавший в Австралию, начал эксплуатацию механической машины для производства льда в 1851 году на берегу реки Барвон в Роки-Пойнт в Джилонге. Его первая коммерческая машина для производства льда последовала в 1854 году, а в 1855 году был выдан патент на компрессионную охлаждающую систему на основе эфира и жидкости. в действии.

Австралийские, аргентинские и американские концерны экспериментировали с рефрижераторными перевозками в середине 1870-х годов, первый коммерческий успех пришел, когда Уильям Солтау Дэвидсон установил компрессионную холодильную установку на новозеландское судно Dunedin в 1882 году, что привело к мясному и молочному буму в Австралии и Южной Америки.

Первая газоабсорбционная холодильная система с использованием газообразного аммиака, растворенного в воде (так называемая «аммиачная вода»), была разработана Фердинандом Карре из Франции в 1859 году.и запатентован в 1860 году. Из-за токсичности аммиака такие системы не разрабатывались для использования в домашних условиях, а использовались для производства льда на продажу. В Соединенных Штатах потребители в то время все еще использовали ящики для льда со льдом, доставленным от коммерческих поставщиков, многие из которых все еще собирали лед и хранили его в леднике.

Таддеус Лоу, американский воздухоплаватель времен Гражданской войны, много лет экспериментировал со свойствами газов. Одним из его основных предприятий было крупносерийное производство газообразного водорода. Он также получил несколько патентов на машины для производства льда. Его «Компрессионный льдогенератор» произвел революцию в индустрии холодильных камер. В 1869 г.он и другие инвесторы купили старый пароход, на который погрузили одну из холодильных установок Лоу и начали доставлять свежие фрукты из Нью-Йорка в район побережья Мексиканского залива, а свежее мясо из Галвестона, штат Техас, обратно в Нью-Йорк. Из-за отсутствия у Лоу знаний о судоходстве бизнес обернулся дорогостоящим провалом, и публике было трудно привыкнуть к мысли о возможности потреблять мясо, которое так долго не выпускалось из упаковочного цеха.

Бытовые механические холодильники стали доступны в США около 1911. ^[5]

Широкое коммерческое использование

К 1870-м годам пивоварни стали крупнейшими пользователями коммерческих холодильных установок, хотя некоторые из них все еще полагались на собранный лед. Хотя на рубеже двадцатого века промышленность по сбору льда значительно выросла, загрязнение и сточные воды начали проникать в естественный лед, что сделало его проблемой в пригородах мегаполисов. Со временем пивоварни начали жаловаться на испорченный лед. Это повысило спрос на более современные и готовые к использованию холодильные машины и машины для производства льда. В 1895 Немецкий инженер Карл фон Линде разработал крупномасштабный процесс производства жидкого воздуха и, в конечном итоге, жидкого кислорода для использования в безопасных бытовых холодильниках.

Вагоны-рефрижераторы были введены в США в 1840-х годах для краткосрочной перевозки молочных продуктов. В 1867 году Дж. Б. Сазерленд из Детройта, штат Мичиган, запатентовал автомобиль-рефрижератор с резервуарами для льда на обоих концах автомобиля и вентиляционными створками у пола, которые создавали гравитационную тягу холодного воздуха через автомобиль.

К 1900 году мясоперерабатывающие предприятия Чикаго перешли на коммерческое охлаждение с аммиачным циклом. К 1914 году почти везде использовалось искусственное охлаждение. Крупные упаковщики мяса «Армор», «Свифт» и «Уилсон» закупили самые дорогие агрегаты, которые они установили в вагонах поездов, в филиалах и на складах в более отдаленных районах дистрибуции.

Только в середине двадцатого века холодильные установки были разработаны для установки на тягачи с прицепом (грузовые или грузовые автомобили). Рефрижераторы используются для перевозки скоропортящихся продуктов, таких как замороженные продукты, фрукты и овощи, а также чувствительные к температуре химические вещества. Большинство современных холодильников поддерживают температуру от -40 до +20 °C и имеют максимальную полезную нагрузку около 24 000 кг. общий вес (в Европе).

Домашнее и бытовое использование

С изобретением синтетических холодильников, основанных в основном на хлорфторуглероде (ХФУ), стало возможным более безопасные холодильники для домашнего и потребительского использования. Фреон является торговой маркой DuPont Corporation и относится к хладагентам CFC, а затем к гидрохлорфторуглеродам (HCFC) и гидрофторуглеродам (HFC).

Разработанные в конце 1920-х годов, эти хладагенты в то время считались менее вредными, чем обычно используемые хладагенты того времени, включая метилформиат, аммиак, метилхлорид и диоксид серы. Намерение состояло в том, чтобы предоставить холодильное оборудование для домашнего использования, не подвергая опасности жизнь жильцов. Эти хлорфторуглеродные хладагенты отвечают этой потребности.

Монреальский протокол

С 1989 года хладагенты на основе хлорфторуглеродов были запрещены Монреальским протоколом из-за негативного воздействия, которое они оказывают на озоновый слой. Монреальский протокол был ратифицирован большинством стран-производителей и потребителей ХФУ в Монреале, Квебек, Канада, в сентябре 1987 года. Гринпис возражал против ратификации, потому что вместо этого Монреальский протокол ратифицировал использование холодильного оборудования с ГФУ, которое не разрушает озоновый слой, но все же оказывает сильное влияние на глобальное потепление. газы. В поисках альтернативы бытовому охлаждению компания dkk Scharfenstein (Германия) в 1919 году разработала холодильник на основе пропана, а также холодильник без ГФУ.92 при содействии Гринпис.

Принципы Монреальского протокола были введены в действие в Соединенных Штатах посредством Закона о чистом воздухе в августе 1988 года. В Закон о чистом воздухе были внесены дополнительные поправки в 1990 году. Rowland-Molina ^[6] , в котором подробно описывается, как хлор в хладагентах CFC и HCFC неблагоприятно влияет на озоновый слой. Этот отчет побудил FDA и EPA запретить использование хлорфторуглеродов в качестве пропеллента в 1978 году (в то время 50 процентов использования хлорфторуглеродов приходилось на аэрозольные баллончики).

В январе 1992 года EPA потребовало, чтобы хладагент извлекался из всех автомобильных систем кондиционирования воздуха во время обслуживания системы.

В июле 1992 года EPA объявило незаконным выпуск хладагентов CFC и HCFC.

В июне 1993 года Агентство по охране окружающей среды потребовало, чтобы крупные утечки в холодильных системах были устранены в течение 30 дней. Крупная утечка определялась как скорость утечки, равная 35 % от общего количества хладагента, заправленного в систему (для промышленных и коммерческих систем хладагента), или 15 % от общего количества хладагента, заправленного в систему (для всех других крупных систем хладагента). , если бы эта утечка продолжалась целый год.

В июле 1993 года Агентство по охране окружающей среды ввело Требования к безопасной утилизации, требующие, чтобы все системы хладагента были эвакуированы до вывода из эксплуатации или утилизации (независимо от размера системы), и возлагая ответственность на последнего человека в цепочке утилизации. чтобы обеспечить надлежащий захват хладагента.

В августе 1993 года EPA ввело требования по утилизации хладагентов. Если хладагент должен сменить владельца, он должен быть обработан и протестирован на соответствие стандарту 700-19 Американского института холода (ARI).93 (теперь стандарт ARI 700-1995) требований к чистоте хладагента.

В ноябре 1993 года EPA потребовало, чтобы все оборудование для регенерации хладагента соответствовало стандартам ARI 740-1993.

В ноябре 1995 года Агентство по охране окружающей среды также ограничило выпуск хладагентов ГФУ. Они не содержат хлора, который может повредить озоновый слой (и, таким образом, имеют нулевой ОРП (потенциал разрушения озонового слоя), но все же обладают высоким потенциалом глобального потепления.

19 декабря95, импорт и производство хладагентов CFC в США были запрещены.

В настоящее время планируется запретить весь импорт и производство хладагентов ГХФУ в 2030 году, хотя это, вероятно, будет ускорено.

Существующие области применения холодильного оборудования

Вероятно, наиболее широко используемыми современными применениями холодильного оборудования являются кондиционирование воздуха в частных домах и общественных зданиях, а также охлаждение пищевых продуктов в домах, ресторанах и больших складских помещениях. Использование холодильников на наших кухнях для хранения фруктов и овощей позволило нам добавлять в рацион свежие салаты круглый год и безопасно хранить рыбу и мясо в течение длительного времени.

В торговле и производстве есть много применений для охлаждения. Охлаждение используется для сжижения таких газов, как кислород, азот, пропан и метан, например. При очистке сжатого воздуха он используется для конденсации водяного пара из сжатого воздуха для снижения его влажности. На нефтеперерабатывающих, химических и нефтехимических заводах охлаждение используется для поддержания определенных процессов при необходимых для них низких температурах (например, при алкилировании бутенов и бутана с получением высокооктанового компонента бензина). Металлисты используют охлаждение для закалки стали и столовых приборов. При транспортировке пищевых продуктов и других материалов, чувствительных к температуре, грузовиками, поездами, самолетами и морскими судами необходимо охлаждение.

Молочные продукты постоянно нуждаются в охлаждении, и только в последние несколько десятилетий было обнаружено, что яйца необходимо охлаждать во время транспортировки, а не ждать, пока их охладит после доставки в продуктовый магазин. Мясо, птица и рыба перед продажей должны храниться в климат-контроле. Охлаждение также помогает дольше сохранять фрукты и овощи съедобными.

Одним из наиболее влиятельных применений охлаждения было развитие индустрии суши/сашими в Японии. До открытия холодильников многие ценители суши страдали от высокой заболеваемости и смертности от таких заболеваний, как гепатит А. Однако опасность сашими без охлаждения не выявлялась в течение десятилетий из-за отсутствия исследований и распространения медицинских услуг в сельской Японии. Примерно в середине века корпорация Zojirushi, базирующаяся в Киото, совершила прорыв в конструкции холодильников, сделав холодильники более дешевыми и доступными для владельцев ресторанов и широкой публики.

Методы охлаждения

Методы охлаждения могут быть классифицированы как нециклические, циклические и термоэлектрические.

Нециклическое охлаждение

В этих методах охлаждение может осуществляться путем таяния льда или сублимации сухого льда. Эти методы используются для мелкомасштабного охлаждения, например, в лабораториях и мастерских, или в портативных холодильниках.

Лед своей эффективностью в качестве охлаждающего агента обязан своей постоянной температуре плавления 0 °C (32 °F). Чтобы растаять, лед должен поглотить 333,55 кДж/кг (около 144 БТЕ/фунт) тепла. Продукты, хранящиеся при этой температуре или чуть выше, имеют увеличенный срок хранения. Твердый углекислый газ, известный как сухой лед, также используется в качестве хладагента. Не имея жидкой фазы при нормальном атмосферном давлении, он прямо возгоняется из твердой фазы в паровую при температуре -78,5 °С (-1090,3 °F). Сухой лед эффективен для поддержания продуктов при низких температурах в период сублимации.

Циклическое охлаждение

Состоит из цикла охлаждения, в котором тепло отводится из низкотемпературного пространства или источника и отводится в высокотемпературный поглотитель с помощью внешней работы, и обратного ему термодинамического энергетического цикла. В энергетическом цикле тепло подается от высокотемпературного источника к двигателю, часть тепла используется для производства работы, а остальная часть отводится в низкотемпературный сток. Это удовлетворяет второму закону термодинамики.

Холодильный цикл описывает изменения, происходящие в хладагенте, когда он попеременно поглощает и отдает тепло при циркуляции в холодильнике. Он также применяется к работе HVACR при описании «процесса» потока хладагента через блок HVACR, будь то блочная или сплит-система.

Тепло естественным образом переходит от горячего к холодному. Работа применяется для охлаждения жилого помещения или складского помещения путем перекачки тепла из источника тепла с более низкой температурой в радиатор с более высокой температурой. Изоляция используется для уменьшения работы и энергии, необходимых для достижения и поддержания более низкой температуры в охлаждаемом помещении. Принцип действия холодильного цикла был математически описан Сади Карно в 1824 году как тепловой двигатель.

Наиболее распространенные типы холодильных систем используют парокомпрессионный холодильный цикл обратного Ренкина, хотя абсорбционные тепловые насосы используются в меньшинстве приложений.

Циклическое охлаждение можно классифицировать как:

Паровой цикл и
Газовый цикл

Паровой цикл охлаждения можно дополнительно классифицировать как:

Парокомпрессионная холодильная установка
Пароабсорбционное охлаждение

Парокомпрессионный цикл

Парокомпрессионный цикл используется в большинстве бытовых холодильников, а также во многих крупных коммерческих и промышленных холодильных системах. На рис. 1 представлена схематическая диаграмма компонентов типичной парокомпрессионной холодильной системы.

Рисунок 1: Охлаждение с компрессией пара

Термодинамику цикла можно проанализировать на диаграмме ^[7], как показано на рисунке 2. В этом цикле циркулирующий хладагент, такой как фреон, поступает в компрессор в виде пара. Из точки 1 в точку 2 пар сжимается при постоянной энтропии и выходит из компрессора перегретым. Из точки 2 в точку 3 и далее в точку 4 перегретый пар проходит через конденсатор, который сначала охлаждает и отводит перегрев, а затем конденсирует пар в жидкость, отводя дополнительное тепло при постоянном давлении и температуре. Между точками 4 и 5 жидкий хладагент проходит через расширительный клапан (также называемый дроссельным клапаном), где его давление резко падает, вызывая мгновенное испарение и самоохлаждение, как правило, менее половины жидкости.

Рисунок 2: Диаграмма температура–энтропия

В результате получается смесь жидкости и пара при более низкой температуре и давлении, как показано в точке 5. Затем холодная смесь жидкости и пара проходит через змеевик или трубы испарителя и полностью испаряется. путем охлаждения теплого воздуха (из охлаждаемого помещения), продуваемого вентилятором через змеевик или трубы испарителя. Образовавшийся пар хладагента возвращается на вход компрессора в точке 1 для завершения термодинамического цикла.

Приведенное выше обсуждение основано на идеальном парокомпрессионном холодильном цикле и не принимает во внимание реальные эффекты, такие как падение давления в системе из-за трения, небольшая термодинамическая необратимость во время сжатия паров хладагента или неидеальный газ. поведение (если есть).

Дополнительную информацию о конструкции и характеристиках парокомпрессионных холодильных систем можно найти в классическом «Справочнике инженера-химика Perry». ^[8]

Цикл абсорбции пара

В первые годы двадцатого века цикл абсорбции пара с использованием водно-аммиачных систем был популярен и широко применялся, но после разработки цикла сжатия пара потерял большую часть своего значения из-за его низкий КПД (около одной пятой от парокомпрессионного цикла). В настоящее время цикл абсорбции пара используется только там, где имеется отработанное тепло, полученное от солнечных коллекторов, или где отсутствует электричество.

Цикл абсорбции аналогичен циклу сжатия, за исключением метода повышения давления паров хладагента. В абсорбционной системе компрессор заменен абсорбером, растворяющим хладагент в подходящей жидкости, жидкостным насосом, повышающим давление, и генератором, который при подводе тепла отводит пары хладагента из жидкости под высоким давлением. Жидкостному насосу требуется некоторая работа, но для данного количества хладагента она намного меньше, чем требуется компрессору в цикле сжатия пара. В абсорбционном холодильнике используется подходящая комбинация хладагента и абсорбента. Наиболее распространенными комбинациями являются аммиак (хладагент) и вода (абсорбент), а также вода (хладагент) и бромид лития (абсорбент).

Газовый цикл

Когда рабочим телом является газ, который сжимается и расширяется, но не меняет фазу, цикл охлаждения называется газовым циклом . Чаще всего этой рабочей жидкостью является воздух. Поскольку в газовом цикле не предусмотрены конденсация и испарение, компоненты, соответствующие конденсатору и испарителю в парокомпрессионном цикле, являются горячими и холодными теплообменниками газ-газ в газовых циклах.

Газовый цикл менее эффективен, чем парокомпрессионный цикл, поскольку газовый цикл работает по обратному циклу Брайтона, а не по обратному циклу Ренкина. Таким образом, рабочая жидкость не получает и не отдает тепло при постоянной температуре. В газовом цикле эффект охлаждения равен произведению удельной теплоемкости газа на повышение температуры газа в низкотемпературной части. Следовательно, при той же охлаждающей нагрузке цикл газового охлаждения потребует большого массового расхода и будет громоздким.

Из-за меньшей эффективности и больших размеров охладители с воздушным циклом в настоящее время редко используются в наземных охлаждающих устройствах. Однако машина с воздушным циклом очень распространена на реактивных самолетах с газотурбинным двигателем, потому что сжатый воздух легко доступен из компрессорных секций двигателей. Устройства охлаждения и вентиляции этих реактивных самолетов также служат для создания давления в самолете.

Термоэлектрическое охлаждение

Термоэлектрическое охлаждение использует эффект Пельтье для создания теплового потока между соединениями двух различных типов материалов. Этот эффект обычно используется в кемпинговых и портативных холодильниках, а также для охлаждения электронных компонентов и небольших инструментов.

Магнитное охлаждение

Магнитное охлаждение или адиабатическое размагничивание — это технология охлаждения, основанная на магнитокалорическом эффекте, неотъемлемом свойстве магнитных твердых тел. Хладагентом часто является парамагнитная соль, такая как нитрат церия-магния. Активными магнитными диполями в этом случае являются электронные оболочки парамагнитных атомов.

К хладагенту прикладывается сильное магнитное поле, заставляющее его различные магнитные диполи выравниваться и переводя эти степени свободы хладагента в состояние пониженной энтропии. Затем радиатор поглощает тепло, выделяемое хладагентом из-за его потери энтропии. Затем тепловой контакт с радиатором разрывается, так что система изолируется, а магнитное поле отключается. Это увеличивает теплоемкость хладагента, тем самым снижая его температуру ниже температуры радиатора.

Поскольку лишь немногие материалы обладают требуемыми свойствами при комнатной температуре, их применение до сих пор ограничивалось криогеникой и исследованиями.

Другие методы

Другие методы охлаждения включают в себя машины с воздушным циклом, используемые в самолетах; вихревая трубка, используемая для точечного охлаждения при наличии сжатого воздуха; и термоакустическое охлаждение с использованием звуковых волн в сжатом газе для управления теплопередачей и теплообменом.

Блок холодильный

Бытовые и коммерческие холодильники могут быть оценены в кДж/с или БТЕ/ч охлаждения. Коммерческие холодильники в США в основном оцениваются в тоннах холода, а в других странах — в кВт. Одна тонна холодильной мощности может заморозить одну короткую тонну воды при температуре 0 ° C (32 ° F) за 24 часа. Исходя из этого:

Скрытая теплота льда (т. е. теплота плавления) = 333,55 кДж/кг ≈ 144 БТЕ/фунт

Одна короткая тонна = 2000 фунтов

Отведенное тепло = (2000)(144)/24 часа = 288000 БТЕ/24 часа = 12000 БТЕ/час = 200 БТЕ/мин

1 тонна холода = 200 БТЕ/мин = 3,517 кДж/с = 3,517 кВт , 1000 кг) воды при 0°С за 24 часа. Исходя из теплоты плавления 333,55 кДж/кг, 1 тонна холода = 13 898 кДж/ч = 3,861 кВт. Как видно, 1 тонна холодильного оборудования на 10% больше, чем 1 тонна холодильного оборудования.

Мощность большинства бытовых кондиционеров варьируется от 1 до 5 тонн холода.

См. также

Криогеника
Тепло
Хладагент
Холодильник

Примечания

↑ Хронология кондиционирования и охлаждения. ASHRAE.org . Проверено 4 августа 2008 г.
↑ Появление механического охлаждения меняет повседневную жизнь и национальную экономику во всем мире. Наука и ее времена: 1800–1899 гг. Проверено 4 августа 2008 г.
↑ Обри Ф. Берсталл, 19 лет.65. История машиностроения. (Кембридж, Массачусетс: The MIT Press. ISBN 026252001X).
↑ Улучшенный процесс искусственного производства льда. Патентное ведомство США, патент 8080, 1851. Проверено 4 августа 2008 г.
↑ Современные чудеса История холодильника. история.com . Проверено 4 августа 2008 г.
↑ Марио Дж. Молина и Ф. С. Роуленд. 1974. Стратосферный поглотитель хлорфторметанов: катализируемое атомами хлора разрушение озона. Природа 249:810-812, 28.
↑ Линда Мэннинг. 2001. Идеальный парокомпрессионный цикл. Университет Невады . Проверено 4 августа 2008 г.
↑ Р.Х. Перри и Д.У. Зеленый. 1984. Справочник инженеров-химиков Перри, , 6-е изд. (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: ISBN McGraw Hill, Inc. 0070494797), с 12–27 по 12–38.
↑ Руководство по единицам СИ. НИСТ. Проверено 4 августа 2008 г.

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

Альтхаус, Эндрю Д., Карл Х. Тернквист и Альфред Ф. Браччано. 2003. Современное охлаждение и кондиционирование воздуха, 18-е издание. Тинли Парк, Иллинойс: Издательство Goodheart-Wilcox. ISBN 15808.
Андерсон, Оскар Эдвард. 1972. Холодильное оборудование в Америке: история новой технологии и ее влияние. Принстон, Нью-Джерси: Kennikat Press. ISBN 0804616213.
Берстолл, Обри Ф. 1965. История машиностроения. Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN 026252001X.
Матур, М.Л., и Ф.С. Мехта. 1986. Термодинамика и теплоэнергетика: в единицах МКС и СИ. Нью-Дели: Джайн.
Молина, Марио Дж. и Ф. С. Роуленд. 1974. Стратосферный поглотитель хлорфторметанов: катализируемое атомами хлора разрушение озона. Природа 249:810-812, 28.
Перри Р.Х. и Д.В. Зеленый. 1984. Справочник инженеров-химиков Перри, , 6-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: ISBN McGraw Hill, Inc. 0070494797.
Шахтман, Том. 2000. Абсолютный ноль: и победа над холодом. Бостон, Массачусетс: ISBN Houghton Mifflin Co. 0618082395.
Стокер, В.Ф. и Дж.В. Джонс. 1982. Охлаждение и кондиционирование воздуха. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Издательство McGraw Hill. ISBN 9780070616196.
Вулрич, Уиллис Рэймонд. 1967. Люди, создавшие холод: история охлаждения. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Exposition Press.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 7 декабря 2022 г.

«Как работают холодильники» от HowStuffWorks.
Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE).
Институт холода Великобритании.

Авторы

Энциклопедия Нового Света авторов и редакторов переписали и дополнили статью Википедии в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Кредит должен соответствовать условиям этой лицензии, которая может ссылаться как на Энциклопедия Нового Света участников и самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

Охлаждение ^{история}

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

История «Холодильника»

Примечание. На использование отдельных изображений, которые лицензируются отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.

Охлаждение — Энциклопедия Нового Света

Бытовой холодильник с открытой дверцей.

Охлаждение — это процесс отвода тепла из замкнутого пространства или вещества и отвод его в другое место с основной целью — понизить температуру помещения или вещества, а затем поддерживать эту более низкую температуру. Термин «охлаждение» обычно относится к любому естественному или искусственному процессу, посредством которого рассеивается тепло. Область исследований, занимающаяся искусственным созданием экстремально низких температур, называется криогеника .