К вопросу о температурном напоре в конденсаторах

В прошлый раз мы затронули тему температурного напора в конденсаторах. 

Разберем этот вопрос подробнее …

При постоянном росте тарифов на электроэнергию и требований к защите окружающей среды возрастает интерес к энергосбережению в кондиционировании и холодоснабжении. Значительное энергосбережение можно получить, проводя оптимизацию на различных этапах проектирования, монтажа и эксплуатации холодильного оборудования. В последнее время работы по снижению затрат на потребляемую электроэнергию проводились в области совершенствования компрессорного оборудования, систем автоматического регулирования и применения новых эффективных и экологически безопасных хладагентов.

При этом было обойдено вниманием снижение температурного напора в теплообменных аппаратах. До недавнего времени наблюдалась тенденция к снижению размеров теплообменных аппаратов, а, следовательно, и их стоимости, что, однако приводит к резкому повышению эксплуатационных расходов, поскольку рост температуры конденсации t_к на 1 К увеличивает расход электроэнергии приблизительно на 3 %.

По общепринятым рекомендациям температурный напор в конденсаторах с воздушным охлаждением составляет 10…20 К. При этом максимальное значение определяет предел для безопасной эксплуатации компрессора: превышение этого параметра ведет к уменьшению ресурса работы компрессора.

Аналогичная ситуация наблюдается и при подборе испарителей – максимальное рекомендованное значение температурного напора определяет безопасную работу компрессора (поддержание оптимального перегрева в испарителях, работающих по циклу прямого расширения). Однако с развитием техники, например, применением электрических расширительных клапанов вместо механических, появилась возможность поддерживать меньшие значения перегрева в испарителе, а значит и меньшие значения температурного напора.

При увеличении поверхности теплообменного аппарата встает вопрос о его массогабаритных характеристиках и цене: быстрое повышение стоимости цветных металлов, в частности меди, делает такой способ довольно дорогостоящим при попытке найти «лобовое» решение. Альтернативным методом может стать применение алюминиевого микроканального теплообменного аппарата в качестве конденсатора. Благодаря малому диаметру каналов такой конденсатор имеет превосходные характеристики теплообмена со стороны хладагента, при этом его гидравлическое сопротивление сравнимо с классическим теплообменным аппаратом, что позволяет уменьшить температурный напор в конденсаторе при той же его цене, повысив, таким образом, эффективность холодильной установки.

При подборе конденсатора с малой разностью температур следует обращать внимание на сроки окупаемости такого решения. Рассчитаем сроки окупаемости при установке конденсатора с разными температурными напорами относительно конденсатора с температурным напором ΔT = 15K (базовый вариант), рассмотрев холодильную установку с температурой в холодильной камере 0 ⁰С и следующими параметрами:

✔     расчетная температура окружающего воздуха, t_ов = + 31 ⁰С;

✔     хладагент – R404A;

✔     потери давления на линии всасывания – эквивалентны 2 К;

✔     изоэнтропный КПД компрессора – η_км = 0,7.

Температурные параметры (значения температур, количество рабочих часов с определенной температурой) приняты в соответствии с программами расчета коэффициента сезонной эффективности.

При расчете принимаются следующие допущения:

✔     температура конденсации t_к в течение рассматриваемого периода (календарный год) поддерживается на уровне, определяемом расчетной температурой окружающего воздуха и соответствующим температурном напором за счет включения /отключения вентиляторов конденсатора;

✔     конфигурация компрессорного оборудования (включая системы регулирования) выбрана таким образом, чтобы холодопроизводительность соответствовала требуемой нагрузке;

✔     нагрузка на холодильное оборудование Q_треб принимается постоянной и равной 276,5 кВт;

✔     тепловая нагрузка на конденсатор рассчитывается как сумма холодопроизводительности и потребляемой мощности компрессорного оборудования.

Для определения сроков окупаемости произведем расчет годовой потребляемой мощности.

Общее энергопотребление и возможная экономия электроэнергии представлены в табл. 1.

Таблица 1. Общее энергопотребление и возможная экономия электроэнергии

1. При современном соотношении цены электроэнергии и теплообменных аппаратов и общей тенденции на увеличение стоимости энергоносителей следует очень серьезно обратить внимание на выбор размера конденсатора. На этапе проектирования следует производить расчет сроков окупаемости для принятия решения о целесообразности применения оборудования с определенными параметрами.

2. При проектировании новых объектов целесообразно производить подбор конденсатора на малый температурный напор и следует отдавать предпочтение моделям с большой поверхностью теплообмена, что актуально для крупных промышленных предприятий с длительным сроком эксплуатации.

3. Альтернативным решением может стать применение алюминиевого микроканального конденсатора.

4. Конденсатор с воздушным охлаждением следует оснащать вентиляторами с малым энергопотреблением, например с ЕС - двигателями, или применять частотные преобразователи.

кандидат технических наук,
академик Международной Академии Холода,
эксперт в области систем холодоснабжения
talyzin_maxim@mail.ru