Сегодня мы завершим описание методов термодинамического анализа, позволяющих оценить эффективность работы холодильной системы и поговорим про энтропийный или энтропийно-статистический метод анализа.
Одним из первых, кто предложил использовать данный метод был Д. П. Гохштейн, который предлагал из рассчитанной работы, вводимой в систему, вычитать все «потери», определяемые по отдельности. Такой подход позволяет количественно учесть переход вводимой в систему энергии в затраты на производство энтропии в каждом отдельно взятом узле системы.
Позднее метод был развит в А. М. Архаровым и получил название энтропийно-статистического.
Большой вклад в развитие метода внесен В. В. Шишовым, под руководством которого был проведен анализ практически всех циклов, широко применяемых в холодильной технике (и работы еще продолжаются!)
Разберемся в чем же суть данного метода
Реальные процессы, протекающие в холодильных установках неравновесные и необратимы. Причина необратимости – конечная разность потенциалов массовых потоков (разность температур, давлений и т. д.) вследствие неравновесности процессов.
Мерой необратимости является производство энтропии. Согласно второму закону термодинамики:
Энтропия обладает свойством аддитивности, то есть общее производство энтропии равно сумме изменения энтропии каждой подсистемы:
В соответствии с теоремой Гюи-Стодолы, для компенсации производства энтропии требуется совершить работу, которая передается в окружающую среду в виде теплоты. Таким образом, общая работа, затрачиваемая для функционирования холодильной установки, будет равна:
Lmin– работа для реализации идеального холодильного цикла с полностью обратимыми процессами.
Распределение затрат энергии для компенсации производства энтропии по элементам системы цикла одноступенчатого сжатия представлены на Рис. 1.
Идеальный обратный цикл Карно (с1-с2-с3-с4) является полностью обратимым, следовательно, работа, затрачиваемая в этом цикле для генерации холода, будет минимальной и выражается площадью с1-с2-с3-с4.Действительный цикл представлен площадью 1-2-3-4-5-6. Работа, необходимая для компенсации производства энтропии в компрессоре выражается площадью d-e-e3-e2. Затраты работы для компенсации производства энтропии в конденсаторе выражены площадью e3-2-3-4-e1 или равной ей по величине площадью e-f-e4-e3. Затраты работы для компенсации производства энтропии в испарителе выражены площадью c-d-e2-c2, в дросселирующем устройстве – площадью a-b-c3-e1.
Таким образом, действительная затрачиваема работа будет пропорциональна сумме площадей:
Для анализа холодильных циклов удобно использовать удельные значения величин.
Рис. 1
Распределение затрат энергии для компенсации производства энтропии по элементам одноступенчатого цикла. Тк – температура конденсации хладагента, Тос – температура окружающей среды, Тп – температура охлаждаемой среды, То – температура кипения хладагента.
Порядок анализа холодильного цикла, представленного на Рис. 1 следующий.
Удельная массовая холодопроизводительность при температуре кипения q0:
Минимально необходимая удельная работа для генерации холода:
Адиабатная работа сжатия, рассчитанная по данным диаграммы, lад.д:
Действительная затрачиваемая удельная работа сжатия lсж:
Степень термодинамического совершенства цикла ηтерм:
Холодильный коэффициент при адиабатном процессе сжатия:
Действительное значение холодильного коэффициента:
Определим удельную величину необходимой работы для компенсации производства энтропии в основных рабочих процессах холодильной машины по следующим зависимостям:
Необходимые удельные затраты работы сжатия для компенсации производства энтропии в конденсаторе складываются из суммы минимально необходимых работ для компенсации производства энтропии при охлаждении паров хладагента от температуры нагнетания до температуры насыщения Δlпк и конденсации паров хладагента в конденсаторе Δlкк:
Необходимые удельные затраты работы сжатия для компенсации производства энтропии при дросселировании:
Необходимые удельные затраты работы сжатия для компенсации производства энтропии в испарителе при передаче теплоты от охлаждаемого объекта в цикле при средней температуре воздуха в потребителях (кипение жидкого хладагента):
Общие необходимые удельные затраты работы сжатия для компенсации производства энтропии в испарителе:
Суммируя величины необходимых удельных затрат работ для компенсации производства энтропии во всех элементах холодильной машины, находим расчетную величину адиабатной работы сжатия:
По результатам анализа строится диаграмма распределения потерь по элементам холодильной системы.
Итак, после описания теоретической части, мы можем перейти непосредственно к возможностям энергосбережения в холодильных установках.
Продолжение следует…
Также читайте:
Как правильно оценить эффективность работы холодильной системы. Часть 1
Как правильно оценить эффективность работы холодильной системы. Часть 2
Автор: Талызин Максим Сергеевич,
кандидат технических наук,
академик Международной Академии Холода,
эксперт в области систем холодоснабжения
talyzin_maxim@mail.ru
Комментарии 0
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставить комментарий