Как правильно оценить эффективность работы холодильной системы. Часть 1

Array
(
    [PREVIEW] => Array
        (
            [SRC] => /upload/iblock/6a8/a3hbf0m61r43jqsb53vntf1qofb1eeh0.webp
            [WIDTH] => 800
            [HEIGHT] => 600
        )

    [DETAIL] => Array
        (
            [SRC] => /upload/iblock/6a8/a3hbf0m61r43jqsb53vntf1qofb1eeh0.webp
            [WIDTH] => 800
            [HEIGHT] => 600
        )

)

Затронуть тему энергоэффективности меня сподвигло посещение ПАО «Газпром», где я прочитал лекцию на данную тему. Попробуем разобраться каким образом можно повысить энергоэффективность холодильных установок и, для начала, поговорим о теоретической части.

Прежде, чем приступить к реализации конкретных действий необходимо произвести анализ работающей установки или, в случае проектирования новой, анализ предполагаемого термодинамического цикла.

В основе анализа лежат разные методы термодинамического анализа, которые можно разделить на 2 группы — методы, основанные на первом законе термодинамики, и методы, использующие как первый, так и второй законы термодинамики.

Рассмотрим сначала методы, входящие в первую группу.

К достоинствам данной группы можно отнести простоту.

Одним из распространенных критериев оценки эффективности работы холодильной установки является холодильный коэффициент, который представляет собой отношение холодопроизводительности к потребляемой мощности.

Однако, существуют и недостатки:

  1. Холодильный коэффициент не дает представления о степени термодинамического совершенства анализируемой системы;
  2. С помощью холодильного коэффициента нельзя оценить в отдельности энергетические потери, сопровождающие отклонение того или иного реального процесса в установке от идеального;
  3. При анализе установок с несколькими потребителями требуется измерение абсолютных показателей. Если измерение потребляемой мощности не представляет сложную задачу и может быть решена относительно дешевыми средствами, то измерение холодопроизводительности представляет сложную и дорогостоящую проблему;
  4. Классический энергетический метод предполагает анализ холодильной системы только в одной точке без учета изменение параметров окружающей среды, нагрузки на оборудование, работу системы автоматического регулирования и т. д.

Для устранения недостатков предпринимаются разные меры, например введение коэффициента сезонной эффективности (ESEER), который учитывает работу реальной холодильной системы в течение года.

Данный критерий представляет более реалистичный инструмент для оценки действительной эффективности холодильной установки и позволяет правильно классифицировать оборудование.

Для укрупненной оценки можно использовать следующую формулу расчета:

ESEER = 0.03A+0.33B+0.41C+0.23D (1),

где A = холодильный коэффициент при Твозд=+35, B при Твозд=+30, C при Твозд=+25, D при Твозд=+20.


Существуют и другие критерии для оценки эффективности работы, но многие из них представляют собой все тоже отношение холодопроизводительности к потребляемой мощности.

Например, метод, разработанный Т. Кёберле и М. П. Беккером (Университет прикладных наук, Институт строительства и энергетических систем г. Биберах) позволяет производить анализ работающих холодильных установок.

Авторы применяют следующие принципы:

  • Четкая идентификация показателей энергоэффективности;

  • Четкое определение объема рассматриваемой системы с определением системных границ;

  • Разработка четких и ограничивающих принципов измерения.

Для выполнения расчета показателей эффективности холодильная машина, установка или система в целом рассматривается как «черный ящик». Расчет факторов эффективности производится в разных границах как отношение холодопроизводительности к потребляемой мощности. Эти показатели должны измеряться непрерывно в процессе работы.

Для анализа вводятся два новых показателя эффективности:

полный (общий) коэффициент преобразования TCOP — определяется как отношение полезной холодопроизводительности Qo, деленной на общее потребление электроэнергии Pel

СОР1.jpg(2)

полный (общий) фактор энергоэффективности TEPF — определяется как отношение холодопроизводительности к необходимой электроэнергии.

СОР2.jpg (3)

TEPF является сезонным фактором, для которого выбранным периодом времени может быть день, неделя, месяц, год или любой другой период. TEPF позволяет осуществлять оценку холодильной машины, установки или холодильной системы в целом в ходе непрерывной работы за счет включения в коэффициент всей электрической энергии и полезной холодопроизводительности.

Для обоих представленных показателей эффективности возможно выполнить измерение и расчет для каждой холодильной системы. Принцип измерения для расчета показателей эффективности требует непрерывного наблюдения и регистрации данных по соответствующим технологическим и энергетическим параметрам, и имеет следующую структуру:

  • Непрерывное и непосредственное измерение электрической мощности всех элементов;

  • Непрерывное и непосредственное измерение используемой холодопроизводительности при помощи калориметра или другого альтернативного варианта;

  • Принцип косвенного измерения параметров узловых точек холодильного цикла на основе измерений температур и давлений и известных характеристик компрессора;

  • Расчет TCOP и TEPF по уравнениям 2 и 3 на протяжении выбранного периода.

Сравнение по этим показателям проводится в рамках четко определенных границ. При этом, вся холодильная система может быть разделена на несколько частей (Рис.1).

СОР4.png

Рис. 1.

Все параметры записываются в реальном времени с определенным интервалом. Для расчета и отображения данных разработано программное обеспечение.

Недостатки данного метода:

  1. Отсутствует возможность анализа холодильной системы на этапе проектирования;
  2. Невозможно осуществить анализ с помощью штатно устанавливаемого оборудования, требуется специальный измерительный комплекс;
  3. Измерение холодопроизводительности представляет сложность, особенно при количестве потребителей больше или равным 2, что вызвано ограничением в конструкции измерительного комплекса;
  4. Невозможно получить информацию о компонентах или процессах системы, требующих улучшения работы;
  5. Используя данные показатели, невозможно сравнить эффективность двух холодильных систем.

Для проведения полноценного анализа информации, получаемой при использовании методов данной группы, явно недостаточно, поэтому предпочтительным является использование методов, основанных как на первого, так и на втором законах термодинамики.

Продолжение следует…


Автор: Талызин Максим Сергеевич,
кандидат технических наук,
академик Международной Академии Холода,
эксперт в области систем холодоснабжения
talyzin_maxim@mail.ru