Анализ потерь эксергии в цикле компрессионного бытового холодильника

МАШИНЫ, АГРЕГАТЫ И ПРОЦЕССЫ

УДК 621.56

Анализ потерь эксергии в цикле компрессионного бытового холодильника

Лариса Владимировна Сумзина, к.т.н., доцент, зав. каф. сервиса

Александр Васильевич Максимов, к.т.н., доцент, каф. сервиса, e-mail: byttech@yandex.ru ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва

Проанализированы потери эксергии в процессах цикла компрессионного бытового холодильника, работающего на озонобезопасном хладагенте R134a; на основе проведенных расчетов построены диаграммы потерь эксергии в процессах цикла; установлено влияние изменения температур кипения и конденсации хладагента на структуру потерь эксергии и показатели эффективности цикла холодильного агрегата бытового холодильника.

The authors analyzed the loss of exergy in the process of compression cycle domestic refrigerators operating on ozone-friendly refrigerant R134a. The article presented diagrams of exergy losses in the process cycle on the basis of the calculation. The authors established the effects of changing temperatures of boiling and condensation of refrigerant in the structure of the exergy losses and the performance of cycle refrigeration of unit of domestic refrigerator.

Ключевые слова: цикл холодильного агрегата, энтальпия, потери эксергии.

Keywords: analysis of exergy losses in the compression cycle of domestic refrigerator

Цикл холодильного агрегата бытового холодильника отличается от циклов других компрессионных холодильных машин осуществлением процесса дросселирования хладагента в капиллярной трубке и рекуперативного теплообмена с всасываемыми парами непосредственно при дросселировании хладагента.

Процессы в теоретическом цикле холодильного агрегата бытового холодильника показаны на диаграммах «энтальпия - давление» (рис. 1) и «энтальпия - эксергия» (рис. 2), построенных для хладагента Я134а при следующих исходных данных: = - 30°С; ^ = 40°С; 1ос = 32°С; ^ = 32°С;

^ = 38°С (о - температура кипения хладагента; ^ - температура конденсации; - температура

окружающей среды; tпр - температура перегрева всасываемых паров; ^ - температура переохлаждения жидкого хладагента после конденсации).

Линиям диаграмм, представленных на рис. 1 и 2, а также на всех рисунках в данной статье, соответствуют следующие процессы: 2-5 - кипение хладагента в испарителе; 5-6 - перегрев паров хла-

дагента в теплообменнике; 6-7 - адиабатическое сжатие паров хладагента в компрессоре; 7-8 - охлаждение сжатых паров до температуры конденсации; 8-9 -конденсация хладагента к конденсаторе; 9-1 - переохлаждение жидкого хладагента; 1-3-42 - дросселирование в капиллярной трубке (1-3 -дросселирование при теплообмене с окружающей средой; 3-4 - дросселирование при рекуперативном теплообмене с всасываемыми парами хладагента; 4-2 - адиабатическое дросселирование).

Эксергия хладагента рассчитывается по формуле

Р, ГПа

)-1--------' - I I I I г-| - |-----------------

300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

_________________________________________________/, кДж/кг

Рис. 1. Теоретический цикл бытового компрессионного холодильника в диаграмме «энтальпия - давление»

Рис. 2. Теоретический цикл бытового компрессионного холодильника в диаграмме «энтальпия - эксергия»

К = Ъе '-Ъе ".

Потери эксергии в цикле холодильного агрегата (см. рис. 2) определяются как разность между эксергией в процессе адиабатического сжатия хладагента в компрессоре и эксергией в процессе кипения хладагента, поэтому применительно к рассматриваемому циклу уравнение (2) принимает следующий вид:

<е = е6-7 - е2-5 .

Общие потери эксергии в цикле определяются суммой потерь в отдельных процессах:

e = i - io.c + To.c (So.c - S).

de — de + de + de + de +

e e5-6 e7-8 e8-9 e9-1

+de + de + de .

e¡-3 e3-4 e4-2

Изменение эксергии в процессах цикла соответствует разности между конечными и начальными значениями эксергии. Потери эксергии в термодинамической системе определяются разностью между значениями суммарной эксергии на входе в систему и на выходе из системы [1]:

Эксергетический анализ процессов цикла позволяет установить величину потерь в необратимых процессах и определить степень термодинамического совершенства цикла. Потери эксергии в процессах теоретического цикла бытового холодильника обусловлены необратимостью термодинамических процессов [2].

Ik 4-2

7,5%

23,2%

Рис. 3. Потери эксергии в процессах цикла: а - при 10 = -30°С, 1к = 40°С; б - при 10 = -5°С, 1к = 40°С; в - при 10 = -30°С, 1к

=50°С; г - при 10 = -5°С, 1к = 50°С

Рис. 4. Суммарные потери эксергии в цикле холодильного агрегата: 1 - ґ0=30°С, ґк=40°С; 2 - ґ0=5°С, ґк=40°С; 3 - ґ0=30°С, ґк=50°С; 4 - ґ0=5°С, ґк=50°С

Рассмотрим структуру потерь эксергии при изменении значений температур кипения и конденсации хладагента Я134а. На рис. 3 приведены диаграммы, характеризующие распределение величины потерь эксергии в процессах цикла.

Анализ этих диаграмм (см. рис. 3, а, б) показывает, что снижение температуры кипения хладагента приводит к повышению потерь эксергии в процессе конденсации (7-8) на 8,4%, в процессе рекуперативного теплообмена (5-6) - на 5,8%, в процессе дросселирования - на 0,7% при одновременном значительном снижении потерь отвода теплоты в окружающую среду (8-9) на 18,9%.

При повышении температуры конденсации от 40 до 50°С указанные выше тенденции сохраняются (см. рис. 3, в, г) и происходит возрастание суммарных потерь эксергии на 18,6% при температуре кипения = -30°С и на 22,6% при = -5°С. В структуре потерь наблюдается увеличение потерь эксергии, связанных с конденсацией хладагента, перегревом всасываемых паров при одновременном снижении потерь при дросселировании хладагента и процессах теплообмена с окружающей средой.

На рис. 4 приведена диаграмма суммарных потерь в теоретическом цикле холодильного агрегата в зависимости от температуры кипения и конденсации хладагента. Анализ этой диаграммы показывает, что общая величина потерь эксергии повышается при увеличении разности между температурами кипения и конденсации хладагента.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бродянский В. М., Фратшер В., Михалек К. Эксергетиче-ский метод и его приложения. М.: Энергоиздат. 1988.

2. Сумзина Л. В. Анализ потерь эксергии в процессах теоретического цикла компрессионного бытового холодильника // Тр. IV Междунар. научн. конф. «Современные средства управления бытовой техникой». М.: МГУ сервиса. 2002. С. 126 - 131.

Поступила 25.12.20111 г.