Зависимость энергетической эффективности компрессионного холодильника от способа охлаждения его конденсатора

УДК 641.546.44

ЗАВИСИМОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПРЕССИОННОГО ХОЛОДИЛЬНИКА ОТ СПОСОБА ОХЛАЖДЕНИЯ

ЕГО КОНДЕНСАТОРА

М.А.Лемешко1, А.В. Кожемяченко2, С.Р. Урунов3

Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) Донского государственного технического университета (ИСОиП (филиал) ДГТУ),

346500, Шахты, ул. Шевченко, 147

В статье приводятся сведения о методе повышения энергетической эффективности компрессионного холодильника за счет интенсификации процесса охлаждения хладагента в конденсаторе. Рассматривается целесообразность использования принципа испарительного охлаждения в малых холодильных машинах. Приведено описание способа испарительного охлаждения поверхности конденсатора с использованием талой воды.

Ключевые слова: компрессионный холодильник, энергетическая эффективность процесса охлаждения, конденсатор, метод испарительного охлаждения

DEPENDENCE OF ENERGY EFFICIENCY COMPRESSION REFRIGERATOR FROM HIS

WAY COOL CONDENSER

M.A.Lemeshko, A.V. Kozhemyachenko, S.R.Urunov Institute services sector and enterprise (branch) of the Don State Technical University (ISOiP (branch) DGTU), 346500, Schachty, str. Shevchenko, 147

This article provides information about the method of energy efficiency compression refrigerator due to the intensification of the process of cooling the refrigerant in the condenser. This article considers the appropriateness of the use of the principle of evaporative cooling in small refrigerators. In article describes the method of evaporative cooling surface condenser with meltwater.

Keywords: compression refrigerator, the energy efficiency of the cooling condenser, evaporative cooling

method

Европейским стандартом EN 16001:2009, принятым в большинстве стран Европы, а также национальными стандартами ряда государств утверждены требования к энергопотреблению всех используемых и разрабатываемых машин, приборов, оборудования, в том числе, торговых и бытовых холодильников. В рамках государственной программы РФ "Энергоэффективность и развитие энергетики" [1], выдвинуты требования по созданию и использованию новых энергоэффективных потребителей электроэнергии, к которым относятся и холодильные приборы, используемые в службах сервиса, например, в гостиничном хозяйстве и ресторанном бизнесе и др.

В компрессионных холодильниках, в холодильном цикле компрессор, всасывая хладагент из испарителя, под давлением подает хладагент в конденсатор, в котором выполняется переход хладагента из парообразного состояния в жидкое. От эффективности отвода

1 Лемешко Михаил Александрович - канд. техн. наук., профессор кафедры "Технические системы жилищно-коммунального хозяйства и сферы услуг". ИСОиП (филиал) ДГТУ в г.Шахты, тел. +7 988 252 85 53,e-mail: lem-mikhail(fllya. ru;

2 Кожемяченко Александр Васильевич — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Технические системы жилищно-коммунального хозяйства и сферы услуг», ИСОиП (филиал) ДГТУ в г.Шахты, тел. +7 918 503 81 30. e-mail: mabnfaldssa.ru;

3 Урунов Салават Рашидович - магистрант механико-радиотехнического факультета группы БМП-PgW, ИСОиП (филиал) ДГТУ в г.Шахты, тел. +1 928 615 37 41. e-mail: salavat4you@gmail.com.

тепла от конденсатора зависит эффективность процесса конденсации, что определяет давление на выходе из компрессора. Увеличение интенсивности конденсации хладагента приводит к снижению давления на выходе из компрессора, что обуславливает снижение его потребляемой мощности, а, следовательно, и удельное энергопотребление холодильника. Повышение эффективности конденсации хладагента сказывается также на улучшении холодильного коэффициента, являющегося критерием эффективности холодильного цикла. В общем случае интенсификация охлаждения конденсатора может быть представлена двумя процессами, приведенными на рисунке 1, где сравниваются холодильный цикл с типовым способом охлаждения конденсатора - естественной конвекцией (пунктирная линия) и холодильный цикл с интенсивным охлаждением конденсатора (сплошная линия).

Зависимость энергетической эффективности компрессионного холодильника ....

Рисунок 1 - Диаграммы ^(/"(й)), при различной степени интенсивности охлаждения

конденсатора

Увеличение интенсивности охлаждения конденсатора приводит к следующим изменениям в холодильном цикле - понижается давление конденсации, Рк; - незначительно понижается давление испарения, Р0; - понижается температура нагнетания, Тн; - незначительно понижается температура всасывания, Твс; -уменьшается коэффициент сжатия, Рк/Р0; - незначительно понижается объемная производительность, V; - повышается холодопроизводи-тельность, д; - понижается тепловой эквивалент работы компрессора, Aw.

Как известно [2], основным показателем энергетической эффективности работы холодильника является суточное потребление электроэнергии, определяемое из выражения:

Е = 0,024W

OlL кВтч/сут, ßx

где: Ж - мощность, потребляемая компрессором, Вт; - внешний теплоприток в шкаф

холодильника, Вт; - холодопроизводи-

тельность агрегата, Вт.

С учетом того, что

бх

W = -

где £э - удельная холодопроизводительность, выражение (1) можно записать в виде:

Qt

Е = 0,024-

Таким образом, суточное энергопотребление холодильника Е определяется двумя основными параметрами: величиной теплопритока в шкаф и значением холодильного коэффициента, зависящим от степени совершенства реального цикла холодильного агрегата, в том числе от эффективности процесса конденсации.

В бытовых и торговых компрессионных холодильниках тепло от конденсатора передается окружающему воздуху путем естественного теплообмена, либо путем обдува его поверхности вентилятором [3].

В технике получения холода известно применение, так называемого испарительного охлаждения. Например, известны разработки [4] в которых поверхность конденсатора увлажняется, а затем обдувается вентилятором. Интенсивный поток воздуха, пропускаемый вдоль поверхности конденсатора, приводит к интенсивному испарению воды с его поверхности и его охлаждению.

Для малых холодильных машин, к которым относятся торговые и бытовые холодильники применение испарительного охлаждения малоизученно. Приведем некоторые результаты исследования испарительного охлаждения конденсатора в компрессионных холодильниках малой мощности. Согласно разработкам [5,6] охлаждение конденсатора может быть осуществлено путем увлажнения его поверхности водой из мелкодисперсионных форсунок с приводом. При этом включение/выключение привода форсунок осуществляется по сигналу с датчика влажности поверхности конденсатора. Использование такого способа охлаждения поверхности конденсатора позволяет увеличить интенсивность охлаждения хладагента, позволяет упростить конструкцию, снизить удельное энергопотребление холодильника.

Увеличить интенсивность охлаждения конденсатора можно также за счет испарения талой воды на поверхности компрессора и частично на поверхности конденсатора [7].

При реализации этого способа талая вода после вывода её из холодильного шкафа направляются по каналу в желобок, закрепленный на поверхности компрессора. Вода из желобка по капиллярным трубкам, закрепленным на

ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №4(30) 2014

59

М.А.Лемешко, А.В. Кожемяченко, С.Р. Урунов

верхней части компрессора, поднимается за счет капиллярного эффекта или с помощью насоса на верхнюю часть компрессора, где испаряется. В результате научных исследований, выполненных с участием авторов, этот способ был модернизирован [8].

Предложено охлаждение поверхности конденсатора компрессионного холодильника выполнять с использованием талой воды путем направления этой воды на змеевик конденсатора. Для этого, из сборника талой воды в холодильном шкафу или из другого источника воды в холодильнике вода направляется в желобок, в средней части которого находится трубка змеевика конденсатора, при этом вода самотеком стекает по наклонным коленам желобка, увлажняя его поверхность и трубки конденсатора. Остатки талой воды направляются в емкость на компрессоре.

Сущность предложенного способа охлаждения конденсатора компрессионного холодильника поясняется на рисунке 2. Приведен общий вид задней стенки холодильного шкафа с конденсатором и компрессором. Холодильник содержит шкаф 1, компрессор 2, выходной канал 3 для талой воды из холодильного шкафа, желобок 4, охлаждаемую трубку 5 змеевика конденсатора.

Рисунок 2 - Схема охлаждения поверхности конденсатора холодильника талой водой

Талая вода из холодильного шкафа 1, из выходного канала 3 поступает в желобок 4, охватывающий трубку 5 змеевика конденсатора.

При образовании талой воды и выхода ее из внутреннего объема холодильного шкафа 1, вода направляется по выходному каналу 3 в желобок 4. Под действием силы тяжести вода по желобку 4 стекает к участку изгиба трубки змеевика конденсатора и по вертикальному каналу направляется в желобок, расположенный ниже верхнего желобка.

Использование талой или другой воды для охлаждения конденсатора позволяет эффективно реализовать испарительное охлажде-

ние, что напрямую связано с увеличением эффективности охлаждения хладагента в конденсаторе и увеличением холодильного коэффициента. Это обеспечивает снижение энергопотребления эксплуатируемого холодильника, снижение нагрузки на компрессор и в целом увеличение ресурса работы холодильника. Эффективность применения испарительного охлаждения увеличивается, когда увлажнение и обдув поверхности конденсатора совмещается с увлажнением и обдувом поверхности компрессора [9].

Выводы:

1. Одним из перспективных методов увеличения энергетической эффективности компрессионных холодильников является метод интенсификации процесса охлаждения хладагента в конденсаторе, реализуемый за счет использования технологии испарительного охлаждения.

2. Интенсивное охлаждение конденсатора компрессионного холодильника может быть обеспечено путем использования талой воды для реализации испарительного охлаждения.

Литература

1. Государственная программа Российской Федерации "Энергоэффективность и развитие энергетики"

2. Вейнберг Б.С. Бытовые компрессионные холодильники / Б.С. Вейнберг, Л.Н. Вайн. - М.: Пищевая промышленность, 1974. - 272 с.

3. Лемешко М.А. Увеличение интенсивности тепло-обменных процессов конденсатора компрессионного холодильника. / Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. 2014. № 12. С. 65-69.

4. Испарительные конденсаторы Baltimore Aircoil. ЗАО «ИРИМЭКС» Рекламная информация http://www.irimex.ru/services/catalog/ conditioners/ isparitelniyekondensatoriybaltimoreaircoil

5. Лемешко М.А. Технологии повышения энергетической эффективности бытовых холодильных приборов./ Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. 2014. № 13. С. 188-196.

6. Снижение энергопотребления бытового холодильного прибора путем интенсификации охлаждения конденсатора./ Кожемяченко А.В., Лемешко М.А., Рукасевич В.В., Шерстюков В.В., Инженерный вестник Дона. 2013. Т. 24. № 1 (24). С. 60

7. Patent DE № WO2008/025630 03.06.2008 Vorrichtung zum verdunsten von in einer sammelschale eines Kühlgerätes gesammeltem Abtauwasser und Kühlgerät mit einer solchen Vorrichtung.

8. Патент РФ № 2521424 МПК F25B49/02 Способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника. Опуб. 27.06.2014. Бюл. № 18

9. Патент РФ № 2511804 МПК F25B1/00 Способ охлаждения герметичного компресорно-конденсаторного агрегата компрессионного холодильного прибора. Опубл . 10.04.2014. Бюл. № 10