THERMODYNAMIC ANALYSIS OF SINGLE UNIT FREON REFRIGERATION OF LLC "ARTES"
Abstract and keywords
Abstract (English):
Thermodynamic analysis of single unit freon refrigeration of LLC "ARTES" showed the energy efficiency of each individual element and revealed the problems connected with them. According to the exergetic analysis not all elements of the installation work in low power mode.

Keywords:
exergetic study, thermodynamic analysis, energy efficiency, boiling point
Text
ООО «АРТЭС» – это одно из предприятий, которое занимается хранением овощей и фруктов, а также продажей их в продовольственные магазины и супермаркеты. Емкость холодильника составляет 5 000 т, площадь – 4 000 м2. Предприятие имеет две одноступенчатые фреоновые холодильные установки, практически полностью автоматизированные, которые могут управляться дистанционно. Обе установки работают на фреоне R404a. Сам холодильник состоит из «экспедиции», двух камер для хранения различных овощей и фруктов (табл. 1), одной камеры исключительно для хранения бананов и пяти камер-газификаторов для дозревания бананов. Все камеры находятся в одном здании. Здание построено по принципу «сэндвич». Для эксергетического исследования выберем одну из установок. Схема технологического процесса холодильника представлена на рис. 1. Рис. 1. Схема технологического процесса Таблица 1 Вид обрабатываемых продуктов Продукт Стандартная температура хранения, °С Относительная влажность, % Лук репчатый +1…–3 80–90 Картошка +2…+4 93–98 Капуста 0…+1 90–95 Огурцы +7…+10 85–95 Помидоры 0…+1 85–90 Продолжение табл. 1 Вид обрабатываемых продуктов Продукт Стандартная температура хранения, °С Относительная влажность, % Баклажан +7…+10 85–90 Перец болгарский 0…+2 90–95 Свекла 0…+1 90–95 Морковь 0…+1 90–95 Яблоки 0…+4 80–90 Груша –2…+3 85–95 Слива 0…+2 80–85 Абрикос –0,5…+0,5 90–95 Персик 0…+1 85–90 Виноград 0…+5 90–95 Апельсины +5…+7 93–98 Бананы +12 80–85 План помещения холодильника представлен на рис. 2. Рис. 2. План холодильника: 1 – экспедиция; 2 – универсальная камера хранения; 3 – универсальная камера хранения; 4 – камера газации; 5 – камера газации; 6 – камера газации; 7 – камера газации; 8 – камера газации; 9 – камера хранения бананов; 10 – машинное отделение; 11 – административное здание Схема размещения холодильного оборудования и разводки холодильника показана на рис. 3. Рис. 3. Схема разводки трубопроводов по машинному отделению и холодильным камерам: 1 – воздухоохладители – 4 на камеру и 9 штук в помещении «экспедиция» (фирма IMBAT, модель NY-E-O-2000-OO-CY, пластинчатый, мощность 31 кВт, m = 226 кг); 2 – блок из 3-х компрессоров MBT (компрессоры фирмы DWM COPELAND, модель D8SJ1-600X-AWM/D, полугерметичные поршневые 8-цилиндровые); 3 – конденсатор (фирма MBT, пластинчатый, 8 вентиляторов) Методика проведения эксергетического анализа заключается в следующем [1, с. 3]: 1. Тепловой расчет. 2. Эксергетический расчет. 3. Расчет эксергетического КПД. 4. Проведение расчетов ручным и программным способами. Исходные данные для эксергетического анализа приведены в табл. 2. Таблица 2 Расчетные параметры системы Дата Параметр 4.07.11 5.07.11 6.07.11 1.08.11 2.08.11 3.08.11 Давление кипения Po, бар 3,34 3,34 3,34 3,34 3,34 3,34 Давление конденсации Pк, бар 16,3 16,3 16,5 16,4 16,5 16,3 Температура кипения То, °С –11,8 –10,7 –11 –10,07 –11,5 –11,8 Температура конденсации Тк, °С 32,1 32 32,1 32 32 32,1 Температура окружающей среды Тос, °С 29 27,9 30,7 32,1 29,4 26,6 Температура камеры № 1 Ткам1, °С 14,7 15,3 15 14,1 13,3 15 Температура камеры № 2 Ткам2, °С 2,5 7,1 6,1 2,83 6,2 5,2 Температура камеры № 3 Ткам3, °С 4,1 6,4 5,1 4 5 6,4 Температура камеры № 9 Ткам9, °С – 2,6 2,5 2,5 – 2,5 Средняя температура воздуха в охлаждаемых помещениях находится как средняя арифметическая всех камер по каждому дню. Результаты расчета приведены в табл. 3. Таблица 3 Среднее значение температуры в помещении Дата 4.07.11 5.07.11 6.07.11 1.08.11 2.08.11 3.08.11 tСр 7,1 7,85 7,175 5,86 8,17 7,275 Результаты ручного расчета приведены в табл. 4. Таблица 4 Эксергетические показания системы День, дата Параметр 1 (4.07.11) 2 (5.07.11) 3 (6.07.11) 4 (1.08.11) 5 (2.08.11) 6 (3.08.11) Потребляемая мощность N 36,11 27,7 41,67 42 26,77 41,67 Потери в компрессоре: dкм Dкм, % 10,11 7,7 11,67 12 7,8 11,67 27,9 27,8 28 28,5 28,4 28 Потери в конденсаторе: dкон Dкон, % 5,12 4,55 6,372 5,76 3,9 3,2 14 16 15,3 13,7 14 7,8 Потери в РВ dрв, % КПД РВ nрв, % 11 8 9 11 10 10 89 92 91 89 90 90 Потери в испарителе dи, % КПД испарителя ηи, % 45 46 44 41 45 52 55 54 56 59 55 48 Сумма всех потерь системы ∑d 98 97,8 96,3 94,2 98.6 97.6 КПД всей системы η, % 2 2,2 3,7 5,8 1.4 2.4 Разница значений температуры ∆t 18,9 18,55 18,175 15,93 19,67 19,1 Анализ результатов расчетов показал, что наибольшая разница значений температуры является причиной снижения КПД. Для более экономичного использования установки следует принимать наименьшую разницу значений температуры. По результатам ручного эксергетического исследования наиболее экономичным является день 4 (1.08.2011), т. к. ∆t = 15,93 °С. Результаты ручного счета в виде графика зависимости потерь от разности значений температуры использованы в дальнейшем для установления адекватности программы. С целью проведения анализа для различных условий эксплуатации разработана программа на языке Visual Basic. Блок-схема программы представлена на рис. 4. С использованием разработанной программы был проведен эксергетический расчет. Пример интерфейса расчета на один из дней приведен на рис. 5 [2, с. 5]. Рис. 4. Блок-схема и алгоритм программы эксергетического анализа Рис. 5. Интерфейс программы эксергетического анализа 1-го дня (4.07.11) Результаты программного расчета сведены в табл. 5. Таблица 5 Эксергетические показания системы Параметр 1 (4.07.11) 2 (5.07.11) 3 (6.07.11) 4 (1.08.11) 5 (2.08.11) 6 (3.08.11) r = η, % 2.05 2,3 3,8 6.2 1.9 2.4 ∆t 18,9 18,55 18,175 15,93 19,67 19,1 Средняя разность между показателями расчета составляет 5 %, что характеризует адекватность разработанной программы (рис. 6). Рис. 6. Графические зависимости эксергетического КПД системы по дням замеров; 1, 2, 3, 4, 5, 6 – точки, соответствующие дням из табл. 5. – результаты ручного расчета; – результаты программного расчета Выводы 1. Термодинамический анализ установки показал энергетическую эффективность работы каждого элемента в отдельности и позволил выявить проблемы в них. Согласно данным эксергетического анализа, не все элементы установки работают в режиме минимального энергопотребления. 2. Для повышения энергетической эффективности установки предлагается настроить работу компрессоров на более высокую температуру кипения (с –10 до –6 °С), что приведет к уменьшению потерь в процессах теплообмена в системе охлаждения камер. Это повысит КПД установки и снизит затраты электроэнергии. 3. Предложенная программа позволит проводить термодинамический анализ фреоновых холодильных установок, работающих на холодильном аренте R 404a.
References

1. Galimova L. V., Guidi T. K. Termodinamicheskaya effektivnost' holodil'noy sistemy na primere plastinchatogo l'dogeneratora: materialy IV Mezhdunar. konf. «Nizkotemperaturnye i pischevye tehnologii v 21 veke», Sankt-Peterburg, noyabr' 2009 g. – SPb., 2009.

2. Eksergeticheskiy analiz promyshlennoy freonovoy odnostupenchatoy holodil'noy mashiny / Galimova L. V., Zaycev D. A., Brunilin N. A., Gavlovich R. Yu., Merkulov E. I. Shagiev R. D.: programma № 2011616545; 29 iyunya 2011 g.