Содержание

• Введение
• 1. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
• 2. Описание технологического оборудования системы кондиционирования воздуха
• 3. Применение холодильных машин для установок кондиционирования воздуха
• 3.1 Компрессионные холодильные машины
• 3.2 Эжекторные холодильные машины
• 3.3 Абсорбционные холодильные машины
• 4. Технико-экономический анализ применения холодильных машин
• Выводы
• Список источников

Введение

Основной задачей энергетики является создание необходимого уровня энергообеспечения, который достигается не только валовым количеством производства энергии, но и путем энергоресурсосбережения. В последнее время популярной стала тема альтернативной энергетики на фоне непрерывного удорожания органического топлива ввиду его исчерпаемости, а также ускоренного роста темпов потребления энергии.

Основными источниками альтернативной энергии являются:

• энергия малых рек;
• энергия приливов и отливов;
• энергия Солнца;
• энергия ветра;
• геотермальная энергия;
• энергия горючих отходов и выбросов;
• энергия вторичных или сбросовых источников.

Значительное внимание стало уделяться увеличению энергетической эффективности на предприятиях с помощью вторичных энергоресурсов (ВЭР).

В промышленности потребляется около 55% всей вырабатываемой теплоэнергии. При этом КПД этой теплоэнергии на предприятиях едва достигает 35%. Большая часть энергии просто безвозвратно теряется, а именно: уносится с выбрасываемыми в атмосферу дымовыми газами, охлаждающей водой или нагретой продукцией.

Вторичные энергоресурсы — это весь энергопотенциал производимой продукции, побочные и промежуточные явления этих продуктов, нормируемые и излишние отходы, которые появляются в процессе производства в технологических установках и не могут использоваться в самой установке, но могут стать источником снабжения для других энергопотребителей. ВЭР делятся на следующие виды:

• тепловые;
• горючие;
• ВЭР избыточного напора;

Тепловые ВЭР – это тепло отходящих газов при сжигании топлива, тепло воды или воздуха, использованных для охлаждения технологических агрегатов и установок, водяного пара и конденсата, а также других теплоотходов производства, например, горячих металлургических шлаков.

Использование тепловых ВЭР является одним из наиболее перспективных направлений развития альтернативной энергетики, т.к. оказывает существенное влияние на снижение энергопотребления предприятия при малых капитальных и эксплуатационных затратах.

1. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Объектом исследования являются системы вентиляции и охлаждения воздуха в электропомещениях (ТП, РП), а также в помещениях административного и бытового назначения промышленного предприятия.

Цель работы - разработка технологических и технических решений, расчеты и подбор технологического оборудования для поддержания в помещениях необходимых параметров воздуха для надежной и стабильной работы размещенного в помещениях электрического оборудования при высоких температурах наружного воздуха, а также обеспечения оптимального теплового и влажностного комфорта в помещениях общественных зданий.

В рамках магистерской работы планируется определить тепловые и влажностные нагрузки, материальные и тепловые балансы по каждому помещению, холодопроизводительность охлаждения воздуха в целом и отдельных ее элементов, а также обосновать выбор технологии кондиционирования воздуха.

2. Описание технологического оборудования системы кондиционирования воздуха

В качестве источника холода, необходимого для процессов охлаждения и осушения воздуха в установках кондиционирования, обычно применяют различные типы холодильных машин. Можно выделить две схемы использования холодильных машин для целей кондиционирования воздуха:

1. с промежуточным хладоносителем, в качестве которого распространена охлажденная до температуры 5-7 °С вода; вода с помощью насосов подается к аппаратам тепло- и массопереноса в установках системы кондиционирования воздуха и, после восприятия тепла от воздуха, возвращается на повторное охлаждение в теплообменниках холодильных установок;
2. с непосредственным кипением хладагента в теплообменниках, встроенных в конструкцию центральных кондиционеров, или в канальных воздухоохладителях.

Первая схема наиболее распространена в системах холодоснабжения, от которых осуществляется одновременное снабжение холодной водой нескольких объектов кондиционирования воздуха. Такая схема получила название чиллер-фанкойл.

Чиллером называют холодильную машину, предназначенную для охлаждения жидкого теплоносителя (вода, антифриз). Охлажденная жидкость по трубопроводам с помощью насосной станции подается в конвекторные теплообменники, располагаемые в охлаждаемых помещениях. Такие теплообменники называют фанкойлами.

Фанкойлы можно рассматривать как доводочные кондиционеры, которые могут автоматически включаться и выключаться и изменять свою холодопроизводительность. Теплообменник - с алюминиевыми ребрами, прикреплёнными к змеевикам из медных трубок, по которым подаётся холодная вода.

Циркуляция жидкости от чиллера к потребителю холодной воды обеспечивается насосной станцией, представляющей собой законченный агрегат, включающий циркуляционные насосы, расширительный бак, запорную арматуру и необходимую систему КИП и автоматики. Насосная станция может работать самостоятельно или управляться чиллером. Как правило, насосная станция работает в комплекте с чиллером и содержит необходимые элементы для стыковки с чиллером и электрические элементы для управления.

3. Применение холодильных машин для установок кондиционирования воздуха

Выбор типа холодильной машины для системы холодоснабжения определяется технико-экономическим сравнением нескольких вариантов с учетом конкретных условий применения: наличия ВЭР, стоимости электроэнергии, охлаждающей воды, продолжительности эксплуатации установок кондиционирования воздуха, стоимости оборудования и хладагента и других условий.

3.1 Компрессионные холодильные машины

Чиллеры на основе парокомпрессионных холодильных машин получили большое распространение в установках кондиционирования для тепловлажностной обработки воздушного потока. Воздух охлаждается в специальных теплообменниках-испарителях, где кипящий в трубках хладагент активно поглощает тепло от воздушного потока, омывающего наружную оребренную поверхность трубок. Непрерывная циркуляция хладагента в холодильном цикле обеспечивается компрессором, который всасывает парообразный хладагент, поступающий из испарителя, сжимает его и при высоком давлении направляет в конденсатор для сжижения.

Для холодильных установок очень больших производительностей применяют центробежные (турбокомпрессорные) холодильные машины. В качестве примера можно привести машины типа 10ТХМВ-2000-2 (10ТХМВ-2000-2Т). Машины предназначены для охлаждения воды и жидких хладоносителей на крупных установках промышленного и комфортного кондиционирования воздуха.

3.2 Эжекторные холодильные машины

Пароэжекторные водяные холодильные машины (ПЭХМ) относятся к основным типам холодильных теплоиспользующих машин. Эжекторные машины нашли широкое применение в энергетике (ТЭЦ, ГРЭС, АЭС), обеспечивая охлажденной водой системы кондиционирования воздуха помещений блочных щитов управления станций, а также для технологических нужд. Для работы ПЭХМ требуется водяной пар с более высоким избыточным давлением 0,7-0,8 МПа и температурой порядка 250 °С. Функцию компрессора (отсос паров хладагента из испарителя и повышение их давления до давления в конденсаторе) осуществляют эжекторы.

По сравнению с абсорбционными бромистолитиевыми машинами ПЭХМ характеризуется более низким тепловым коэффициентом f=(0,25-0,30 против 0,67-0,7), расход охлаждающей воды выше, чем у абсорбционных в 3-3,5 раза.

Несмотря на меньшую металлоемкость ПЭХМ, стоимость выработки холода у них выше, чем у АБХМ, в 3 раза и более. В связи с вышеизложенным ПЭХМ исключены из дальнейшего рассмотрения.

3.3 Абсорбционные холодильные машины

В отличие от компрессионных холодильных машин в АХМ круговой процесс осуществляется рабочей смесью веществ, состоящей чаще всего из двух компонентов. Эти вещества имеют существенно разные температуры кипения при одном и том же давлении. Один компонент является хладагентом, другой выполняет функции абсорбента. Сжатие паров хладагента от давления всасывания до высокого давления конденсации выполняет термохимический компрессор, представляющий комплекс аппаратов, в которых осуществляется тепломассообмен.

Различают АХМ периодического и непрерывного действия. В промышленности получили применение только АХМ непрерывного действия, и в дальнейшем будет рассматриваться только этот тип холодильных машин. В качестве абсорбентов используют твердые и жидкие вещества.

По типу хладагента применяемые в АХМ растворы можно разделить на следующие группы: водные, аммиачные, спиртовые, фреоновые, углеводородные. К группе растворов, в которых в качестве холодильного агента используется вода, относятся: H₂O-LiBr, H₂O-LiCl, H₂O-LiJ, H₂O-NaOH, Н₂O-СаСl₂, H₂O-LiCl-LiBr. Их всех перечисленных растворов наибольшее распространение получила рабочая смесь H₂O-LiBr, а для получения холодной воды в системах кондиционирования воздуха в промышленных масштабах преимущественно применяют бромистолитиевые холодильные машины, позволяющие использовать или утилизировать тепло низкого температурного потенциала.

Схема абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины с одноступенчатой регенерацией раствора и с паровым обогревом, приведена на рисунке 1.

Принцип действия машин основан на способности раствора бромистого лития поглощать (абсорбировать) более холодные водяные пары. Охлаждаемая вода поступает в трубное пространство испарителя 1, где охлаждается до необходимой температуры за счет испарения в вакууме хладагента - воды, стекающей в виде пленки в межтрубном пространстве испарителя. Водяные пары из испарителя поступают в межтрубное пространство абсорбера 2, где абсорбируются водным раствором бромистого лития, стекающего в виде пленки. Выделяемая при абсорбции теплота отводится охлаждающей водой, циркулирующей в трубках абсорбера. Разбавленный (слабый) раствор из абсорбера через теплообменник 5 насосом 11 подается в межтрубное пространство генератора 3, где выпаривается за счет внешнего источника теплоты греющего пара, поступающего в трубное пространство генератора. Крепкий раствор через теплообменник и эжектор растворный 6 возвращается в абсорбер. Образующийся в генераторе пар поступает в конденсатор 4, где конденсируется, а конденсат стекает в испаритель.

Рисунок 1 – Схема абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины с одноступенчатой регенерацией раствора и с паровым обогревом

На схеме приняты следующие условные обозначения:

1. Испаритель
2. Абсорбер
3. Генератор
4. Конденсатор
5. Теплообменник
6. Эжектор растворный
7. Газонакопитель
8. Эжектор вакуумный
9. Вакуум-насос
10. Гидрозатвор переливной
11. Насос
12. Насос

Инертные неконденсирующиеся газы (воздух) из машины периодически удаляются вакуумным насосом 9 через газоотделитель, который состоит из газонакопителя 7 и эжектора вакуумного 8. Гидрозатвор переливной 10 предусмотрен для аварийного перелива раствора из генератора, при его переполнении, в абсорбер.

4. Технико-экономический анализ применения холодильных машин

Был проведен технико-экономический анализ применения холодильных машин типа ТХМВ, 4МКТ-350-2-1, АБХМ-3000 результаты которого представлены в таблице 1.

Выводы

Таким образом применение АБХМ-3000 по сравнению с компрессионными машинами типа ТХМВ и 4МКТ-350-2-1 позволяет снизить начальные капитальные затраты приблизительно на 15%, а в процессе эксплуатации расходовать в 2..2,5 раз меньше ресурсов за счет использования тепла ВЭР, что в конечном итоге обуславливает на 20…30% меньшую себестоимость вырабатываемого АБХМ холода, чем при использовании компрессионных машин.

Список источников

1. Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха: Учебное пособие. Е.С. Бондарь, А.С. Гордиенко, В.А. Михайлов, Г.В. Нимич. Под общей ред. Е.С. Бондаря - К.: ТОВ "Видавничий будинок "Аванпост-Прим"2005.-560с.:ил.-Библиогр.:с.548-549.
2. Ананьев В.А. и др. «Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика».Учебное пособие. М.: «Евроклимат», изд-во «Арина», 2000, 416 с.
3. Аэродинамика воздушных потоков в помещении. Шепелев И.А.:М.,Стройиздат, 1978.144с.
4. Батурин В.В. Основы промышленной вентиляции. М., Профиздат, 1965.
5. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. М., Высшая школа, 1970.
6. Зельдович Я.Б. Предельные законы свободно-восходящих конвективных потоков. - "ЖЭТФ".
7. Каменев П.Н. Отопление и вентиляция. М., Стройиздат, 1996.
8. Нимич Г.В. «Современные системы вентиляции и кондиционирования воздуха:Учеб.пособие/ Г.В. Нимич, В.А. Михайлов, Е.С. Бондарь.К.: ТОВ «Видавничий будинок «Аванпост Прим» 2003. 630с.: ил. Библиогр.: с. 625-627.
9. Еремкин А.И., Королева Т.И. Тепловой режим зданий: Учебное пособие. М.: Издательство АСВ, 2000.
10. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М., Шилкин Н.В. Энергоэффективные здания. – М.: АВОК – ПРЕСС, 2003.
11. Нестеренко А.В. Основы термодинамических расчетов вентиляции и кондиционирования воздуха. – М.: Высшая школа, 1971
12. Баркалов Б.В., Карпис Е.Е. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях. – М.: Стройиздат, 1982.
13. Кузьмин М.С., Овчинников П.А. Вытяжные и воздухораспределительные устройства. - М.: Стройиздат, 1987.
14. Гримитлин М.И. Распределение воздуха в помещениях. - Санкт-Петербург, 1994.
15. Кокорин О.Я. Современные системы кондиционирования воздуха. – М.: Издательство физико-математической литературы. 2003.
16. Рымкевич А.А. Системный анализ оптимизации общеобменной вентиляции и кондициони- рования воздуха.-Санкт-Петербург, Издательство «АВОК СЕВЕРО-ЗАПАД», 2003.
17. Тертичник Е.И. Вентиляция. – М.: Издательство АСВ, 2004.
18. Справочник проектировщика. Вентиляция и кондиционирование воздуха/Под ред. И. Г. Староверова. М., Стройиздат, 1977.
19. Справочник по специальным работам. Наладка, регулировка и эксплуатация систем промышленной вентиляции. М., Стройиздат, 1962.
20. Попов В. П. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Л ВИКА им. А. Ф. Можайского, 1972.