6.Використання діаграми Ентальпії
Ентальпія
Ентальпія представляє загальна енергія (або тепло) міститься в рідині (кДж/кг). Ця ентальпія складається з внутрішньої енергії рідини та зовнішньої роботи, яку потрібно було забезпечити, щоб досягти стану, що розглядається.
Ентальпія 240 кДж/кг означає, що 1 кг холодоагенту буде містити 240 кДж енергії, тепла.
Ентальпія зміни маси, виражена в Дж/кг, що позначається L, - це кількість енергії, необхідна одиниці маси маси (кг) чистої речовини для її зміни стану, це перетворення відбувається при постійному тиску. Наприклад, для переходу з рідкого стану в стан пари ми будемо говорити про ентальпію випаровування. Ентальпія, якою обмінюються під час зміни стану, є результатом модифікації (розриву або встановлення) міжатомних або міжмолекулярних зв’язків.
Запам’ятати: Ентальпія зміни стану чистого тіла = зміна ентальпії \ Delta H = H2 - H1, що супроводжує перехід системи від фізичного стану 1 до фізичного стану 2.
Ентальпія, якою обмінюються під час зміни стану, є результатом модифікації (розриву або встановлення) міжатомних або міжмолекулярних зв’язків. Існує три основних фізичних стану будь-якого чистого тіла: твердий, рідкий та газовий. Зв’язки міцніші у твердому стані, ніж у рідкому, і в газоподібному стані ці зв’язки майже відсутні.
Наприклад, вода кипить при 100 ° C під тиском 1 атмосфери (1 атм = 101 325 Паскаль). Ентальпія випаровування води, рівна кількості теплоти, що подається для перетворення рідкої води в пару, становить 2257 кДж/кг. Іншими словами, для закипання 1 кг води знадобиться 2257 кДж тепла, енергії.
- Потужність охолодження (кВт)
Це кількість теплоти (в кДж), що поглинається холодоагентом до середовища, що охолоджується (випарника). Ця потужність виражається в кДж/с, отже, в кВт
Qo = qm * DeltaHev
(транспозиція: P = m * cp * DeltaT)
З:
Qo = охолоджуюча потужність в кВт (баланс охолодження)
qm = масова витрата холодоагенту в кг/с (qm = Qo/DeltaHev)
Hev = зміна ентальпії між виходом і входом випарника в кДж/кг (діаграма)
В чому справа: охолоджуюча здатність є розмірним елементом (кількість тепла для боротьби в кімнаті). Завдяки цьому ми можемо вибрати тип обладнання для встановлення. Якщо потужність охолодження занадто низька, встановлена система не зможе належним чином боротися з надходженням тепла в приміщення. Потім система має низький розмір та неефективність (вона буде занадто гарячою).
- Об'єм рідини, що всмоктується компресором (м3/год)
Це об’ємний потік, всмоктуваний компресором. Іншими словами, це об’єм, який займають пари холодоагенту при всмоктуванні компресора.
Va = qm * v ’’ * 3600
З:
Va = об’єм рідини, що всмоктується компресором, м3/год
qm = масовий потік циркулюючого холодоагенту в кг/с (це випливає з відома про холодопродуктивність, достатньо виконати холодильний баланс + DeltaHev, див. вище)
v "= маса вхідного маси компресора в м3/кг (діаграма)
- Ступінь стиснення
Це відношення тиску нагнітання до тиску всмоктування. Тиск, виражений в абсолютних барах.
Примітка:
Датчики відносного тиску вимірюють тиск по відношенню до атмосферного тиску. Абсолютний тиск відповідає тиску, виміряному щодо вакууму (абсолютний нуль тиску).
Абсолютний тиск (бар) = відносний тиск (наприклад, тиск мано, тиск в шинах автомобіля, бар) + 1 бар
t = Pref/Pasp
З:
t = ступінь стиснення
P ref = тиск подачі в абсолютних бар
P asp = тиск всмоктування в абсолютних бар
Якщо перепади тиску незначні, формула набуває вигляду:
t = Pk/Po
З:
t = ступінь стиснення
Pk = тиск конденсації в абсолютних бар
Po = тиск випаровування в абсолютних бар
В чому справа:
Вартість розміщення комерційних холодильних установок значна, і компресори становлять значну частину. З цієї причини з точки зору енергетики необхідно встановити критерії відбору. Ступінь стиснення одна.
Це головним чином характеристика:
властиві гвинтовим та спіральним компресорам (геометричні та механічні характеристики компресора);
зовнішні для поршневих компресорів.
Коефіцієнт стиснення впливає на енергетичні показники компресора, впливаючи на об'ємну ефективність машини.
Наприклад, для того самого всмоктувального тиску:
Занадто високий ступінь стиснення означає, що тиск нагнітання є занадто високим. Іншими словами, компресор "багато працював", він "сильно стискав".
Низький коефіцієнт стиснення означає, що тиск нагнітання є низьким, іншими словами, компресор не "працював багато".
Гвинтові компресори: Для випадків, коли умови робочого тиску сильно різняться, розроблений змінний внутрішній об'ємний коефіцієнт гвинтового компресора. Ступінь стиснення автоматично адаптується до корисного відношення тиску відповідно до температури конденсації та параметрів температури випаровування.
Ця методика оптимізує енергоефективність як при повному, так і при частковому навантаженні.
Високих коефіцієнтів стиснення можна досягти без будь-яких проблем, не сильно погіршуючи продуктивність компресора. Високий ступінь стиснення досягається завдяки маслу, яка зменшує нагрівання стиснених газів.
Поршневі компресори: загалом поршневі компресори з механічних та ущільнювальних міркувань допускають лише ступінь стиснення близько 8 або навіть максимум 10.
З цього випливає:
для позитивних холодних застосувань (температура випаровування від -3 до -14 ° C) в більшості випадків достатні одноступінчасті компресори.
навпаки, для негативних холодних застосувань (температура випаровування від -30 до -38 ° C) застосовуються двоступеневі компресори.
- Об'ємна ефективність
Це відношення між об'ємною витратою всмоктування та об'ємною витратою компресора (nv = qva/qvb).
Ця блок-схема представляє базовий компресор, про який кажуть, що є однодіючим.
Ход поршня, що відноситься до об'єму Ve = V1 - V3, який генерується, відповідає зміненому об'єму. Цей об’єм визначає робочий об’єм компресора (об’єм циліндра, фактичний об’єм). Якщо об'єм аспірації = об'єм прокатки, об'ємна ефективність дорівнює 100%. Але можуть бути витоки, втрати. Об’єм, який всмоктувався, стає меншим, ніж об’єм, що охоплюється (об’єм циліндра), об’ємна ефективність потім падає.
На об'ємну ефективність впливають різні фактори:
розслаблення мертвого простору
ущільнення клапанів та сегментів не на 100% досконале
клапани демонструють перепад тиску
всмоктувальні гази нагріваються при контакті з всмоктувальними клапанами та стінкою циліндра. Пари випаровуються з масла.
Загалом об'ємну ефективність отримують за допомогою:
nv = 1 - 0,05 * т
Ця формула емпірична і дозволяє оцінити об'ємну ефективність з хорошим наближенням.
З:
nv = об'ємна ефективність
t = ступінь стиснення
Ця об'ємна ефективність, часто виражається як функція ступеня стиснення, відрізняється для гвинтових компресорів та поршневих компресорів.
В чому справа:
При певній швидкості компресор гарантується зменшеним обсягом; це одна з характеристик паспортної таблички. Але насправді для деяких компресорів, таких як поршневий, фактичний введений об'єм менше обсягу (витікає).
- Об’ємний потік (м3/год)
Це об'ємний потік, створюваний об'ємом циліндрів компресора (робочий об'єм)
Vb = Va/nv
З:
Vb = об'єм рідини, що прокачується компресором, м3/год (об'єм циліндрів компресора оновлюється за 1 годину)
Va = об’єм рідини, що всмоктується компресором, м3/год
nv = об'ємна ефективність
- Теоретична потужність компресора (кВт)
Це потужність, необхідна компресору для стиснення парів рідини з НП в НР. Ця сила також повинна подолати механічне тертя. Це головним чином залежить від кількості рідини, яка підлягає стискуванню, і ступеня стиснення.
PthCP = qm * DeltaHcp
(транспозиція: P = m * cp * DeltaT)
З:
PthCP = теоретична потужність компресора в кВт
qm = масова швидкість циркулюючого холодоагенту в кг/с
DeltaHcp = зміна ентальпії між виходом (випуском) і входом (всмоктуванням) компресора в кДж/кг
- Потужність, що подається на вал компресора (кВт)
Це механічна потужність компресора (з урахуванням механічної ефективності і, отже, втрат).
Pf = PthCP/(ni * нм)
З:
Pf = потужність, яка подається на вал компресора в кВт
PthCP = Теоретична потужність компресора в кВт
ni = вказана ефективність (= об'ємна ефективність)
нм = механічна ефективність
- Корисна потужність електродвигуна (кВт)
Pu = Pf/ntr
З:
Pu = корисна потужність електродвигуна в кВт
Pf = потужність, яка подається на вал компресора в кВт
ntr = ефективність передачі
ntr = 1 для прямого валу
ntr = 0,95 муфти зчеплення (5% втрат)
ntr = 0,90 до 0,70 ремінної муфти (втрата від 10 до 30%)
- Потужність, що поглинається електродвигуном (кВт)
Pa = Pu/nel
З:
Па = потужність, що поглинається електродвигуном, в кВт
Pu = корисна потужність електродвигуна в кВт
nel = електрична ефективність (це корисна потужність, яка відновлюється від спожитої, поглинутої потужності)
- Потужність, відхилена на конденсаторі (кВт)
Це кількість тепла, яке необхідно відвести, щоб рідина конденсувалася за одиницю часу. Це тепло, що поглинається рідиною у випарнику, а також тепло, зумовлене компресійною роботою за одиницю часу.
Pcd = qm * DeltaHcd
(транспозиція: P = m * cp * DeltaT)
З:
Pcd = потужність, відкинута на конденсаторі, в кВт
qm = масова швидкість циркулюючого холодоагенту в кг/с
DeltaHcd = коливання ентальпії між входом і виходом конденсатора в кДж/кг
- Коефіцієнт охолодження
COPf = Qo/Pa
З:
COPf = коефіцієнт холодопродуктивності
Qo = охолоджуюча потужність в кВт
Па = потужність, що поглинається електродвигуном, в кВт
COPf відображає здатність системи бути здатною відкачувати тепло з приміщення для боротьби з входами (навантаженнями) порівняно з електричною потужністю, яку вона поглине. COPf 2 означає, що для боротьби з 2 кВт тепла знадобився 1 кВт електроенергії.
- Коефіцієнт ефективності Карно
COPct відображає максимальну теоретичну продуктивність (ідеальна машина).
COPct = До/(Tk - До)
З:
COPct = коефіцієнт ефективності Карно
To = температура випаровування в K
Tk = температура конденсації в K
- Продуктивність заводу
Це передбачає порівняння ефективності охолодження фактичної установки порівняно з так званою ідеальною установкою, такою як Карно.
n = COPf/COPct
n = ефективність установки
COPf = коефіцієнт холодопродуктивності
COPct = коефіцієнт ефективності Карно