Кондиционирование Вентиляция Сантехника Отопление
Кондиционирование Вентиляция Сантехника Отопление
СОК СОК
Главное меню
Главная
Новости
СОК онлайн
Рубрики
О журнале
Медиаплан
Реклама
Реклама на сайте
Выставки
Семинары
Контакты
Поиск
Форум
Библиотека
Фотогалерея
Рубрики
Сантехника
Отопление
Кондиционирование
Вентиляция
Энергосбережение
Нормативная База
Объекты
Рекомендуем
Кондиционеры, вентиляция, тепловые насосы.
Кондиционеры Daikin
Системы воздушного отопления
c-o-k.ru
Aqua-Term 2013
Top100+ :: Teplo.com
Тепловые насосы, Телпый пол и Воздушные фильтры

Эксергетический метод анализа эффективности комплекса система комфортного кондиционирования воздуха Версия для печати Отправить на e-mail
18.03.2005

Владимир ВЫЧУЖАНИН,

 

Комплексом система комфортного кондиционирования воздуха — холодильная установка (СККВ-ХУ), состоящим из десятков центральных кондиционеров, потребляется до 15%электроэнергии, вырабатываемой электростанцией пассажирского судна. Одним из путей снижения энергетических затрат является оптимизация режимов работы судовой СККВ, в результате чего изменяется последовательность обработки воздуха в центральном кондиционере в зависимости от значений параметров наружного воздуха и воздуха в обслуживаемых системой помещениях[1]. При оптимальных режимах работы судовой СККВ дальнейшее снижение энергозатрат может быть достигнуто рассмотрением СККВ совместно с системой тепло и холодоснабжения. Результатом такого подхода должно быть использование в комплексе СККВ-ХУ энергетического потенциала греющего теплоносителя и оптимизация режимов работы ХУ. Для этого необходимо определить наиболее эффективные режимы функционирования комплекса, а также синтезировать на этой основе систему автоматического управления (САУ) процессами кондиционирования воздуха.

Комплекс СККВ-ХУ представляет собой техническую систему, для исследования которой применим подход, опирающийся на использование термодинамических потенциалов при анализе процессов превращения энергии в системе [2]. Использование определяемой эксергии на основе построенной термодинамической методики позволяет решать различные технические задачи.

В настоящее время эксергетический метод широко используется для определения термодинамического совершенства процессов, протекающих в различных энергетических установках, в меньшей степени — в автоматизированных системах и аппаратах кондиционирования воздуха. Применение эксергетического анализа позволяет выбрать энергетически эффективную систему организации работы автоматизированного комплекса СККВ-ХУ путем технико- итермодинамического сравнения различных вариантов с последующей оптимизацией режима работы, при которой последовательность обработки воздуха в центральном кондиционере изменяется в зависимости от значений параметров наружного воздуха и воздуха в помещении. Цель эксергетического анализа —оценка эффективности агрегатов (тепломассообменных аппаратов, компрессора, насосов, вентилятора, сети воздуховодов) и комплекса СККВХУ в целом на основе определения эксергетического к.п.д. На основе известных параметров проведен термодинамический анализ реального центрального неавтономного кондиционера типа КВ63/25 (ООО «Завод Экватор» г. Николаев) с одноступенчатой парокомпрессионной холодильной машиной. Центральный агрегат предназначен для кондиционирования воздуха при температуре воздуха на входе от 10 °С (режим нагрева) и от 20до 45 °С (режим охлаждения); количестве наружного (Gw) от 2,5 до 10 кг/с; объёмном расходе воздуха (V) от 0,7 до1,75 м3/с; полном избыточном давлении(p) от 1619 до 2452 Па; теплопроизводительности (Qт) с учётом увлажнения от 69,4 до 175 кВт, без учёта увлажнения от 56 до 140 кВт; холодопроизводительности (Q0) от 52 до 131 кВт; расходе хладоносителя от 4,4 до 8,05 кг/с.Воздух после обработки в кондиционере поступает по двум каналам в каютные воздухораспределители, установленные в обслуживаемых СККВ помещениях.

Image

При термодинамической оптимизации комплекса использовался структурный подход на основе предварительного эксергетического анализа, позволяющего выявить наиболее важные связи в агрегатах. При термодинамическом анализе использовался статический уровень решения задачи, при котором система рассматривалась на каждом этапе как находящаяся в стационарном состоянии и все её параметры (расходы рабочих тел, температур и т.д.) постоянны. Эксергетический анализ комплекса проведен аналитическими методами по размерным и безразмерным показателям.

В соответствии с рекомендациями[2] и с целью упрощения получаемых выражений при построении эксергетической модели сделаны допущения:

1. Потери давления в трубопроводах при транспортировке рабочего тела, других сред не оптимизируются и принимаются постоянными.

2. Теплообмен рабочего тела с окружающей средой, происходящей в компрессоре и теплообменных аппаратах, не учитывается.

3. Перегрев всасываемого в компрессор пара и охлаждение жидкого рабочего тела, поступающего к регулирующему вентилю, не оптимизируются. Первый определяется правилом безопасной эксплуатации, а второе осуществляется в конденсаторе и обуславливается типом выбранного аппарата.

При использовании эксергетического метода анализа находящегося в эксплуатации судового комплекса СККВ-ХУ учитывалось, что при проектировании комплекса основные его параметры выбираются для экстремальных условий эксплуатации. К таким параметрам обычно относятся [3] скорости воздуха в магистральных трубопроводах и в кондиционере, для ХУ массовая скорость фреона, степень подогрева рассола, скорость рассола, температурный перепад между температурой воздуха на выходе из воздухоохладителя и рассола на его входе.

Для рассматриваемой СККВХУ (рис. 1) варианты возможной совместимости работы аппаратов кондиционера приведены в табл. 1.


Image

Исходя из возможных вариантов табл. 1 и [1] в зависимости от значений параметров наружного воздуха и воздуха в обслуживаемой системой помещениях возможны следующие технологические режимы совместной работы оборудования. В «зимний» период работы комплекса (рис. 2): I режим — ВН1, В, У, ВН2; II режим — ВН1, В, У;III режим — В, У, ВН2; IV режим — В, У;V режим — тепловлажностная обработка воздуха не производится; VI режим —ВН1, В; VII режим — В, ВН2; в переходной период работы комплекса VIII режим — В; в «летний» период работы комплекса (рис. 3): IX — а режим —ВН1, В, ВО или IX — б режим — В, ВО. На рис. 2 и 3 в диаграмме h-d представлены области параметров приточного Пр и уходящего У из помещения воздуха.


Image
Image

Для наиболее энергоемкого «летнего» периода работы комплекса безразмерный показатель эксергетического анализа эксергeтической КПД определяется по формуле:

Image (1)

где — потребляемый поток эксергии в комплексе в «летний» период (поток эксергии на выходе из кондиционера);

— максимальный подводимый в комплекс поток эксергии в «летний» период.

Image (2)

где ср — удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении для интервала температур 50 °С < t < 50 °С;

R — газовая постоянная, Дж/(кг К);

Tу , Тпр , Тс — температура воздуха, соответственно, в помещении, проточного, смеси наружного и рециркуляционного воздуха, °К;

dу , dпр — влагосодержание воздуха, соответственно, в помещении, приточного, кг/кг;

eу , eпр — удельная эксергия воздуха, соответственно, в помещении, приточного, кДж/кг.

Удельная эксергия воздуха в помещении eу с учетом [2] определяется по формуле:

Image (3)

где pу , pо.с — парциальное давление воздуха в помещении, окружающей среде;

То.с и dо.с — температура и влагосодержание воздуха окружающей среды;

индексы: «п» — водяной пар, «с» —сухой воздух.

Удельная эксергия приточного воздуха зе. пр определяется по (3), заменой параметров с индексами «у»на «п».

Максимальный подводимый в комплекс поток эксергии в «летний» период определяется по формуле:
Image

Потоки эксергии ЕВ , ЕВО , Ец.р.н , Еи ,Ек.э , Ен.з.в , ЕВН1 определяются из функциональных зависимостей:

 

Image

,

где ЕВ , ЕВО , Ец.р.н , Еи , Ек.э , Ен.з.в ,ЕВН1 — потоки подводимой эксергии;

Gw , Ga , Gp , Gз.в — расход, соответственно, воздуха, хладагента, рассола, забортной воды;

Hв , Hц.р.н. , Нн.з.в — соответствующие напоры;

ДTв , ДTa , ДTp , ДTз.в — изменение температуры, соответственно, воздуха в вентиляторе, хладагента в испарителе, рассола в конденсаторе, воды в насосе забортной воды;

Ии , Ик — температурный напор, соответственно, в испарителе и конденсаторе;

Qц.р.н , Qн.з.в , Qкм — производительности насосов, компрессора; щв , щц.р.н , щн.з.в , щк — угловые скорости двигателей вентилятора, насосов, компрессора.

Для переходного периода (VIII) эксергетический КПД:

Image (5)

Потребляемый поток эксергии определяется аналогично (2).Подводимый поток эксергии ,которым обладает поток воздуха, с учетом теплоты вносимой вентилятором и свойств его электродвигателя определяется аналогично ЕВ в (4).

Для «зимнего» периода работы комплекса СККВХУ безразмерный показатель эксергетический КПД:

Image (6)

где — потребляемый поток эксергии комплексом в «зимний» период определяется аналогично (2).

максимальный подводимый в комплекс поток энергии в «зимний» период:
Image

Потоки эксергии ЕВН1 , ЕВ , Еу , ЕВН2определяются из функциональных зависимостей:

 

Image,

где ЕВН1 , ЕВ , Еу , ЕВН2 — потоки подводимой эксергии;

GВН1 , GВН2 , Gу , — расходы пара через тепломассообменные аппараты;

Тп11 , Тп21 — температура пара на входе ВН1, ВН2;Тп12 , Тп22 — температура пара на выходе ВН1, ВН2.

Во всех формулах часть параметров известна, параметры воздуха на входе и выходе из кондиционера, на выходе из кондиционируемых помещений измерены на работающем объекте, остальные получены расчетным путем.

На ЭВМ исследовали режимы работы комплекса в широком диапазоне изменений параметров воздуха на входе в кондиционер и тепловлажностных нагрузках в судовых помещениях. Границы полученных режимов в h-d диаграмме совпадают в пределах расчетной точности с границами режимов [1], однако обеспечивается более экономичная работа комплекса.

В «летнем» IX режиме работы комплекса затраты на кондиционирование при прочих равных условиях существенно зависят от температуры кипения хладагента Т0 в испарителе. При оптимальном значении Т0 , определяемом условием зе.л = max, энергетические затраты на ХУ минимальны. На рис. 4 приведены графики зависимостей зе.л от Т0 и Тк при следующих условиях работы комплекса Тс = 297 К, Тпр = 281 К,Ту =293 К; dс = 0.008 кг/кг, dпр = 0.0051 кг/кг, dу = 0.0058 кг/кг;Тк = 303 К; Gа = 5.5 кг/с при использовании в ХУ хладагента R22. В случае работы комплекса в IX режиме, то есть одновременная работа воздухоохладителя и воздухонагревателя 1й ступени, характер изменения зе. л соответствует приведенному на рис. 5. Суммарные энергетические затраты на ХУ и ВН1 минимальны. Снижение температуры кипения хладагента приводит к перерасходу эксергии на охлаждение и осушение воздуха, а повышение ее — к перерасходу на его нагрев.


Image
Image

Полученные значения эксергетического к.п.д. для различных режимов работы комплекса, характеристики связей между отдельными его частями, учет взаимодействия с окружающей средой, термодинамическая оптимизация комплекса и его элементов послужили основой для дальнейшей работы по усовершенствованию системы, разработки эффективной многопроцессорной САУ (рис. 6).


Image

Создание такой САУ обусловлено наличием десятков контролируемых и регулируемых параметров; необходимостью вычислений энергосберегающих режимов и обеспечение работы оборудования в них; потребностью в автоматическом регулировании с высокой точностью параметров воздуха в кондиционируемых помещениях; необходимостью управления преобразователями частоты электроприводов компрессора, насосов, вентилятора; требованиями защиты оборудования от аварийных ситуаций. В табл. 2 для всех режимов работы управляемого комплекса показаны положения его регулирующих клапанов, необходимое изменение частоты вращения двигателей компрессора, насосов, вентилятора.

Image

Предлагаемая структура САУ отличается: доступностью элементной базы и комплектующих; невысокой технологической сложностью изделия; соответствием стандартам по электрическим параметрам, коммуникационным протоколам и их инструментальным средствам; соответствием средствам конфигурирования и прикладного программирования систем конечным пользователем.

При работе комплекса СККВХУ в энергосберегающих режимах с управлением посредством рекомендуемой САУ возможно снижение до 60 % годовых энергозатрат с обеспечением комфортных условий воздушной среды в обслуживаемых помещениях.


Литература

1. Кринейкий И.И., Вычужанин В.В. Оптимальные режимы работы автоматизированного судового кондиционера // Судостроение. — 1986. — №3. — C. 15—18.

2. Эксергетические расчеты технических систем: Справ. пособие // В.М. Бродянский, Г.П. Верхивер, Я.Я. Карчев и др. — Киев: Наук. думка, 1991. — 361 с.

3. Захаров Ю.В. Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины. — СПб: Судостроение,1994. — 504 с.

Последнее обновление ( 21.09.2006 )
 
< Пред.   След. >

Будем благодарны, если воспользуетесь одной из этих кнопок:



Отличный товар балясины из дерева на заказ любого объема