Вестник УКЦ АПИК: «Холодильные машины и холодильные установки. Примеры проектирования холодильных центров». Фрагменты курса (окончание)

Журнал «МИР КЛИМАТА» заканчивает публикацию фрагментов нового учебного курса Учебно-консультационного центра «Университет Климата».

Принципиальные схемы холодильных центров с холодильными машинами с воздушным охлаждением конденсаторов

Условные обозначения действительны для всех принципиальных схем холодильных центров
Условные обозначения действительны для всех
принципиальных схем холодильных центров

В данном разделе учебно-методического пособия приводятся различные схемы холодильных центров в зависимости от конструктивных особенностей холодильных машин, а также в зависимости от принятых технических решений.

Обратите внимание!
Все приведенные принципиальные схемы холодильных центров предусматривают воздушное охлаждение

Холодильные центры с холодильными машинами с водяным охлаждением конденсаторов в данном учебном курсе не рассматриваются.

Технические характеристики холодильных машин с воздушным охлаждением конденсаторов, указанные в каталогах заводов-изготовителей, приведены при следующих температурных параметрах:

температурный перепад холодоносителя имеет параметры:

t холодного потока — t теплого потока = 7–12 °С

при температуре воздуха охлаждающего конденсатор,

t наружного воздуха = + 35 °С.

Важной величиной при подборе холодильных машин является величина коэффициента загрязнения испарителя. Обычно эта величина принимается равной

К загрязнения испарителя = 0,044 (м2 × °К / кВт).

Определение

Принципиальная схема холодильного центра является одноконтурной, если один гидравлический контур холодоносителя объединяет источник холода — холодильные машины и потребителей — систему холодоснабжения центральных кондиционеров и систему холодоснабжения вентиляторных доводчиков (фэнкойлов).

Аналогично: при двухконтурной схеме холодильного центра самостоятельные гидравлические контуры холодоносителя со своими группами циркуляционных насосов обслуживают соответственно:

  • первичный контур холодоносителя — холодильные машины (источник холода);
  • вторичный контур холодоносителя — систему холодоснабжения кондиционеров и систему холодоснабжения фэнкойлов (потребителей холода).

Передача теплоты от источника холода к потребителям холода происходит через пластинчатый теплообменник.

Одноконтурная принципиальная схема холодильного центра с моноблочными холодильными машинами наружной установки (рис. 22)

Одноконтурная принципиальная схема холодильного центра с моноблочными холодильными машинами наружной установки
Рис.22

В данной принципиальной схеме моноблочные холодильные машины устанавливаются на открытом воздухе — на улице.

В этом случае гидравлический контур холодоносителя может заполняться или водой, или водным раствором антифриза. Выбор холодоносителя зависит от условий работы холодильного центра.

При работе холодильного центра только в теплый период года в качестве холодоносителя применяется вода. Во избежание замораживания в холодный период года холодоноситель (вода) из системы сливается.

При необходимости работы холодильного центра круглогодично всю систему заполняют водными растворами антифризов. Концентрация водных растворов антифризов должна быть такова, чтобы в холодный период года при отрицательных температурах наружного воздуха не происходило замерзания водного раствора антифриза.

Как правило, для г. Москвы и Московского региона, где расчетная температура наружного воздуха в холодный период года по параметрам «Б» равна:

t „Б“наружного воздуха = –28 °С,

в качестве холодоносителя принимается сорокапроцентный водный раствор этиленгликоля.

Достоинства одноконтурной принципиальной схемы холодильных центров с моноблочными холодильными машинами наружной установки при сравнении с другими принципиальными схемами холодильных центров, приведенных в данном курсе, заключаются в следующем:

  • сравнительная простота технических решений;
  • для установки оборудования требуется сравнительно небольшая площадь холодильного центра;
  • необходимость установки только одной группы циркуляционных насосов;
  • экономическая составляющая — сравнительно небольшая стоимость оборудования, трубопроводной гидравлической системы, монтажных и пусконаладочных работ, эксплуатационных расходов.

Недостатки:

  • при заливке трубопроводной системы водными растворами антифризов происходит снижение холодильной мощности оборудования — холодильных машин, секции поверхностного воздухоохладителя центрального кондиционера, вентиляторных доводчиков (фэнкойлов);
  • при заливке трубопроводной системы водными растворами антифризов происходит увеличение потребляемой электрической мощности электродвигателями циркуляционных насосов, так как перемещаемая среда — водный раствор антифриза имеет большую массовую плотность по сравнению с массовой плотностью воды;
  • необходимость заправки большого количества водного раствора антифриза в трубопроводную систему холодильного центра и в трубопроводные системы холодоснабжения центральных кондиционеров и вентиляторных доводчиков (фэнкойлов).
Обратите внимание!
В представленной принципиальной схеме, а также в последующих принципиальных схемах холодильных центров отсутствует бак-аккумулятор.

Остановимся подробнее на этом вопросе и постараемся в нем разобраться и решить его.

В зависимости от времени суток и времени года потребный расход холода постоянно меняется. При этом холодопроизводительность холодильного центра изначально выбирается из максимальных теплопритоков. Очевидно, что в какие-то моменты появляется несоответствие между холодопроизводительностью холодильного центра и реальной потребностью в холоде.

В этом случае холодильные машины быстро «вырабатывают» необходимое количество холода, после чего происходит их отключение. Таким образом, работа холодильных машин происходит короткими промежутками времени.

Частые пуски и остановки холодильных машин приводят к износу узлов и деталей компрессора, а также к перегреву обмоток. Перегрев обмоток компрессора вызван большими пусковыми токами при его запуске.

Для предотвращения этого в системе управления холодильными машинами задается параметр, который называется «временем задержки включения компрессора». Этот параметр дает возможность включения компрессора только через определенное время после предыдущего включения. Как правило, это время составляет не менее 6 минут.

Рис. 23
Рис. 23

Если время рабочего цикла меньше заданного значения «время задержки включения компрессора», то происходит «вынужденная остановка» компрессора (рис. 23).

В течение «вынужденной остановки» компрессора не вырабатывается необходимое количество холода, и охлаждение помещений не происходит.

Как результат, за время «вынужденной остановки» компрессора температура воздуха в помещениях значительно отклоняется от заданного значения. При последующем включении компрессора происходит быстрое снижение температуры до заданного значения и холодильная машина вновь отключается. Таким образом, температура воздуха в помещениях будет постоянно изменяться.

Рис. 24
Рис. 24

Необходимо, чтобы время цикла включения компрессора превышало «время задержки включения компрессора» (рис. 24).

Время цикла включения компрессора можно увеличить несколькими способами:

  • применением холодильных машин с несколькими компрессорами, работающими параллельно на один испаритель;
  • применением холодильных машин с компрессорами, имеющими ступенчатую регулировку (одновинтовые компрессоры) или плавную регулировку холодопроизводительности (двухвинтовые компрессоры);
  • увеличением тепловой инерции системы холодильного центра. Это достигается дополнительной установкой аккумулирующего бака. Этот способ — самый нежелательный.
Варианты конфигурации установки центробежных вентиляторов в холодильной машине внутренней установки
Рис. 25

Объем холодоносителя в системе должен обеспечивать потребный расход холода как минимум в течение 5 минут после отключения компрессоров холодильных машин.

Если объема холодоносителя в системе недостаточно, то необходимо иметь аккумулирующий бак, который устанавливается на трубопроводе холодного потока после холодильных машин.

Одноконтурная принципиальная схема холодильного центра с моноблочными холодильными машинами внутренней установки (рис. 26)

Одноконтурная принципиальная схема холодильного центра с моноблочными холодильными машинами внутренней установки
Рис. 26

В данной принципиальной схеме холодильного центра применяются моноблочные холодильные машины, которые устанавливаются внутри отапливаемого помещения.

Для обдува воздушных конденсаторов холодильных машин наружным воздухом необходимо предусмотреть сеть воздуховодов.

Наружный воздух забирается через воздухозаборную решетку и по сети теплоизолированных воздуховодов поступает непосредственно к воздушным конденсаторам холодильных машин. Нагреваясь в конденсаторах, теплый воздух по сети воздуховодов через вытяжную решетку выбрасывается на улицу.

На преодоление сопротивления при движении воздуха по воздушному тракту сети воздуховодов в моноблочных холодильных машинах предусматривается установка центробежных вентиляторов, которые могут иметь различные варианты конфигурации (рис. 25).

Аэродинамическое сопротивление сети воздуховодов складывается:

  • из аэродинамического сопротивления воздушного конденсатора, который входит в состав холодильной машины;
  • из потерь давления на трение воздуха о внутренние поверхности воздуховодов;
  • из потерь давления на преодоление местных сопротивлений сети воздуховодов. К местным сопротивлениям относятся: фасонные части воздуховодов, решетка на заборе наружного воздуха, вытяжная решетка на выбросе теплого воздуха на улицу, воздушные клапаны и регулирующие дроссель-клапаны на сети воздуховодов.

Достоинства одноконтурной принципиальной схемы холодильных центров с моноблочными холодильными машинами внутренней установки при сравнении с другими принципиальными схемами холодильных центров, приведенные в данном курсе, заключаются в следующем:

  • необходимость установки только одной группы циркуляционных насосов;
  • экономическая составляющая — сравнительно небольшая стоимость трубопроводной системы.

Недостатки:

  • для установки оборудования и прокладки воздуховодов в холодильном центре требуются сравнительно большая площадь и значительная его высота;
  • ограниченный напор центробежных вентиляторов холодильных машин;
  • большая электрическая мощность потребления электроэнергии электродвигателями центробежных вентиляторов по сравнению с аксиальными вентиляторами;
  • необходимо предусмотреть определенные мероприятия для запуска холодильных машин в холодный период года;
  • экономическая составляющая — увеличение эксплуатационных расходов и дополнительные капитальные вложения в стоимость воздушного тракта.

Одноконтурная принципиальная схема холодильного центра с холодильными машинами внутренней установки и с выносными конденсаторными блоками (рис. 27)

Одноконтурная принципиальная схема холодильного центра с холодильными машинами внутренней установки и с выносными конденсаторными блоками
Рис. 27

В данной принципиальной схеме холодильного центра используются холодильные машины — чиллеры, которые устанавливаются внутри отапливаемого помещения холодильного центра. Выносные конденсаторные блоки устанавливаются на улице.

Холодильные машины соединяются с выносными конденсаторными блоками системой фреоновых трубопроводов (жидкостным фреонопроводом и газовым фреонопроводом высокого давления).

Взаимное расположение холодильной машины и выносного конденсаторного блока

Так как гидравлический контур холодоносителя находится внутри отапливаемого помещения, то в качестве холодоносителя используется вода.

Достоинства одноконтурной принципиальной схемы холодильных центров с холодильными машинами внутренней установки и с выносными конденсаторными блоками при сравнении с другими принципиальными схемами холодильных центров, приведенные в данном курсе, заключаются в следующем:

  • сравнительная простота технических решений;
  • для установки оборудования требуется сравнительно небольшая площадь холодильного центра;
  • необходимость установки только одной группы циркуляционных насосов;
  • экономическая составляющая — сравнительно небольшая стоимость трубопроводной гидравлической системы, монтажных и пусконаладочных работ, эксплуатационных расходов.

Недостатки:

  • ограниченная холодопроизводительность холодильных машин;
  • работа холодильного центра возможна только при температурах наружного воздуха.

t наружного воздуха > — 18°С;

  • ограниченная длина фреонопроводов между холодильными машинами и выносными конденсаторными блоками;
  • ограниченная высота взаиморасположения между холодильными машинами и выносными конденсаторными блоками;
  • дополнительные капитальные затраты на фреонопроводы в изоляции.
Выносной конденсатор расположен выше холодильной машиныВыносной конденсатор расположен на одном уровне с холодильной машинойВыносной конденсатор расположен ниже холодильной машины
Выносной конденсатор расположен выше холодильной машиныВыносной конденсатор расположен на одном уровне с холодильной машинойВыносной конденсатор расположен ниже холодильной машины

Двухконтурная принципиальная схема холодильного центра с моноблочными холодильными машинами наружной установки с режимом «свободного холода» (рис.28)

Двухконтурная принципиальная схема холодильного центра с моноблочными холодильными машинами наружной установки с режимом «свободного холода»
Рис. 28

Моноблочные холодильные машины с режимом «свободного холода» устанавливаются на улице.

Эта схема имеет два самостоятельных гидравлических контура холодоносителя. Во избежание замерзания холодоносителя в холодный период года первый закрытый гидравлический контур холодоносителя заполняется водным раствором антифриза. Второй независимый закрытый гидравлический контур холодоносителя находится в отапливаемых помещениях. Теплопередача от холодоносителя первого гидравлического контура к холодоносителю второго гидравлического контура осуществляется в пластинчатом теплообменнике.

Каждый закрытый независимый гидравлический контур холодоносителя имеет свои самостоятельные группы циркуляционных насосов.

Эта принципиальная схема холодильного центра является наиболее предпочтительной для применения, так как она может быть работоспособной круглогодично и обладает большой надежностью при эксплуатации.

Двухконтурная принципиальная схема холодильного центра с моноблочными холодильными машинами наружной установки и сухими охладителями (рис. 29)

Двухконтурная принципиальная схема холодильного центра с моноблочными холодильными машинами наружной установки и сухими охладителями
Рис. 29

Для данной принципиальной схемы применяются моноблочные холодильные машины и сухие охладители. Все холодильное оборудование — моноблочные холодильные машины и сухие охладители — устанавливается на улице.

Так же как и в предыдущей двухконтурной схеме холодильного центра, эта схема имеет два самостоятельных гидравлических контура по холодоносителю.

Эта принципиальная схема холодильного центра является работоспособной круглогодично и обладает большой надежностью при эксплуатации.

Подбор основного оборудования: холодильных машин, сухих охладителей, разборного пластинчатого теплообменника, циркуляционных насосов первичного контура холодоносителя, циркуляционных насосов вторичного контуров холодоносителя, насоса для заполнения первичного контура холодоносителя, мембранных расширительных баков для первичного и вторичного контура холодоносителя, а также гидравлический расчет трубопроводов первичного и вторичного контуров холодоносителя проводятся при очном обучении.

На этом мы заканчиваем публиковать фрагменты нового учебного курса для проектировщиков, запись на обучение по которому скоро начнется в Учебно-консультационном центре «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА»

При составлении учебно-методического пособия по курсу «Холодильные машины и холодильные установки. Пример проектирования холодильных центров» была использована следующая учебная, справочная и техническая литература:

  • Ананьев В. А., Балуева Л. Н., Гальперин А. Д. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. Учебное пособие. — М.: Евроклимат, 2001;
  • Курылев Е. С., Оносовский В. В., Румянцев Ю. Д. Холодильные установки. — СПб.: Политехника, 1999;
  • Мааке В., Эккерт Г. Ю., Кошпен Ж. Л., Учебник по холодильной технике. — М.: Изд-во МГУ, 2002;
  • Поляков В. В., Скворцов Л. С. Насосы и вентиляторы. Учебник для вузов. — М.: Стройиздат, 1990;
  • Нимич Г. В., Михайлов В. А., Бондарь Е. С. Современные системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Учебное пособие. — К.: ТОВ «Видавничий будинок «Аванпост — Прим», 2003;
  • Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. В 2-х частях / Под ред. И. Г. Староверова. Изд. 3-е переработанное и дополненное. — М.: Стройиздат, 1976;
  • Учебник для студентов втузов. «Холодильные машины». / Под общей редакцией Л. С. Тимофеевского. — СПб.: Политехника, 1997.


наши проекты
  • АПИК
  • Университет климата
  • Выставка «Мир климата»
  • АПИК-тест