Рефрижерація - це процес, у якому температура приміщення знижується нижче температури зовнішнього повітря.
Кондиціювання повітря - це регулювання температури та вологості у приміщенні з одночасним здійсненням фільтрації повітря, циркуляції та часткової його заміни у приміщенні.
Вентиляція - це циркуляція та заміна повітря у приміщенні без зміни його температури. За винятком спеціальних процесів, таких як заморожування риби, повітря зазвичай використовується як проміжне робоче тіло, що передає теплоту. Тому для здійснення рефрижерації, кондиціювання та вентиляції застосовують вентилятори та повітропроводи. Три названі вище процесу тісно пов'язані між собою та спільно забезпечують заданий мікроклімат для людей, машин та вантажу.
Для зниження температури у вантажних трюмах і провізійних комор при рефрижерації застосовують систему охолодження робота якої забезпечується холодильною машиною. Відібрана теплота передається іншому тілу - холодильному агенту за низької температури. Охолодження повітря при кондиціонуванні є аналогічним процесом.
У найпростіших схемах холодильних установок передача теплоти здійснюється двічі: спочатку у випарнику, де холодильний агент, що має низьку температуру, відбираючи теплоту від середовища, що охолоджується, знижує її температуру, потім в конденсаторі, де холодильний агент охолоджується, віддаючи теплоту повітрі або воді. У найпоширеніших схемах морських рефрижераторних установок здійснюється паровий компресійний цикл. У компресорі тиск пари холодильного агента підвищується і відповідно підвищується його температура.
Схема парової компресорної холодильної установки:
1 – випарник; 2 – термочутливий балон; 3 – компресор; 4 - маслоотделитель; 5 – конденсатор; 6 – осушувач; 7 - трубопровід для олії; 8 – регулюючий вентиль; 9 - терморегулюючий вентиль.
Ця гаряча пара, що має підвищений тиск, нагнітається в конденсатор, де в залежності від умов застосування установки пара охолоджується повітрям або водою. Зважаючи на те, що цей процес здійснюється при підвищеному тиску, пара повністю конденсується. Рідкий холодильний агент прямує трубопроводом до регулюючого вентиля, який регулює подачу рідкого холодильного агента у випарник, де підтримується низький тиск. Повітря з охолоджуваного приміщення або повітря, що кондиціонується, проходить через випарник, викликає кипіння рідкого холодильного агента і сам, віддаючи теплоту, при цьому охолоджується. Подача холодильного агента у випарник має бути відрегульована так, щоб у випарнику весь рідкий холодильний агент википів, а пара злегка перегрілася перед тим, як він знову надійде при низькому тиску компресор для подальшого стиснення. Таким чином, теплота, яка була передана від повітря до випарника, переноситься холодильним агентом по системі доти, доки не досягне конденсатора, де вона буде передана зовнішньому повітрі або воді. В установках, де застосовується конденсатор з повітряним охолодженням, як, наприклад, у малій провізійної холодильної установки, має бути передбачена вентиляція для відведення теплоти, виділеної в конденсаторі. Конденсатори з водяним охолодженням із цією метою прокачують прісною або забортною водою. Прісна вода застосовується в тих випадках, коли інші механізми машинного відділення охолоджуються прісною водою, яка потім охолоджується забортною водою в централізованому водоохолоджувачі. У цьому випадку через більш високу температуру води, що охолоджує конденсатор, температура виходить з конденсатора води буде вищою, ніж при охолодженні конденсатора безпосередньо забортною водою.
Холодильні агенти та холодоносії. Охолодні робочі тіла діляться в основному на первинні - холодильні агенти і вторинні - холодоносії.
Холодильний агент під впливом компресора циркулює через конденсатор та випарну систему. Холодильний агент повинен мати певні властивості, що відповідають пред'явленим вимогам, наприклад кипіти при низькій температурі і надмірному тиску і конденсуватися при температурі, близької до температури забортної води, і помірному тиску. Холодильний агент також повинен бути нетоксичний, вибухобезпечний, негорючий, не викликати корозії. Деякі холодильні агенти мають низьку критичну температуру, тобто температуру, вище за яку пар холодильного агента не конденсується. Це один із недоліків холодильних агентів, зокрема вуглекислоти, яка застосовувалася багато років на судах. Внаслідок низької критичної температури вуглекислоти значно утруднялася експлуатація суден з вуглекислотними холодильними установками в широтах з високими температурами забортної води і через це доводилося використовувати додаткові системи, що охолоджують конденсатор. Крім того, до недоліків вуглекислоти відноситься дуже високий тиск, при якому система працює, що, у свою чергу, призводить до збільшення маси машини в цілому. Після вуглекислоти як холодильні агенти певне поширення мали хлористий метил і аміак. В даний час хлористий метил на суднах не застосовується через його вибухонебезпечність. Аміак має деяке застосування досі, але через високу токсичність при його використанні потрібні спеціальні вентиляційні системи. Сучасні холодильні агенти - це сполуки фторованого вуглеводню, що мають різні формули, за винятком холодильного агента R502 (відповідно до міжнародного стандарту (MC) НСО 817 - для позначення холодильних агентів застосовується умовне позначення холодильного агента, яке складається з символу R (refriger) У зв'язку з цим при перекладі введено позначення холодильних агентів R.), який являє собою азеотропну (з фіксованою точкою кипіння) суміш (специфічна суміш різних речовин, що володіє властивостями, відмінними від властивостей кожної речовини окремо). . Ці холодильні агенти відомі під назвою фреони (Згідно з ГОСТ 19212 - 73 (зміна 1) для фреону встановлено назву хладон), а кожен з них має визначальне число.
Холодильний агент R11 має дуже низький робочий тиск, для отримання значного ефекту, що охолоджує, необхідна інтенсивна циркуляція агента в системі. Перевага цього агента особливо проявляється при використанні в установках кондиціювання повітря, оскільки для повітря потрібні відносно малі витрати потужності.
Першим з фреонів, після того, як вони були відкриті і стали доступні, отримав широке практичне застосування фреону R12. До його недоліків відноситься низький (нижче атмосферного) тиск кипіння, в результаті чого через будь-які нещільності в системі з'являється підсмоктування в систему повітря і вологи.
В даний час найбільш поширеним холодильним агентом є R22, завдяки якому забезпечується охолодження досить низькому температурному рівні при надмірному тиску кипіння. Це дозволяє отримати певний виграш в об'ємі циліндрів компресора установки та інші переваги. Об'єм, що описується поршнем компресора, що працює на фреоні R22, становить приблизно 60% порівняно з описуваним обсягом поршня компресора, що працює на фреоні R12 за тих же умов.
Приблизно такий самий виграш виходить при застосуванні фреону R502. Крім того, через нижчу температуру нагнітання компресора зменшується ймовірність коксування мастила та поломки нагнітальних клапанів.
Всі названі холодильні агенти не викликають корозії і можуть застосовуватися в герметичних та безсальникових компресорах. У меншій мірі впливає на лаки та пластичні матеріали, що застосовується в електродвигунах і компресорах холодильний агент R502. В даний час цей перспективний холодильний агент коштує досить дорого і тому не отримав широкого застосування.
Холодоносії застосовуються у великих установках кондиціювання повітря та в холодильних установках, що охолоджують вантажі. У цьому випадку через випарник циркулює охолоджувач, який потім направляється в приміщення, що підлягає охолодженню. Холодоносій застосовується тоді, коли установка велика і розгалужена, щоб виключити необхідність у циркуляції в системі великої кількості дорогого холодильного агента, який має дуже високу проникаючу здатність, тобто може проникати через найменші нещільності, тому дуже істотно звести до мінімуму кількість з'єднань трубопроводів у системі. Для установок кондиціонування повітря звичайним охолоджувачем є прісна вода, яка може мати добавку розчину гліколю.
Найбільш поширеним холодоносієм у великих рефрижераторних установках є розсіл - водний розчин хлористого кальцію, якого для зменшення корозії додають інгібітори.
Охолодження поділяється на природне та штучне. На перше енергія не витрачається. Причому температура об'єкта прагне температури навколишнього повітря. Штучне охолодження є зниженням температури об'єкта до рівня нижче такого ж показника середовища. Для охолодження потрібні холодильні машини або пристрої. Зазвичай вони застосовуються у промисловості задля досягнення потрібних умов зберігання, перебігу хімічних реакцій, безпеки. Теплові та холодильні машини дуже широко застосовуються і в побуті. Їх принцип роботи базується на явищах сублімації та конденсації.
Охолодження льодом
Це найдоступніший і найпростіший вид охолодження. Особливо зручний він у районах, де є можливість накопичення природного льоду.
Як засіб охолодження лід використовується в процесі заготівлі та зберігання риби, при короткостроковому зберіганні овочевої продукції, транспортуванні харчових продуктів в охолодженому вигляді. Лід застосовується в льохах і льохах. У такому обладнанні дуже важливою є теплоізоляція. У стаціонарних льодовиках стіни гідро- та теплоізольовані. Вони розраховані на температурний діапазон +5…+8°С.
Льодосоляне охолодження
Льодосоляний метод охолодження дозволяє досягти підтримки ще нижчих температурних умов в обсязі, що піддається охолодженню. Спільне використання льоду та солі дає можливість знизити температуру, за якої лід тане. Такий принцип. Принцип холодильної машини
З цією метою змішується лід і хлористий натрій. Залежно від концентрації солі, температура льоду коливається від -1,8 до -21,2°С.
До мінімуму температура плавлення сягає, якщо солі в суміші 23%. У цьому випадку лід не тане за мінімального показника.
Сухий лід служить підтримки низьких температур у процесі зберігання фруктів, морозива, овочів, напівфабрикатів. Так називають твердий стан вуглекислоти. При атмосферному тиску та нагріванні вона з твердої стає газоподібною, пропускаючи фазу рідини. Продуктивність холоду у сухого льоду вдвічі більша, ніж у водяного. Коли відбувається сублімація сухого льоду, виходить вуглекислий газ, який, крім іншого, виконує консервуючі функції, сприяючи збереженню продуктів.
Методи охолодження з використанням льоду мають ряд недоліків, що обмежують їх застосування. У зв'язку з цим основним способом генерації холоду стає машинне охолодження.
Штучне охолодження
Машинне охолодження є виробництво холоду, яке виробляють холодильні машини та установки. Цей спосіб має кілька переваг:
- в автоматичному режимі зберігається постійний рівень температури, різний для різних груп товарів;
- оптимально задіяний простір, що охолоджується;
- зручно експлуатувати приміщення, що охолоджуються;
- невеликі витрати на техобслуговування.
Як працює
Принцип роботи холодильної машини є таким. Безумовно, людині, яка тільки користується холодильною машиною або розшукує її, зовсім не обов'язково глибоко і всебічно розумітися на роботі холодильних машин. При цьому знання основних принципів роботи таких установок буде зовсім не зайвим. Ця інформація здатна надати допомогу в свідомому виборі обладнання та полегшить бесіду з професіоналами при виборі холодильного обладнання.
Також важливо розуміти, як відбувається робота холодильної машини. У ситуаціях, коли холодильне обладнання відмовляє та потрібен виклик спеціаліста, має сенс вникнути в принцип дії подібних машин. Адже розуміння пояснень спеціаліста про те, що потрібна заміна чи ремонт будь-якої деталі холодильної машини, дозволить не втратити зайвих грошей.
Головний принцип роботи холодильної машини - відведення тепла від об'єкта, що піддається охолодженню, та його перенесення до іншого об'єкта. Важливо розуміння того, що нагрівання або стиснення об'єкта супроводжується передачею енергії, а охолодження і розширення відбирає енергію. На цьому ґрунтується передача тепла.
Для перенесення тепла холодильні машини використовують холодоагенти - спеціальні речовини, що відбирають теплоту в об'єкті охолодження під час кипіння та розширення за постійної температури. Надалі після стиснення енергія передається охолодному середовищу за допомогою конденсації.
Призначення окремих вузлів
Компресором холодильної машини забезпечується кругообіг холодоагенту в системі, його кипіння у випарнику з нагнітанням у блок конденсатора.
Він покликаний відсмоктувати холодоагент фреон у газоподібному стані з випарників, і, стискаючи, нагнітати на конденсатор, де він перетворюється на рідину. Потім фреон у рідкому стані накопичується у ресивері. Цей вузол обладнаний вхідними та вихідними запірними вентилями. Подальший шлях холодоагенту – з ресивера у фільтр-осушувач. Тут залишки вологи та домішки видаляються і надходять у випарник.
У випарнику холодоагент досягає кипіння, що відбирає теплоту у об'єкта, що охолоджується. Далі холодоагент вже у газоподібному стані потрапляє з випарника у компресор, очищаючись через фільтр від забруднень. Далі робочий цикл агрегату повторюється, і є принцип. Принцип холодильної машини
Холодильний агрегат
Об'єднання сукупності деталей та вузлів холодильної машини на єдиному каркасі прийнято називати холодильним агрегатом. Поєднання вузлів холодильної машини виробником робить зручнішим монтаж, і відбувається він швидше.
Холодопродуктивність таких агрегатів - параметр, що являє собою кількість тепла, що віднімається у середовища, що піддається охолодженню за годину. У різних режимах роботи продуктивність холоду варіюється в широкому діапазоні. Коли зростає температура конденсації та знижується градус випаровування, продуктивність зменшується.
Холодоагенти
Холодильні машини, які у торгових організаціях, у ролі хладагентів використовують хладон чи фреон, а заморозки у промислових масштабах - аміак.
Хладон є важким газом без кольору і зі слабким запахом, відчутним, лише коли його концентрація в повітрі досягає 20%. Газ не горючий і вибуховий. У холодоні добре розчинні мастила. При високих температурах вони становлять із ним однорідну суміш. Хладон не впливає на смакові якості, аромат та колір продуктів.
У холодильних установках з хладоном має бути більше 0,006% маси вологи. Інакше вона замерзає у тонких трубках, перешкоджаючи роботі холодильної машини. Через високу плинність газу потрібна хороша герметизація агрегатів.
Аміак - безбарвний газ, що різко пахне, небезпечний для людського організму. Його допустимий вміст у повітрі – 0,02 мг/л. Коли концентрація сягає 16%, можливий вибух. При вмісті газу понад 11% та відкритому полум'ю поруч починається горіння.
Щоб зорієнтуватися при виході з ладу кухонного обладнання, багато домогосподарок змушені розбиратися в принципі роботи багатьох пристроїв, таких як електроплита, мікрохвильова піч, холодильник та інші. Головна функція холодильної камери – збереження поживних продуктів у свіжому стані, тому вона має працювати постійно, а послугами спеціаліста з ремонту неможливо скористатися миттєво. Розуміння того, як працює холодильник, допоможе заощадити фінансові та тимчасові ресурси, а багато несправностей можна буде полагодити своїми руками.
Внутрішній пристрій холодильника
Всім відомо як працює холодильник, простими словами - це обладнання заморожує і охолоджує різні продукти, дозволяючи уникнути їх псування протягом деякого часу.
При цьому далеко не всі знають певні особливості даного пристрою: з чого складається холодильник, звідки береться холод у внутрішній площині камери, як він створюється рефрижератором і чому пристрій іноді вимикається.
Щоб розібратися в цих питаннях, необхідно докладно розглянути принцип роботи холодильника. Спочатку відзначимо, що холодні повітряні маси виникають не самі: зменшення температури повітря здійснюється всередині камери в процесі функціонування агрегату.
Дане холодильне обладнання включає кілька основних частин:
- холодоагент;
- випарник;
- конденсатор;
- компресор.
Компресор - це своєрідне серце будь-якої холодильної установки. Цей елемент відповідає за циркуляцію холодоагенту за великою кількістю спеціальних трубочок, частина яких розташована позаду холодильника. Інші частини замасковані у внутрішній частині камери під панеллю.
При роботі компресор, як і будь-який мотор, піддається значному нагріванню, тому йому потрібен деякий час для остигання. Щоб цей агрегат не втратив працездатність через перегрівання, в нього вбудоване реле, що розмикає електроланцюг за певних температурних показників.
Трубки, розташовані на зовнішній поверхні холодильного обладнання – це конденсатор. Він призначений виділення теплової енергії назовні. Компресор, здійснюючи перекачування холодоагенту, відправляє його всередину конденсатора за допомогою високого тиску. У результаті речовина з газоподібною структурою (ізобутан або фреон) стає рідкою і починає нагріватися. Зайве тепло при цьому розсіюється у приміщенні, щоб охолодження холодоагенту відбулося природним шляхом. Саме тому заборонено встановлювати нагрівальні прилади поруч із холодильниками.
Господарі, які знають про принцип роботи холодильної шафи, намагаються влаштувати своєму «кухонному помічнику» найоптимальніші умови для охолодження конденсатора та компресора. Це дозволяє продовжити термін його експлуатації.
Для отримання холоду у внутрішній камері є інша частина трубкової системи, в яку скраплена газоподібна речовина відправляється після конденсатора - вона називається випарником. Цей елемент відділений від конденсатора осушуючим фільтром та капіляром. Прицип охолодження всередині камери:
- Опиняючись у випарнику, фреон починає закипати та розширюватися, знову перетворюючись на газ. При цьому здійснюється поглинання теплової енергії.
- Трубки, що у камері, охолоджують як повітряні маси агрегату, а й охолоджуються самі.
- Потім холодоагент знову відправляється в компресор і цикл повторюється.
Для того, щоб поживні продукти не заледеніли всередині холодильника, в обладнання вбудований терморегулятор. Спеціальна шкала дає можливість виставити необхідний рівень охолодження, і після досягнення потрібних значень обладнання автоматично вимикається.
Однокамерні та двокамерні моделі
Агрегат, що охолоджує повітря, у кожному рефрижераторі має загальний принцип пристрою. Однак відмінності у функціонуванні різного обладнання все ж таки є. Вони ґрунтуються на особливостях переміщення холодоагенту в холодильних шафах з однією або парою камер.
Схема, представлена трохи вище, характерна для моделей однокамерного типу. Незалежно від місця розташування випарника принцип функціонування буде єдиним. Однак якщо морозильна камера розташована під або над охолодним відсіком, для стабільної та повноцінної роботи рефрижератора необхідний додатковий компресор. Для морозилки принцип роботи буде незмінним.
Охолоджувальний відсік, в якому температурні показники не опускаються нижче за нульову позначку, запускається лише після того, як морозильник охолодився достатньою мірою і вимкнувся. Якраз цієї миті холодоагент з морозильної системи відправляється в камери з позитивною температурою, і цикл випаровування/конденсації проходить вже на нижчому рівні, тому неможливо точно сказати, скільки потрібно пропрацювати холодильному обладнанню до автоматичного вимкнення. Тут все залежить від налаштування терморегулятора та об'єму камери-морозилки.
Функція швидкого заморожування
Ця функція й у двокамерних холодильників. У такому режимі холодильник може працювати безперервно досить довго. Призначено ж швидке заморожування для ефективного проморожування продуктів у великих обсягах.
Після активації опції на панелі запалюються спеціальні світлодіодні індикатори, що показують, що компресор запущено. Тут необхідно враховувати те, що функціонування агрегату не буде зупинено автоматично, а тривала робота холодильника може негативно позначитися на його стані.
Після ручного відключення установки індикатори погаснуть, а компресорний привід вимкнеться.
Сучасні холодильники оснащені великою кількістю різних функцій. І сьогодні домогосподарки знають про існування функції автоматичного розморожування. Необмерзаючі та крапельні холодильні системи зробили людське життя набагато простіше, але принцип дії холодильника залишився незмінним.
Машинний спосіб є найбільш поширеним способом отримання холоду за рахунок зміни агрегатного стану робочої речовини, кипіння його при низьких температурах, з відведенням від тіла, що охолоджується, або середовища необхідної для цього теплоти пароутворення.
Однією з умов ефективної роботи торговельного холодильного обладнання є застосування в якості робочих речовин холодильних агентів, що мають хороші термодинамічні, теплофізичні, фізико-хімічні, фізіологічні та озонобезпечні властивості. Важливе значення мають їх вартість і доступність. Холодильні агенти не повинні бути отруйними, викликати ядухи та подразнення слизових оболонок очей, носа та дихальних шляхів людини.
Розрізняють природні та штучні холодильні агенти. До природних холодоагентів відносяться: аміак (R717), повітря (R729), вода (R718), вуглекислота (R744) та ін, до штучних - хладони (суміші різних фреонів).
В даний час існує три типи фторвуглеводневих холодоагентів:
хлорфторвуглеці (CFC), що мають високий потенціал виснаження озону. Наприклад: R12, R13, R502, R503;
гідрохлорфторвуглеці (HCFC), які містять атоми водню, що призводить до більш короткого періоду існування цих хладагентів в атмосфері порівняно з CFC, наприклад, хладагент R22;
гідрофторвуглеці (HFC), які не містять хлору. Вони не руйнують озоновий шар Землі та мають короткий період існування в атмосфері. Наприклад: R134A, R404A.
У зв'язку з цим проблема використання як холодоагентів природних речовин, і в першу чергу аміаку, є найбільш актуальною зараз у виробників холодильного обладнання. У Росії потреба в холоді для стаціонарних холодильників в основному забезпечується аміачними холодильними установками, так як аміак не руйнує озоновий шар, не надає прямого впливу на глобальний тепловий ефект, має відмінні термодинамічні властивості, має високий коефіцієнт тепловіддачі при кипінні і конденсації і доступність виробництва.
До негативних властивостей аміаку відносяться токсичність, пожежо- та вибухонебезпечність, різкий неприємний запах. Будь-яка аварія з аміаком веде до серйозних наслідків.
У торгівлі переважно використовують компресійні холодильні машини, які складаються з таких основних вузлів: компресора, конденсатора повітряного охолодження, терморегулюючого вентиля (ТРВ) та випарника. Холодильна машина, крім перерахованих основних частин, має прилади автоматики, фільтри, осушувачі, теплообмінники тощо.
Компресор – найбільш складний та важливий вузол холодильної машини. Він служить для відсмоктування пари холодоагенту з випарника, стиснення та нагнітання в конденсатор. Основним показником роботи компресора є його холодопродуктивність (кількість теплоти, яку холодильна машина отримує за одиницю часу від середовища, що охолоджується).
Конденсатор повітряного охолодження - теплообмінний апарат, в якому пароподібний холодоагент, що надходить з компресора, перетворюється на рідину. Цей процес протікає при віддачі холодоагентом теплоти у зовнішнє середовище.
Випарник - теплообмінний апарат, який здійснює відбір тепла від середовища, що охолоджується.
Терморегулюючий вентиль служить для автоматичного подачі необхідної кількості хладагента у випарник. Він контролює та підтримує задану температуру парів хладону на виході з випарника.
Прилади автоматики забезпечують пуск, зупинку холодильної машини, захист її від перевантажень, підтримання заданого температурного режиму в середовищі, що охолоджується, оптимальне заповнення випарника холодоагентів, своєчасне відтавання снігової шуби з випарників.
Реле тиску автоматично підтримує заданий тиск на лінії всмоктування шляхом увімкнення та вимикання компресора.
Ресивер - резервуар, який збирає рідкий холодоагент з метою забезпечення його рівномірного надходження до ТРВ та у випарник. Фільтр служить видалення механічних забруднень. Осушувач призначений для поглинання вологи з холодоагенту під час заповнення ним системи та під час експлуатації машини. Теплообмінник служить для перегріву парів холодоагенту, що йдуть від випарника до компресора, і переохолодження холодоагенту, що йде від конденсатора до ТРВ.
Принцип дії холодильної машини ось у чому.
1. У випарнику, встановленому в охолодному обсязі, відбувається кипіння рідкого холодоагенту за низького тиску і температури за рахунок відбору тепла з навколишнього середовища.
2. З випарника пари хладону проходять через теплообмінник і паровий фільтр, потім вони відсмоктуються компресором, стискуються і в перегрітому стані нагнітаються в конденсатор, температура і тиск підвищуються.
3. У конденсаторі, що охолоджується повітрям, вони конденсуються, тобто. перетворюються на рідину.
4. Рідкий хладон стікає трубами конденсатора і накопичується в ресивері, звідки під тиском проходить через рідинний фільтр і теплообмінник.
5. Очищений хладон, проходячи через вузький отвір ТРВ, дроселюється, розпорошується і при різкому зниженні температури та тиску надходить у випарник.
Цикл повторюється. Циркулюючи по такому замкнутому колу, хладагент поперемінно змінює свій агрегатний стан, тобто відбувається стрибкоподібний перехід хладагента з рідкого стану в газоподібний і навпаки.
В даний час у торговельному холодильному устаткуванні використовуються різні системи холодопостачання: вбудовані, виносні та централізовані.
Теплопритоки до торгових залів магазинів від вбудованих в обладнання холодильних агрегатів призводять до зниження товарообігу та зростання непередбачених витрат, у тому числі:
створюються некомфортні для покупців умови (висока температура повітря у торговому залі та високий рівень шуму, неприємні сторонні запахи);
некомфортні для продавців та обслуговуючого персоналу умови призводять до зниження якості обслуговування, падає імідж підприємства та зменшується товарообіг;
термін служби вбудованих холодильних агрегатів у 2...3 рази нижче, ніж при використанні систем виносного холодопостачання, та у 4...6 разів нижче, ніж при використанні централей;
відбуваються часті виходи з експлуатації устаткування;
виникають додаткові витрати на кондиціювання та на енергоспоживання.
Виносне холодопостачання є системою холодопостачання на базі автономних компресорно-конденсаторних агрегатів, розташованих у машинному відділенні та ізольованих від торгових приміщень. У цьому кожен агрегат може забезпечувати холодом кількох споживачів.
Однією з найважливіших умов ефективного розвитку підприємств торгівлі є використання централізованих систем холодопостачання, що є кілька паралельно включених компресорів на єдиній рамі з додатковим обладнанням. Кожен центральний агрегат обладнаний мікропроцесорним блоком управління, що здійснює регулювання холодопродуктивності агрегату і забезпечує рівномірну роботу кожного компресора та конденсатора.
Основні переваги використання централізованої системи холодопостачання:
центральні агрегати компактні та займають значно менше місця;
досягається помітна економія електроенергії, оскільки великі компресори мають вищий коефіцієнт корисної дії;
для великих супермаркетів централізована система холодопостачання економічно вигідніша за традиційний варіант холодопостачання; збільшується товарообіг;
забезпечується висока надійність за рахунок використання кількох компресорів;
у разі виходу з ладу одного або кількох компресорів інші компресори забезпечать підтримку необхідної температури для запобігання втраті продукції до усунення несправності;
Холодильні машини та установкипризначені для штучного зниження і підтримки зниженої температури нижче температури навколишнього середовища від 10 ° С до -153 ° С в заданому об'єкті, що охолоджується. Машини та установки для створення нижчих температур називаються кріогенними. Відведення та перенесення теплоти здійснюється за рахунок споживаної при цьому енергії. Холодильна установка виконується за проектом залежно від проектного завдання, що визначає об'єкт, що охолоджується, необхідного інтервалу температур охолодження, джерел енергії та видів охолоджуючого середовища (рідка або газоподібна).
Холодильна установка може складатися з однієї або декількох холодильних машин, укомплектованих допоміжним обладнанням: системою енерго- та водопостачання, контрольно-вимірювальними приладами, приладами регулювання та управління, а також системою теплообміну з об'єктом, що охолоджується. Холодильна установка може бути встановлена у приміщенні, на відкритому повітрі, на транспорті та в різних пристроях, у яких треба підтримувати задану знижену температуру та видаляти зайву вологу повітря.
Система теплообміну з об'єктом, що охолоджується, може бути з безпосереднім охолодженням холодильним агентом, по замкнутій системі, по розімкнутій, як при охолодженні сухим льодом, або повітрям в повітряній холодильній машині. Замкнута система може бути з проміжним холодоагентом, який переносить холод від холодильної установки до об'єкта, що охолоджується.
Початком розвитку холодильного машинобудування в широких розмірах можна вважати створення Карлом Лінде в 1874 першої аміачної паро-компресорної холодильної машини. З того часу з'явилося багато різновидів холодильних машин, які можна згрупувати за принципом роботи таким чином: паро-компресійні, спрощено звані компресорні, зазвичай з електроприводом; тепловикористовуючі холодильні машини: абсорбційні холодильні машини та пароежекторні; повітряно-розширювальні, які при температурі нижче -90 °С економічніші за компресорні, і термоелектричні, які вбудовуються в прилади.
Кожен різновид холодильних установок та машин має свої особливості, за якими вибирається їх сфера застосування. В даний час холодильні машини та установки застосовуються в багатьох областях народного господарства та в побуті.
2. Термодинамічні цикли холодильних установок
Перенесення теплоти від менш нагрітого до більш нагрітого джерела стає можливим у разі організації будь-якого компенсуючого процесу. У зв'язку з цим цикли холодильних установок завжди реалізуються внаслідок витрат енергії.
Щоб теплота, що відводиться від «холодного» джерела, могла бути віддана «гарячому» джерелу (зазвичай - навколишньому повітрю), необхідно підняти температуру робочого тіла вище температури навколишнього середовища. Це досягається швидким (адіабатним) стиском робочого тіла з витратою роботи або підведенням до нього теплоти ззовні.
У зворотних циклах кількість теплоти, що відводиться від робочого тіла, завжди більше кількості теплоти, що підводиться, а сумарна робота стиснення більше сумарної роботи розширення. Завдяки цьому установки, що працюють за подібними циклами, є споживачами енергії. Такі ідеальні термодинамічні цикли холодильних установок вже розглянуті вище в пункті 10 теми 3. Холодильні установки відрізняються застосовуваним робочим тілом та принципом дії. Передача теплоти від «холодного» джерела «гарячому» може здійснюватися за рахунок витрати роботи або витрат теплоти.
2.1. Повітряні холодильні установки
У повітряних холодильних установках як робочого тіла використовується повітря, а передача теплоти від холодного джерела гарячому здійснюється за рахунок витрати механічної енергії. Необхідне для охолодження холодильної камери зниження температури повітря досягається в цих установках в результаті швидкого його розширення, при якому час на теплообмін обмежений, і робота в основному здійснюється за рахунок внутрішньої енергії, тому температура робочого тіла падає. Схема повітряної холодильної установки показана на рис. 7.14
Рис. 14. : ХК – холодильна камера; К – компресор; ТО – теплообмінник; Д - розширювальний циліндр (детандер)
Температура повітря, що надходить з холодильної камери ХК в циліндр компресора, піднімається в результаті адіабатного стиснення (процес 1 - 2) вище температури Т3 навколишнього середовища. При протіканні повітря трубками теплообмінника ТО його температура при постійному тиску знижується - теоретично до температури довкілля Тз. При цьому повітря віддає в довкілля теплоту q (Дж/кг). В результаті питомий об'єм повітря досягає мінімального значення v3, і повітря перетікає в циліндр розширювального циліндра - детандера Д. У детандері, внаслідок адіабатного розширення (процес 3-4) з виконанням корисної роботи, еквівалентної затемненої площі 3-5-6-4-3 , температура повітря опускається нижче температури предметів, що охолоджуються в холодильній камері. Охолоджене подібним чином повітря надходить у холодильну камеру. В результаті теплообміну з предметами, що охолоджуються, температура повітря при постійному тиску (ізобара 4-1) підвищується до свого вихідного значення (точка 1). При цьому від предметів, що охолоджуються, до повітря підводиться теплота q2 (Дж/кг). Величина q 2, звана холодопродуктивністю, являє собою кількість теплоти, що отримується 1 кг робочого тіла від предметів, що охолоджуються.
2.2. Парокомпресорні холодильні установки
У парокомпресорних холодильних установках (ПКХУ) як робоче тіло застосовують легкокиплячі рідини (табл. 1), що дозволяє реалізувати процеси підведення та відведення теплоти за ізотермами. Для цього використовуються процеси кипіння та конденсації робочого тіла (холодоагенту) при постійних значеннях тисків.
Таблиця 1.
У XX столітті як холодоагенти широко застосовували різні фреони на основі фторхлорвуглеців. Вони викликали активне руйнування озонового шару, у зв'язку з чим в даний час їх застосування обмежене, і як основний хладагент використовують хладагент К-134А (відкритий в 1992) на основі етану. Його термодинамічні властивості близькі до властивостей фреону К-12. В обох холодоагентів несуттєво розрізняються молекулярні маси, теплоти пароутворення та температури кипіння, але, на відміну від К-12, хладагент К-134А не агресивний до озонового шару Землі.
Схема ПКХУ та цикл у T-s-координатах показані на рис. 15 та 16. У ПКХУ зниження тиску та температури здійснюється дроселюванням хладагента при його протіканні через редукційний вентиль РВ, прохідний переріз якого може змінюватися.
Холодоагент з холодильної камери ХК надходить у компресор До, в якому адіабатно стискається в процесі 1 -2. Суха насичена пара, що утворюється при цьому, надходить у КД, де конденсується при постійних значеннях тиску і температури в процесі 2-3. Теплота q1, що виділяється, відводиться до «гарячого» джерела, яким у більшості випадків є навколишнє повітря. Утворений конденсат дроселюється в редукційному вентилі РВ зі змінним прохідним перетином, що дозволяє змінювати тиск вологої пари, що виходить з нього (процес 3-4).
Рис. 15. Принципова схема (а) та цикл у T-s-координатах (б) парокомпресорної холодильної установки: КД – конденсатор; К – компресор; ХК – холодильна камера; РВ - редукційний вентиль
Оскільки процес, що протікає при незмінному значенні ентальпії (h3 - h), незворотний, його зображують пунктирною лінією. Отримана в результаті процесу волога насичена пара невеликого ступеня сухості потрапляє в теплообмінник холодильної камери, де при постійних значеннях тиску і температури випаровується за рахунок теплоти q2b предметів, що відбираються від камери (процес 4-1).
Рис. 16. : 1 – холодильна камера; 2 – теплоізоляція; 3 – компресор; 4 - стиснений гарячий пар; 5 – теплообмінник; 6 - охолодне повітря або охолодна вода; 7 - рідкий холодоагент; 8 – дросельний вентиль (розширювач); 9 - рідина, що розширилася, охолоджена і частково випарувалася; 10 - охолоджувач (випарник); 11 - теплоносій, що випарувався
Внаслідок «підсушування» ступінь сухості холодоагенту зростає. Кількість теплоти, що відбирається у предметів, що охолоджуються в холодильній камері, в Т-Б-координатах визначається площею прямокутника під ізотермою 4-1.
Використання в ПКХУ легкокиплячих рідин як робоче тіло дозволяє наблизитися до зворотного циклу Карно.
Замість дроселюючого вентиля для зниження температури можна використовувати і розширювальний циліндр – детандер (див. рис. 14). При цьому установка працюватиме за зворотним циклом Карно (12-3-5-1). Тоді теплота, що відбирається у предметів, що охолоджуються, буде більшою - вона визначиться площею під ізотермою 5-4-1. Незважаючи на часткову компенсацію витрат енергії на привід компресора позитивною роботою, що отримується при розширенні хладагента в розширювальному циліндрі, такі установки не застосовують через їх конструктивну складність і великі габаритні розміри. До того ж в установках із дроселем змінного перерізу набагато простіше регулювати температуру в холодильній камері.
Рис. 17.
Для цього достатньо лише змінити площу прохідного перерізу вентиля, що дроселює, що призводить до зміни тиску і відповідної йому температури насичених парів холодоагенту на виході з вентиля.
Нині замість поршневих компресорів переважно використовують лопаточные компресори (рис. 18). Про більшу економічність ПКХУ порівняно з повітряними установками свідчить і той факт, що відношення холодильних коефіцієнтів ПКХУ та зворотного циклу Карно
У реальних парокомпресорних установках з теплообмінника-випарника холодильної камери в компресор надходить не волога, а суха або навіть перегріта пара (рис. 17). Це збільшує теплоту q2, що зводиться, зменшує інтенсивність теплообміну хладагента зі стінками циліндра і покращує умови змащування поршневої групи компресора. У подібному циклі у конденсаторі відбувається деяке переохолодження робочого тіла (ділянка ізобари 4-5).
Рис. 18.
2.3. Пароежекторні холодильні установки
Цикл пароежекторної холодильної установки (рис. 19 та 20) також здійснюють за рахунок витрати теплової, а не механічної енергії.
Рис. 19. : ХК – холодильна камера; Е – ежектор; КД – конденсатор; РВ – редукційний вентиль; Н – насос; КА - котельний агрегат
Рис. 20.
При цьому компенсуючим є мимовільне перенесення теплоти від нагрітого тіла до менш нагрітого тіла. Як робоче тіло може використовуватися пара будь-якої рідини. Однак зазвичай використовують найдешевший і доступний холодоагент - водяна пара при низьких значеннях тиску та температури.
З котельної установки пар надходить у сопло ежектора Е. При закінченні пари з великою швидкістю в камері змішування за соплом створюється розрідження, під дією якого камеру змішування підсмоктується холодоагент з холодильної камери ХК. У дифузорі ежектора швидкість суміші зменшується, а тиск та температура зростають. Потім парова суміш надходить у конденсатор КД, де перетворюється на рідину в результаті відведення в навколишнє середовище теплоти q1. У зв'язку з багаторазовим зменшенням питомого обсягу у процесі конденсації тиск знижується до значення, у якому температура насичення приблизно дорівнює 20 °З. Одна частина конденсату перекачується насосом Н в котельний агрегат КА, а інша - піддається дроселюванню у вентилі РВ, внаслідок чого при зниженні тиску та температури утворюється волога пара з невеликим ступенем сухості. У теплообміннику-випарнику ХК ця пара підсушується при постійній температурі, відбираючи теплоту q2 у охолоджуваних предметів, а потім знову надходить у паровий ежектор.
Оскільки витрати механічної енергії на перекачування рідкої фази в абсорбційних і пароежекторних холодильних установках вкрай малі, ними нехтують, і ефективність таких установок оцінюють коефіцієнтом тепловикористання, що є відношенням теплоти, що відбирається від охолоджуваних предметів, до теплоти, що використовується для реалізації циклів.
Для отримання низьких температур внаслідок перенесення теплоти до «гарячого» джерела можуть використовувати й інші принципи. Наприклад, температуру можна знижувати внаслідок випаровування води. Цей принцип застосовують в умовах жаркого та сухого клімату у випарних кондиціонерах.
3. Побутові та промислові холодильники
Холодильник - пристрій, що підтримує низьку температуру теплоізольованої камери. Зазвичай їх застосовують для зберігання їжі та інших предметів, що вимагають зберігання холодному місці.
На рис. 21 показано схему роботи однокамерного холодильника, а на рис. 22 – призначення основних частин холодильника.
Рис. 21.
Рис. 22.
Робота холодильника заснована на застосуванні теплового насоса, що переносить теплоту з робочої камери холодильника назовні, де воно віддається зовнішньому середовищу. У промислових холодильниках обсяг робочої камери може досягати десятків та сотень м3.
Холодильники можуть бути двох видів: середньотемпературні камери для зберігання продуктів та низькотемпературні морозильники. Однак останнім часом найбільшого поширення набули двокамерні холодильники, що включають обидва компоненти.
Холодильники бувають чотирьох типів: 1 – компресійні; 2 – абсорбційні; 3 – термоелектричні; 4 – з вихровими охолоджувачами.
Рис. 23. : 1 – конденсатор; 2 – капіляр; 3 – випарник; 4 - компресор
Рис. 24.
Основними складовими частинами холодильника є:
1 - компресор, який отримує енергію від електричної мережі;
2 - конденсатор, що знаходиться зовні холодильника;
3 - випарник, що знаходиться усередині холодильника;
4 - терморегулюючий розширювальний вентиль (ТРВ), що є дроселюючим пристроєм;
5 - холодоагент (що циркулює в системі речовина з певними фізичними характеристиками - зазвичай ним є фреон).
3.1. Принцип роботи компресійного холодильника
Теоретичною основою, де побудований принцип роботи холодильників, схема яких показано на рис. 23 є друге початок термодинаміки. Охолодний газ у холодильниках робить так званий зворотний цикл Карно. У цьому основна передача теплоти заснована не так на циклі Карно, але в фазових переходах - випаровуванні і конденсації. В принципі можливе створення холодильника, що використовує тільки цикл Карно, але при цьому для досягнення високої продуктивності знадобиться або компресор, що створює дуже високий тиск, або дуже велика площа теплообмінника, що охолоджує і нагріває.
Хладагент надходить у випарник під тиском через отвір, що дроселює (капіляр або ТРВ), де за рахунок різкого зменшення тиску відбувається випаровуваннярідини та перетворення її на пару. При цьому холодоагент забирає теплоту у внутрішніх стін випарника, за рахунок чого відбувається охолодження внутрішнього простору холодильника. Компресор засмоктує з випарника холодоагент у вигляді пари, стискає його, рахунок чого температура холодоагенту підвищується і виштовхує в конденсатор. У конденсаторі нагрітий в результаті стиснення холодоагент остигає, віддаючи теплоту у зовнішнє середовище, та конденсується, тобто. перетворюється на рідину. Процес повторюється знову. Таким чином, у конденсаторі холодоагент (зазвичай ним є фреон) під впливом високого тиску конденсується і переходить у рідкий стан, виділяючи теплоту, а у випарнику під впливом низького тиску холодоагент закипає і переходить у газоподібне, поглинаючи теплоту.
Терморегулюючий вентиль (ТРВ) необхідний створення необхідної різниці тисків між конденсатором і випарником, коли він відбувається цикл теплопередачі. Він дозволяє правильно (найповніше) заповнювати внутрішній обсяг випарника холодоагентом, що закипіло. Пропускний переріз ТРВ змінюється в міру зниження теплового навантаження на випарник, причому при зниженні температури в камері кількість холодоагенту, що циркулює, зменшується. Капіляр – це аналог ТРВ. Він не змінює свій переріз, а дроселює певну кількість хладагента, що залежить від тиску на вході та виході капіляра, його діаметра та типу хладагента.
При досягненні необхідної температури температурний датчик розмикає електричне коло і компресор зупиняється. У разі підвищення температури (за рахунок зовнішніх факторів) датчик знову включає компресор.
3.2. Принцип роботи абсорбційного холодильника
В абсорбційному водо-аміачному холодильнику використовується властивість одного з широко розповсюджених холодоагентів – аміаку – добре розчинятися у воді (до 1000 об'ємів аміаку на 1 об'єм води). Принцип роботи абсорбційної холодильної установки показано на рис. 26, та її принципова схема - на рис. 27.
Рис. 26.
Рис. 27. : ДП – генератор пари; КД – конденсатор; РВ1, РВ2 – редукційні вентилі; ХК – холодильна камера; Аб - абсорбер; Н - насос
У цьому випадку необхідне для будь-якого випарного холодильника видалення газоподібного холодоагенту із змійовика випарника ведуть поглинанням його водою, розчин аміаку в якій потім перекачують у спеціальну ємність (десорбер/генератор) і розкладають на аміак і воду шляхом нагріву. Пари аміаку та води з неї під тиском надходять у пристрій поділу (ректифікаційна колона), де пари аміаку відокремлюються від води. Далі практично чистий аміак потрапляє в конденсатор, де охолоджуючись, конденсується і через дросель знову надходить у випарник для випаровування. Така теплова машина може використовувати для перекачування розчину холодоагенту різноманітні пристосування, у тому числі струменеві насоси, і не мати рухомих механічних частин. Крім аміаку і води, можуть використовуватися інші пари речовин - наприклад, розчин бромистого літію, ацетилен і ацетон. Переваги абсорбційних холодильників – безшумність роботи, відсутність рухомих механічних частин, можливість роботи від нагрівання прямим спалюванням палива, недолік – низька холодопродуктивність на одиницю об'єму.
3.3. Принцип роботи термоелектричного холодильника
Існують пристрої, засновані на ефекті Пельтьє, що полягає в поглинанні теплоти одним із спаїв термопар (різнорідних провідників) при виділенні її на іншому спаї у разі пропускання через них струму. Цей принцип використовують, зокрема, у сумках-кулерах. Можливе як зниження, так і підвищення температури за допомогою запропонованих французьким інженером Ранком вихрових трубок, в яких температура істотно змінюється по радіусу закрученого вихрового повітряного потоку, що рухається в них.
Термоелектричний холодильник заснований на елементах Пельтьє. Він безшумний, але поширений мало через дорожнечу охолоджуючих термоелектричних елементів. Однак невеликі автомобільні холодильники та охолоджувачі питної води часто виробляють із охолодженням від елементів Пельтьє.
3.4. Принцип роботи холодильника на вихрових охолоджувачах
Охолодження здійснюється рахунок розширення попередньо стисненого компресором повітря у блоках спеціальних вихрових охолоджувачів. Вони поширені мало через велику шумність, необхідність підведення стисненого (до 1,0-2,0 МПа) повітря і дуже великої його витрати, низького ККД. Позитивні якості - велика безпека (не використовується електрика, немає рухомих частин і небезпечних хімічних сполук), довговічність і надійність.
4. Приклади холодильних установок
Деякі схеми та описи холодильних установок різного призначення та їх фотографії показані на рис. 27-34.
Рис. 27.
Рис. 28.
Рис. 29.
Рис. 32.
Рис. 33.
Наприклад, холодильні установки компресорно-конденсаторні (тип АКК) або компресорно-ресиверні (тип АКР) показані на рис. 34, призначені для роботи з підтримкою температури від +15 до -40 °С в камерах об'ємом від 12 до 2500 м3.
До складу холодильної установки входять: 1 – компресорно-конденсаторний або компресорно-ресиверний агрегат; 2 - повітроохолоджувач; 3 - терморегулюючий вентиль (ТРВ); 4 – соленоїдний вентиль; 5 – щит управління.
Завантаження...