Холодильная машина для морозильной камеры.

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана
(национальный исследовательский университет)»
(МГТУ им. Н.Э. Баумана)


ФАКУЛЬТЕТ ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЕ
КАФЕДРА ХОЛОДИЛЬНАЯ, КРИОГЕННАЯ ТЕХНИКА, СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ И ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ (Э-4)





РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЕ

НА ТЕМУ:
Холодильная машина для морозильной камеры


Студент
Э4-82
______________
А. В. Рудой


(Группа)
(Подпись, дата)

(И.О.Фамилия)
Руководитель ВКР
_______________

В.А. Воронов



(Подпись, дата)

(И.О.Фамилия)
Консультант

_______________

В.В. Осипенко



(Подпись, дата)

(И.О.Фамилия)
Консультант

_______________





(Подпись, дата)

(И.О.Фамилия)
Нормоконтролер
_______________





(Подпись, дата)

(И.О.Фамилия)





2018 г.
    
    РЕФЕРАТ
	    Расчетно-пояснительная записка 121 с., 14 рис., 45 таблиц, 4 источника.
     СРЕДНЕТЕМПЕРАТУРНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ МЯСА
     Объект исследования - среднетемпературная холодильная камера для хранения охлажденного мяса.
     В данной работе была спроектирована холодильная камера, расположенная на первом этаже складского помещения для хранения охлажденной продукции.
     Исследовательская часть работы включает в себя сравнение парокомпрессионного холодильного цикла и цикла с рекуперативным теплообменным аппаратом, а также сравнительный анализ характеристик цикла и параметров узловых точек цикла при работе на разных рабочих веществах: R410А, R134A, R404A, R717, R290. На основании данного анализа осуществляется предварительный выбор хладагента.
     Окончательный выбор рабочего вещества происходит после экологического анализа хладагентов. В работе представлен анализ на основании двух основных параметров: потенциала глобального потепления и потенциала разрушения озонового слоя.
     Конструкторская часть работы состоит из теплового, динамического и прочностного расчетов одноступенчатого холодильного компрессора, а также расчетов основных параметров и характеристик конденсатора воздушного охлаждения. Были проведены расчеты на прочность основных узлов конденсатора. На основании расчетных данных был спроектирован компрессор и воздушный конденсатор для холодильной установки.
     В технологической части рассмотрена последовательность сборки теплообменной секции наружного блока холодильной машины, а также проведен принципиальный анализ технологичности данных работ.
     Экономическая часть работы представлена сметами на различные виды требуемых работ: изготовление, сборку, испытания и эксплуатацию холодильной установки. Также были проведены расчеты годовых затрат на одну тонну продукции. Посчитаны затраты на электроэнергию для спроектированной холодильной установки и проанализирована актуальность выбора парокомпрессионного холодильного цикла.
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     

      Содержание
РЕФЕРАТ	2
ВВЕДЕНИЕ	7
1 Определение холодопроизводительности установки	8
1.1 Планировка холодильника	8
1.2 Определение расчетных параметров	9
1.3 Выбор изоляционного материала	10
1.4 Расчет изоляции	11
1.5 Расчет толщины теплоизоляции между холодильной камерой и вышерасположенным помещением	13
1.6 Расчет толщины изоляции пола	14
1.7 Калорический расчет	15
1.8 Теплопритоки через ограждения	16
1.9 Эксплуатационные теплопритоки	17
1.9.1 Тепловая нагрузка вследствие открывания дверей	17
1.9.2 Тепловая нагрузка от освещения	19
1.9.3 Тепловая нагрузка, обусловленная присутствием персонала	20
1.9.4 Тепловая нагрузка от подъемно-транспортных средств	20
1.9.5 Тепловая нагрузка от работы двигателей вентиляторов и электронагревателей оттайки воздухоохладителей.	21
1.10 Расчет холодильной мощности машины	21
2 Исследовательская часть	23
2.1 Исходные данные для исследования	23
2.2 Одноступенчатый холодильный цикл	23
2.2.1 Хладагент R410A	24
2.2.2 Хладагент R404А	28
2.2.3 Хладагент R134А	29
2.2.4 Хладагент R717	30
2.3 Одноступенчатый цикл с рекуператором	31
2.3.1 Хладагент R410A	31
2.3.2 Хладагент R404А	36
2.3.3 Хладагент R134А	37
2.3.4 Хладагент R717	38
3 Экологическая часть	41
3.1 Общие данные по хладагентам	41
3.2 Обоснование выбора хладагента	42
4 Тепловой расчет холодильного компрессора	44
4.1 Определение коэффициентов подачи компрессора:	44
4.2 Определение параметров поршня:	45
4.3 Определение реального холодильного коэффициента	46
4.4 Подбор электродвигателя	47
4.5 Расчет перегрева хладагента на всасывании	47
4.6 Окончательные параметры цикла	48
5 Расчет конденсатора воздушного охлаждения	49
5.1 Исходные данные для расчета конденсатора	49
5.2 Тепловой расчет конденсатора	49
5.3 Конструктивный расчет конденсатора	55
5.4 Аэродинамическое сопротивление и мощность вентиляторов	57
5.5 Подбор вентиляторов	57
5.6 Расчет трубопроводов	58
6 Расчеты на прочность	60
6.1 Расчет на прочность медных труб конденсатора	60
6.2 Расчет на прочность паяного соединения медных труб и калачей конденсатора	61
7 Подбор сухого воздухоохладителя непосредственного испарения	62
8 Подбор терморегулирующего вентиля	64
9 Технологическая часть	65
9.1 Технологический анализ качества конструкции	65
9.2 Последовательность сборки конденсатора	65
9.3 Выводы	66
10 Организационно-экономическая часть	67
10.1 Введение	67
10.2 Методическая часть	67
10.3 Составление сметы на изготовление установки	69
10.4 Составление сметы на испытания установки	72
10.5 Расчет общих затрат на изготовление и испытание установки	73
10.6 Составление сметы на эксплуатацию установки	73
10.7 Расчет годовых экономических затрат на одну тонну продукции	75
10.8 Определение выгоды в затрате на электроэнергию установки с рекуперативным теплообменником	75
10.9 Вывод	75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ	78
Приложение А	79

    



































    ВВЕДЕНИЕ

     Ключевая задача современной пищевой промышленности – увеличение срока годности производимого товара на протяжении как можно большего периода времени. Однако, необходимо при этом и максимально сохранять потребительские качества товаров.
     Существует большое количество способов увеличения продолжительности хранения пищи, но охлаждение продуктов питания – наиболее простой и эффективный способ, который использовался людьми на протяжении веков. Воздействие холода  на пищевые продукты, по сравнению с другими методами консервирования пищевых продуктов, вызывает незначительное изменение их основных свойств.
     Тем не менее срок хранения охлажденных продуктов в значительной степени ограничен, что требует обеспечивать непрерывное снабжение пищевого производства сырьем,  не допуская слишком большого застоя продукции.
     Целью данной работы является расчет холодильной камеры для хранения мяса предприятием сырья.
     
     


















1 Определение холодопроизводительности установки

      1.1 Планировка холодильника
     Располагают холодильные камеры предприятий, преимущественно, в одном здании со снабжаемым ими предприятием или их пристраивают к этому зданию. Иногда их размещают в отдельном здании. При решении вопроса о расположении холодильников рекомендуется исходить из удобства поставки продуктов из камер в производственные помещения. Нужно также учитывать необходимость и условия присоединения оборудования холодильника к электрической сети, линиям водопровода и канализации.
     Нельзя размещать холодильные камеры рядом с котельными, бойлерными, душевыми, горячими цехами и остальными помещениями с повышенной температурой и влажностью, а также на этаж выше или ниже. 
     Все холодильные камеры следует размещать желательно последовательно одним блоком, необходимо устраивать входы в них через тепловые шлюзы (тамбуры). Камеры не следует делать проходными.
     Площадь отдельных камеры стационарных холодильников должны составлять не менее 5 м2. Высота отдельных камер от пола до балок перекрытия должна составлять не менее 2,4 м, но не более 3,5 м. Если высота этажа, размещаемого под холодильную камеру, составляет более 3,5 м, то камеры следует перекрыть самостоятельными подшивными потолками, за которыми будет свободно вентилируемое воздушное пространство. 
     По холодильным  камерам недопустимо проводить трубы для циркуляции различных веществ: отопления, водопровода, канализации, газа, а также воздуховоды общей вентиляции здания.
     К холодильным агрегатам должен быть обеспечен постоянный доступ обслуживающего персонала. Для агрегатов, снабженных конденсаторами воздушного охлаждения также необходима свободная циркуляция воздуха.
     Нельзя размещать холодильные агрегаты в тамбурах охлаждаемых камер, на лестницах, а также лестничных клетках, в вестибюлях зданий.   
        Камеры лучше всего расположить единым блоком на первом этаже здания. Верхней границей камер является потолочное  перекрытие. Непосредственно к блоку примыкает машинное отделение, где размещают холодильные агрегаты. Допустимо размещать холодильные агрегаты в складских помещениях большого объема с надежной циркуляций воздуха. Над холодильными камерами обычно располагают вестибюль или офис. Камеры лучше проектировать ближе к загрузочной, что обеспечит хорошую циркуляцию воздуха, в данной части подвального помещения по наружной стене не проводят разводку отопления, водоснабжения, которые подают через технический чердак. Канализацию располагают в противоположной стороне подвала. 
     
      1.2 Определение расчетных параметров
     На данном заготовочном предприятии в день перерабатывается 8 тонн постной говядины. Данное сырье хранится при температуре -18 0С и относительной влажности 90% трое суток. Зададимся геометрическими параметрами камеры  4?2?2  м.
     Расчетными параметрами при проектировке охлаждаемой камеры являются:
     а) температура и относительная влажность воздуха в камере. 
В камере принимается температура 0?С и относительная влажность 90 % 
     б) температура и относительная влажность наружного воздуха. Для средней полосы России принимаем: 
     * летняя температура наружного воздуха +25°С;
     * средняя относительная влажность наружного воздуха 60%.
     в) температура воздуха в соседних неохлаждаемых помещениях примем на 5°С ниже расчетной температуры наружного воздуха, тогда она составляет 20°С.
     г) температура грунта принимается на глубине 3…3,5 м  3,5°С.
     
      1.3 Выбор изоляционного материала
     В качестве материала для теплоизоляции стен, граничащих со смежными неохлаждаемыми помещениями, обычно используют пенополистирол марки ПСБ-С (ГОСТ 15588-70), для перегородок между камерами может использоваться пенобетон. 
     Для защиты конструкций теплоизоляции от попадания внутрь влаги принимается гидроизоляционный материал – битум.
     Стены холодильной камеры часто отделываются мраморной плиткой, которая обладает невысокой влагопоглотительной способностью.
     Расчет теплоизоляции заключается в определении необходимой толщины изоляционного слоя, исходя из принятого нормативного значения коэффициента теплопередачи каждого ограждения.
     Толщина изоляционного слоя ограждения камеры определяется по формуле 1:
           		       , 			   (1)                   
где  Кд - нормативный коэффициент теплопередачи ограждения, . Коэффициенты теплопередачи берем согласно рекомендациям СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» и СНиП 2.11.02-87 «Холодильники».
         ?н - коэффициент теплоотдачи от воздуха к наружной поверхности ограждения, ;
         ?в - коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности ограждения к воздуху в данной камере, ;
         ?из, ?i - толщины изоляционного и других слоев материалов, составляющих конструкцию ограждения, м;
 ?из, ?i - коэффициенты теплопроводности изоляционного и других слоев материалов, .
     Все полученные значения толщины теплоизоляции округляют до стандартной величины и находят действительный коэффициент теплопередачи конструкции по формуле (2): 
         				     			(2)	                           
     Полученные значения действительного коэффициента теплопередачи увеличиваются дополнительно на 10-20%, поскольку при выполнении изоляционных работ невозможно достичь идеальной плотности укладки изоляционного материала, из-за чего его эффективность снижается.
     Таким образом, расчетный коэффициент теплопередачи будет определяться по формуле:
      ,  		          (3)			
      где Кр – расчетный коэффициент теплопередачи принятой конструкции                                        ограждения, ;
              Кд – действительный коэффициент теплопередачи принятой конструкции ограждения, .
      
      1.4 Расчет изоляции

     Строительно-изоляционная конструкция наружных стен представлена на рисунке 1.
                                             
  Рисунок 1 – Строительно-изоляционная конструкция внутренней стены холодильной камеры.
     1 – штукатурка,  мм, ; 
     2 – кирпичная кладка,  мм, ; 
     3 – пароизоляция (битум),  мм, ; 
     4 – теплоизоляция (пенополистирол),  мм, ;
     5 – отделочный слой (плитка),  мм, 
     Расчет толщины изоляции проводим по формуле (1):
     
     Округляем до стандартной толщины изоляции – 0,1 м (100мм)
     Действительный коэффициент теплопередачи определим по формуле (2):
     
     Расчетный коэффициент теплопередачи рассчитываем по формуле (3):
                      
      1.5 Расчет толщины теплоизоляции между холодильной камерой и вышерасположенным помещением
      Строительно-изоляционная конструкция перекрытия представлена на рис. 2.
     
   Рисунок 2 – Строительно-изоляционная конструкция перегородки между охлаждаемой камерой и вышерасположенным помещением.
     1 – чистый пол,  мм, ; 
     2 – штукатурка,  мм, ; 
     3 – теплоизоляция (пенополистирол)  мм ; 
     4 – пароизоляция  мм, ; 
     5 – ж/б плита покрытия,   мм, ;
 	6 – цементно-песчаная стяжка,  мм, 
     Расчет толщины изоляции ведется по формуле (1):

     Округляем до стандартной толщины блока – 0,1 м. 
     Действительный коэффициент теплопередачи определим по формуле (2):
     
     Расчетный коэффициент теплопередачи рассчитываем по формуле (3):
          
      1.6 Расчет толщины изоляции пола
     Строительно-изоляционная конструкция пола представлена на рис. 3.
                        
     Рисунок 3 – Строительно-изоляционная конструкция пола.
     1 – метлахская плитка,  мм, ; 
     2 – цементная стяжка,  мм, ; 
     3 – армированный бетон  мм,; 
     4 – керамзитобетонная стяжка  мм, ; 
     5 – керамзитовый гравий,  мм, ; 
     6 – цементный защитный слой,  мм, ;
     7 – гидроизоляция (битум)  мм, ; 
     8 – утрамбованный грунт со  щебнем. 
     Расчет толщины изоляции ведем по формуле (1). Для зоны глубиной  3,5 метра она составляет:
     м
     Действительный коэффициент теплопередачи определим по формуле (2):
             
     Расчетный коэффициент теплопередачи рассчитываем по формуле (3):
                                      
      1.7 Калорический расчет
     Калорический расчет определяет притоки теплоты, влияющие на изменение температуры в холодильной камере.
     В калорическом расчёте учитываются следующие теплопритоки в каждую из охлаждаемых камер:
     1. Q1 - теплопритоки через ограждения камеры. Это теплоприток от окружающей среды вследствие теплопередачи, обусловленной разностью температур окружающей среды и воздуха внутри камеры.
     2. Q2 - теплоприток от грузов (от продуктов, а также тары) при их охлаждении. Для фруктовых холодильников вместо Q2 находят  Q5 – теплоприток в результате дыхания фруктов.
     3. Q3 - теплоприток от наружного воздуха вследствие вентиляции камеры.
     4. Q4 - эксплуатационные теплопритоки (при открывании дверей холодильных камер, работы освещения, пребывании людей, и т.п.).
     Данные теплопритоки могут численно меняться в зависимости от времени года, сезонности поступления продуктов и так далее. Поэтому считаем, что максимумы всех рассматриваемых теплопритоков совпадают по времени, поскольку холодильное оборудование необходимо проектировать таким образом, чтобы обеспечивался отвод тепла из камер при самых неблагоприятных условиях, т.е. при максимуме теплопритоков, равном сумме:
        				     , Вт.				                                  
      1.8 Теплопритоки через ограждения
     Приток тепла через ограждение путём теплопередачи из-за разности температур (Q1, Вт) определяется по формуле:
     , 					
где  Кр - расчётный коэффициент теплопередачи ограждения, найденный ранее при расчёте толщины теплоизоляционного материала, ;
F - теплопередающая поверхность ограждения, м2;
tcp - температура среды на границе с внешней поверхностью ограждения, °С;
tв - температура воздуха внутри камеры, °С.
     Результаты расчета теплопритоков представлены в таблице 1.
     При подсчете теплопритока Q1 следует учитывать все теплопритоки в данную камеру за исключением оттоков тепла (отрицательные значения теплопритоков) для того, чтобы холодильная система была в состоянии обеспечить необходимую температуру в камере и в том случае, когда соседние низкотемпературные камеры отключены. Величина  Q1 камеры рассчитывается как алгебраическая сумма всех значений теплопритоков через ограждение данной камеры и тех теплооттоков, которые обусловлены охлаждаемыми камерами, подключенными к этому же компрессору, т.е.  игнорируем отток тепла в камеры, которые подключены к другому холодильному контуру.

Таблица 1 - Теплопритоки через ограждения путем теплопередачи
Ограждения
  Кр, Вт/м?град
F, м2
tср - tв ,°C
Q’1
Мясная камера
Стена А
          0,36
     30
       25-0
   270
Стена Б
          0,36
     36
       20-0
  259,2
Стена В
          0,36
     30
       20-0
   216
Стена Г
          0,36
     36
       20-0
  259,2
Перекрытие пола
          1,24
     120
       3,5-0
  520,8
Потолочное перекрытие
         0,352
     120
       20-0
  844,8
ИТОГО Q1



  2370
     Теплоприток от грузов Q2 (продуктов и тары) можно найти по формуле:
      		 
     где  Gпр, Gт – ежедневное поступление в охлаждаемую камеру продукта и тары соответственно, ;
Спр, Ст – удельная теплоемкость продукта и тары соответственно, ;
tпр1, tпр2 – температура поступаемого в камеру продукта, и конечная температура продукта после охлаждения, °С;
?охл – время охлаждения продукта до tпр2, ч.
     Суточное поступление тары принято брать в отношении 20% стальной, 15% для пластмассовой, 10% для картонной, 5% для полиэтиленовых пленок, 100% для стеклянной тары от ежедневного поступления продукта Gпр.
     Температуру закладки для охлажденной постной говядины принимают  6…8 ?С. Окончательная температура охлажденного продукта после прохождения термообработки tпр2 принимается выше температуры воздуха в камере на 1…2 ?С. Время охлаждения продукции ?охл принимается равным 24 ч. Расчет теплопритоков от охлаждаемого груза и тары представлен в таблице 2.
Таблица 2 - Расчет теплопритоков от груза
Наименование продукта и тары
?, сут
Gпр, кг/сут
Спр, Дж/кг?град
Gт, кг/сут
Ст, Дж/кг?град
tпр1, ?С
tпр2, ?С
Q2, Вт

2
3
4
5
6
7
8
9
Говядина/металлическая емкость
3
8000
3520
1600
460
 7
 1
2006,7
Итого 







2006,7
     
1.9 Эксплуатационные теплопритоки
1.9.1 Тепловая нагрузка вследствие открывания дверей 
     В случае, когда пищевая продукция хранится в холодильной камере, необходимо производить расчет теплопритоков вследствие частого открывания дверей камеры при загрузке и выгрузке сырья. Несмотря на то, что камера может иметь несколько дверей, имеем в виду, что их одновременное открытие происходит крайне редко. Из-за этого теплопритоки от открывания дверей обычно рассчитывают только для одной двери. Расчетные формулы тепловой нагрузки вследствие инфильтрации воздуха могут иметь некоторые различия, однако их структура в целом одинакова и выглядит так:
     ,где q — суммарная суточная тепловая нагрузка на камеру; 
     D? — коэффициент времени, когда в течение суток дверь остается открытой; 
     Df — коэффициент  характера воздушного потока в дверном проеме; 
     E — степень эффективности устройства защиты от тепропритока (завесы) дверного проема.
Находим общую суточную тепловую нагрузку:
кВт, где  м — площадь двери прямоугольной формы (высота м , ширина м );
— разность энтальпий; 
 — коэффициент  неоднородности плотности воздуха внутри и снаружи камеры.
     Для расчета коэффициента D? сначала необходимо определить полную вместимость камеры M :
			кг
где   м — максимальная высота закладки продуктов; 
       — плотность укладки продуктов, расположенных в камере; 
        — коэффициент размещения товара;
     Суточный грузооборот вместе с тарой составляет от полной вместимости камеры:
				, 
что является допустимым (согласно рекомендациям, эта величина должна составлять от 5% до 25%).
     Тогда время простоя камеры с открытой дверью:
				мин, 
где  — средняя время открытия двери при загрузке или разгрузке холодильной камеры.
     Считая, что ежедневный грузооборот осуществляется за проходов:
			,
где    с — время открывания/закрывания двери при каждом проходе;
         60 с — число секунд в минуте. 
     Тогда, окончательно имеем:
		кВт, 
где — коэффициент, учитывающий характер воздушного потока в дверном проеме;
      — степень эффективности устройства защиты от тепропритока (завесы) дверного проема.

         1.9.2 Тепловая нагрузка от освещения

     В камерах хранения охлажденной продукции светильники должны работать вне зависимости от температурного режима, быть устойчивыми к повышенному содержанию влаги и пыли в воздухе, а также иметь противоударную защиту. Теплоприток от осветительных приборов определяется по следующей формуле:
				Вт , 
где — число светильников;
      Вт — мощность каждого светильника; 
      — ежедневное время работы светильников;
      24 — число часов в сутках.

1.9.3 Тепловая нагрузка, обусловленная присутствием персонала
     Теплопритоки, возникающие из-за выделяемого человеком тепла, находящегося в холодильной камере, рассчитывается по формуле:
				 Вт, 
где — число сотрудников, работающих в холодильной камере; 
       Вт — количество тепла, выделяемое одним человеком выделяемое в единицу времени; 
— время суточной работы для одного сотрудника в холодильной камере.

1.9.4 Тепловая нагрузка от подъемно-транспортных средств

     Чаще всего для раскладки сырья по всей площади холодильных камер используются грузоподъемные тележки и штабелеукладчики. Имеем:
				 Вт, 
где — число транспортных средств данного типа; 
      Вт — потребляемая мощность подъемно-транспортного средства; 
       — время закладки сырья подъемно-транспортным средством в камеру.
          Таким образом, суммарные эксплуатационные теплопритоки равны:
 	кВт
          Итоги калорического расчета представлены в таблице 3

Таблица 3 - Итоги калорического расчета холодильной камеры
Наименование камеры
Площадь камеры, м2
Параметры воздуха
Q1
Q2
Q3
Q4
Итого


Температура, воздуха, 0С
Относительная влажность, %





Камера мясная
48
         0
          90
2370
2007
-
1870
6247
                           
1.9.5 Тепловая нагрузка от работы двигателей вентиляторов и электронагревателей оттайки воздухоохладителей.
     
     Для обеспечения требуемой мощности холодильного аппарата необходимо учитывать тепловую нагрузку от двигателей вентиляторов и электронагревателей оттайки воздухоохладителей. Принимаем ее равной 20% от общей холодопроизводительности.
 					Вт
     
      1.10 Расчет холодильной мощности машины
     Потребная холодопроизводительность холодильного агрегата с учетом теплопритоков и коэффициента рабочего времени определяется по формуле:
									                            
         где 	?Qкм – суммарный приток тепла в охлаждаемую камеру, представляющий собой полезную нагрузку компрессора, Вт;
          ? – коэффициент, учитывающий потери холода в установке (для систем с непосредственным охлаждением камер принимается равным 1,07);
     в – коэффициент рабочего времени компрессора (0,75).
     Таким образом, потребная холодопроизводительность компрессора: 
     Вт
Округляем необходимую мощность до 11 кВт.




































2 Исследовательская часть
     
     Исследования проводятся для двух теоретических циклов: одноступенчатый парокомпрессионный холодильный цикл и холодильный цикл с рекуперативным теплообменником. Рассматривать двухступенчатые холодильные циклы нецелесообразно ввиду невысокого значения степени повышения давления холодильном контуре. Анализ холодильных агентов проводится среди наиболее широко используемых рабочих веществ для установок подобного типа: R410A, R404A, R134A и R717.

     Анализ холодильных циклов ведется в следующей последовательности: для каждой пары  “холодильный цикл-рабочее вещество”  производятся расчеты, находятся значения параметров в узловых точках цикла и основные характеристики цикла.
     Температуры кипения и конденсации заданы техническим заданием и имеют численные значения:
     Температура кипения хладагента  ?С
Температура конденсации хладагента  ?С

      2.1 Исходные данные для исследования
 кВт – холодопроизводительность
 ?C — температура конденсации хладагента
?C — температура в камере
?C— температура наружного воздуха в смежном помещении
 K — перегрев всасываемых в компрессор паров
 K — переохлаждение в конденсаторе
K  — минимальная разность температур в рекуператоре

      2.2 Одноступенчатый холодильный цикл

	2.2.1 Хладагент R410A

     Поскольку мы знаем температуры кипения и конденсации, легко найти значения давлений в цикле: 


     Точка 1:
     Точка 1 на диаграмме соответствует состоянию рабочего вещества на выходе из воздухоохладителя с учетом перегрева и всасыванию в компрессор:

				?C
   Зная два параметра точки 1 можно определить остальные параметры в  точке:
					
					
     Точка 2:
     Условно считая сжатие в компрессоре проходящим по изоэнтропе, можем найти значения параметров точки 2:
     ?C
     
     Точка 3: 
     После выхода из компрессора перегретый пар попадает в конденсатор и начинает охлаждаться, отдавая теплоту окружающей среде. Точка 3 соответствует состоянию хладагента на линии насыщенного пара (dew-point). 
Параметры:
?C
     
     Точка 4: 
     При достижении линии насыщения рабочее вещество конденсируется внутри теплообменного аппарата. Точка 4 соответствует состоянию хладагента на линии насыщенной жидкости (bubble-point). 
Параметры:
     ?C
     
Точка 5: 
     На выходе из конденсатора хладагент  в жидкой фазе переохлаждается до точки 5.
С учетом заданного значения переохлаждения имеем:
     ?C
     
     Точка 6: 
     Сконденсировавшись, хладагент поступает в терморегулирующий вентиль. Этот процесс характеризуется неизменным значением энтальпии.
Параметры:
     
     ?C
	Точка 7:
	После прохождения терморегулирующего вентиля рабочее вещество попадает в воздухоохладитель и забирает теплоту из воздуха в холодильной камере.
Параметры:
     ?C

     Удельная холодопроизводительность цикла:
 
     Удельная объемная холодопроизводительность цикла:
     ,
где - удельный объем в точке 1 (на входе в компрессор).
     Массовый расход хладагента в контуре:
      
     Отношение давлений:

     Разность давлений:
     
     Теоретическая мощность компрессора:
			
     Теоретический холодильный коэффициент цикла:
				
     Холодильный цикл идеального цикла – цикла Карно:
     ,
 где - температура на конденсаторе
       - температура на испарителе
     Степень термодинамического совершенства:
     
Таблица 4 – Параметры цикла в основных точках парокомпрессионного холодильного цикла для R410A



      1
       2
       3
        4
       5
        6
        7








     p, бар
   3,94
    17,29
    17,29
   17,29
    17,29
     3,94
     3,94








       t, °C
     -3
     72,6
      45
       45
      41
       -7
       -7








  i, кДж/кг
 405,11
   443,24
    417,01
   256,26
   250,94
   250,94
   402,26









Таблица 5 – Характеристики парокомпрессионного холодильного цикла для R410A
       ?
?p,
q0,
q?,
Gа,
NТ,
       ?T
     ?к
      ?t

   бар
  кДж/кг
  кДж/м3
    кг/с
    кВт












    4,39
   13,35
  154,17
    2561
   0,071
    2,72
   4,044
  5,118
  0,790









  Принимая перегрев на всасывании в компрессор ?C () определим уточненные значения параметров в узловых точках холодильного цикла, а также его уточненные характеристики.
Таблица 6 – Параметры цикла в основных точках уточненного парокомпрессионного холодильного цикла для R410A


      1
     1’
     2
      3
     4
      5
      6
      7









p, бар
   3,94
  3,94
11,60
  11,60
11,60
  11,60
   3,94
  3,94









t, °C
     -3
     10
 85,90
     45
    45
    41
    -7
    -7









i, кДж/кг
 405,11
 414,33
  454,98
   417,01
  256,26
   250,94
   250,94
   402,26










Таблица 7 – Характеристики уточненного парокомпрессионного холодильного цикла для R410A
     ?
?p,
q0,
q?,
Gа,
NТ,
     ?T
     ?к
      ?t

    бар
  кДж/кг
  кДж/м3
  кг/с
    кВт












  4,39
   13,35
  154,17
   2405
  0,071
   2,90
    3,79
  5,118
    0,741










	2.2.2 Хладагент R404А

Таблица 8 – Параметры цикла в основных точках парокомпрессионного холодильного цикла для R404А


      1
       2
       3
        4
       5
        6
        7








     p, бар
    4,77
    20,44
    20,44
    20,44
   20,44
     4,77
    4,77








       t, °C
      -3
     55,13
       45
     44,69
    40,69
    -7,32
      -7








  i, кДж/кг
  366,03
    395,41
   380,67
    267,73
  260,88
  260,88
   362,25









Таблица 9 – Характеристики парокомпрессионного холодильного цикла для R404А

       ?
?p,
q0,
q?,
Gа,
NТ,
       ?T
     ?к
      ?t

   бар
  кДж/кг
  кДж/м3
    кг/с
    кВт












    4,28
   15,67
  105,15
   2488
   0,105
    3,07
    3,58
  5,118
   0,699









     Принимая перегрев на всасывании в компрессор ?C () определим уточненные значения параметров в узловых точках холодильного цикла, а также его уточненные характеристики.
     
Таблица 10 – Параметры цикла в основных точках уточненного парокомпрессионного холодильного цикла для R404A



      1
     1’
     2
      3
     4
      5
      6
      7









p, бар
   4,77
   4,77
 20,44
    20,44
    20,44
   20,44
     4,77
    4,77









t, °C
     -3
      4
  61,15
       45
   44,69
    40,69
    -7,32
      -7









i, кДж/кг
 366,03
 372,61
  403,38
   380,67
  267,73
  260,88
  260,88
   362,25










Таблица 11 – Характеристики уточненного парокомпрессионного цикла для R404A


     ?
?p,
q0,
q?,
Gа,
NТ,
     ?T
     ?к
      ?t

    бар
  кДж/кг
  кДж/м3
  кг/с
    кВт












  4,28
   15,67
  105,15
   2391
  0,105
   3,22
    3,42
  5,118
    0,668










2.2.3 Хладагент R134А

Таблица 12 – Параметры цикла в основных точках парокомпрессионного холодильного цикла для R134А



      1
       2
       3
        4
       5
        6
        7








     p, бар
    2,25
    11,60
   11,60
   11,60
    11,60
     2,25
     2,25








       t, °C
     -3
    54,87
      45
       45
      41
       -7
      -7








  i, кДж/кг
  397,79
   432,67
   421,44
   263,90
  257,91
   257,91
  394,37









Таблица 13 – Характеристики парокомпрессионного цикла для R134А

       ?
?p,
q0,
q?,
Gа,
NТ,
       ?T
     ?к
      ?t

   бар
  кДж/кг
  кДж/м3
    кг/с
    кВт












   5,14
    9,34
  139,88
   1540
   0,079
    2,74
   4,01
  5,118
  0,784










     Принимая перегрев на всасывании в компрессор ?C, определим уточненные значения параметров в узловых точках холодильного цикла, а также его уточненные характеристики.
     
Таблица 14 – Параметры цикла в основных точках уточненного парокомпрессионного холодильного цикла для R134А


      1
     1’
     2
      3
     4
      5
      6
      7









p, бар
   2,25
  2,25
11,60
  11,60
11,60
  11,60
   2,25
   2,25









t, °C
     -3
     7
 72,74
     45
    45
    41
    -7
    -7









i, кДж/кг
 397,79
 406,36
452,21
421,44
263,90
 257,91
 257,91
 394,37










Таблица 15 – Характеристики уточненного парокомпрессионного цикла для R134А


     ?
?p,
q0,
q?,
Gа,
NТ,
     ?T
     ?к
      ?t

    бар
  кДж/кг
  кДж/м3
  кг/с
    кВт












  5,14
   9,34
  139,88
   1470
0,079
  2,88
  3,82
  5,118
    0,736











2.2.4 Хладагент R717

Таблица 16 – Параметры цикла в основных точках парокомпрессионного холодильного цикла для R717


      1
       2
       3
        4
       5
        6
        7








     p, бар
    4,97
   21,03
    21,03
    21,03
    21,03
     4,97
     4,97








       t, °C
     -3
   54,48
       45
    44,96
    40,96
    -7,02
      -7








  i, кДж/кг
  362,21
   390,75
   376,73
   268,34
   261,42
   261,42
   358,43









Таблица 17 – Характеристики парокомпрессионного цикла для рабочего вещества R717

       ?
?p,
q0,
q?,
Gа,
NТ,
       ?T
     ?к
      ?t

   бар
  кДж/кг
  кДж/м3
    кг/с
    кВт












    4,23
  16,06
  100,79
   2528
  0,109
    3,11
    3,53
  5,118
  0,690










     Принимая перегрев на всасывании в компрессор ?C () определим уточненные значения параметров в узловых точках холодильного цикла, а также его уточненные характеристики.

Таблица 18 – Параметры цикла в основных точках уточненного парокомпрессионного холодильного цикла для R717



      1
     1’
     2
      3
     4
      5
      6
      7









p, бар
    4,97
  4,97
 21,03
    21,03
    21,03
    21,03
     4,97
     4,97









t, °C
     -3
     3
 59,56
      45
    44,96
    40,96
    -7,02
      -7









i, кДж/кг
  362,21
 367,86
 397,58
   376,73
  268,34
   261,42
   261,42
   358,43










Таблица 19 – Характеристики уточненного парокомпрессионного цикла для рабочего вещества R717


     ?
?p,
q0,
q?,
Gа,
NТ,
     ?T
     ?к
      ?t

    бар
  кДж/кг
  кДж/м3
  кг/с
    кВт












   4,23
  16,06
  100,79
   2442
  0,109
    3,24
   3,39
  5,118
  0,662










	

         2.3 Одноступенчатый цикл с рекуператором

	2.3.1 Хладагент R410A

     Поскольку мы знаем температуры кипения и конденсации, легко найти значения давлений в цикле: 
     
     
     Точка 1:
     Точка 1 на диаграмме соответствует состоянию рабочего вещества на выходе из воздухоохладителя с учетом перегрева и всасыванию в компрессор.

					?C
   Зная два параметра точки 1 можно определить остальные параметры в  точке:
						
     Точка 1’:
     Температуру точки 1’ определяем, как температуру на входе в компрессор с учетом перегрева от теплой жидкости, принимая во внимание минимальную разность температур в рекуператоре.
?C
   Зная два.......................