Расчёт холодильной парокомпрессионной установки средствами CoolPack

для раздела Блоги
Disclaimer: Эта статья не претендует на звание “фреонка для чайников” или же “F.A.Q. по HVAC терминам”. Задача статьи - ознакомить читателя, в достаточной мере владеющего материалом, с основными методами расчета холодильных машин.

Понять механизм расчёта системы, не зная основных принципов ее работы - невозможно. Я не собираюсь пока рассказывать о компрессорах, конденсаторах и прочем железе. Только теория.

(кликните по картинке для увеличения)

стандартный холодильный цикл
Идеализированный цикл отображен на P-h диаграмме. Процессы:
1-2 изоэнтропное повышение давления
2-3 изобарное охлаждение и конденсация хладагента
3-4 изоэнтальпное понижение давления
4-5 испарение хладагента
5-1 нагрев хладагента

В школе нас учили, что, для того, чтобы посчитать теплоту, подведенную к телу, надо знать теплоемкость и разность температур, скромно замалчивая что теплоемкость непостоянна, да и давление тоже может меняться… Если имеется фазовый переход второго рода, то надо знать теплоту этого перехода… Для упрощения подобного рода расчётов было введено понятие энтальпии [h], как количества внутреннего тепла. Если вкратце, то вне зависимости от температуры, давления, фазового состояния вещества – разность энтальпий будет равна теплоте, подведенной (или отведенной) от тела.
Соответственно, легко видеть, что удельная теплота отводимая конденсатором (q1) численно равна разности энтальпий в точках 2 и 3 ( в дальнейшем, h2-h3). Для испарителя, удельная отводимая теплота, т.е. удельная холодопроизводительность системы (q0), составит h4-h5. Полученное отрицательное значение фактически указывает на то, что тепло поглощается. Процесс дросселирования не сопровождается подводом или отводом тепла или же совершением работы, соответственно, h3-h4 = 0

Программа из пакета CoolPack, позволяющая рассчитать основные свойства популярных хладагентов. После запуска программы:

(кликните по картинке для увеличения)

Refrigerant calculator
Из списка хладагентов [refrigerant:] выбираем нужный. На картинке это R22. Далее, для более наглядного ввода данных выбираем температуру в [°С], а давление в [Bar]. В ряд выстроены области для ввода/вывода данных о температуре, давлении, удельном объёме, энтальпии, энтропии и величин категории “прочие”.
Важно! Несмотря на название, давление выводится в атмосферах, не в Барах!
Группа кнопок под названием [Sat. Gas] позволяет найти давление насыщения в зависимости от температуры [T(p)] или наоборот [p(T)].
Группа кнопок [Saturated liquid] определяет параметры хладагента на линии «жидкость».
Группа кнопок [Gas] позволяет найти параметры хладагента в любом состоянии, включая перегретый пар, газ, переохлажденную жидкость.
Один из интересующих нас параметров – энтальпия на входе в испаритель. Так как она численно равна энтальпии жидкости на входе в дроссель, единственный параметр определяющий h3=h4 это температура (давление) конденсации. Для отвода тепла с поверхности конденсатора нужен некоторый тепловой напор между ним и окружающей средой. Чем больше будет этот напор, тем больше теплоты сможет отвести конденсатор. Тем выше будет его мощность. Мощность популярных конденсаторов Lu-Ve определена для теплового напора 15K. Таким образом, температура конденсации будет выше комнатной на 15К. Взяв в качестве комнатной, температуру +30°С получим, что температура конденсации составит +45°С, соответственно в крайнее левое поле вводим 45. Давление, выводимое в соседнее поле по кнопке [p(T)] составит 17.29 атм. Теперь, для нахождения энтальпии жидкости жмём кнопку [h(T)] в группе [/b][Saturated liquid][/b] и получаем ее значение в четвертом слева поле. Записываем это значение и как h3 и как h4.
Второй интересующей нас энтальпией является энтальпия насыщенного пара на выходе из испарителя. Для нахождения её, необходимо ввести температуру испарения хладагента, определить для этой температуры давление и нажать кнопку [h(T,p)] в группе [Gas]. Записываем значение энтальпии как h5. Теперь возможно определение удельной холодопроизводительности как q0=h5-h4. Разделив требуемую холодопроизводительность [Q] в кВт на [q0] – мы получаем массовый расход хладагента [G]. Для определения объемных характеристик компрессора – находим удельный объём газа на входе в компрессор [v]. Для этого, не меняя давление обратного потока, вводим температуру газа на входе в компрессор. По стандартам ASHRAE эта температура составляет +32°С. Жмём кнопку [v(T,p)] и записываем v. Объемный расход хладагента в час [V0] составит G*v*3600. Измеряется в кубометрах в час. Так как компрессор сжимает не идеально, используется коэффициент подачи [lambda]=0.8-0.02*[pik], где [pik] – степень сжатия компрессора, численно равная отношению давления конденсации к давлению испарения. Разделив V0 на lambda получаем описанный объем компрессора, требуемый для обеспечения Q на выбранном температурном уровне.
Логично, что выбирая компрессор следует добавлять некоторый запас по описанному объему. Я рекомендую воспользоваться коэффициентом запаса равным 1.2
Для расчёта конденсатора следует определить h2. Полагая сжатие изоэнтропным, т.е. идеальным, для уже введенной температуры на входе в компрессор и давлении обратного потока жмём [s(T,p)], получая значение энтропии на входе в компрессор. Изменяем давление на давление конденсации и жмём [T,v(s,p)] и [h(T,p)], после чего записываем энтальпию h2. Теплота отводимая конденсатором [Q1] соответственно будет равна G*(h2-h3).
Telegram-канал @overclockers_news - это удобный способ следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Оценитe материал

Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают