Способы производства искусственного холода

Снабжение технологических потребителей холодом осуществляется от холодильных машин и установок.

Холодильной машиной называется комплекс оборудования, обеспечивающий поддержание температуры окружающей среды.

Холодильная установка (станция) представляет собой комплекс машин и аппаратов, используемых для получения и стабилизации в охлаждаемых объектах температур ниже, чем в окружающей среде. Установка состоит из одной или нескольких холодильных машин, оборудования для отвода теплоты в окружающую среду, системы распределения и использования холода [ ].

Централизованный способ производства искусственного холода предполагает применение единого комплекса машин и аппаратов. Установка может включать отдельные агрегатированные холодильные машины или представлять комбинацию холодильного оборудования, имеющего общие или взаимозаменяемые элементы, например блок конденсаторов, ресиверы, коммуникации рабочего тела холодильной машины. В этом случае экономически оправданным является использование системы охлаждения различных объектов промежуточным хладоносителем.

Изолированность контура рабочего тела холодильной машины допускает применение аммиака как наиболее дешевого и термодинамически эффективного рабочего тела.

Для отвода теплоты в окружающую среду обычно применяется система оборотного водоснабжения, которая может быть общей с системой водоснабжения промышленного предприятия.

В целом централизованный способ производства холода обеспечивает высокую степень надежности при меньшем резерве оборудования и меньшей численности обслуживающего персонала. Централизованное расположение холодильных машин облегчает их обслуживание, требует меньших строительных площадей, обеспечивает возможность перераспределения холода по объектам, сооружениям в зависимости от тепловой нагрузки. В то же время при централизованном холодоснабжении значительны потери теплоты при транспортировании холодоносителя, возможны утечки хладагента, теплоносителя и т.д.

К преимуществам централизованных систем относят: возможность непосредственного охлаждения, возможность получать различные температуры в различных объектах с минимальными затратами энергии.

При небольших тепловых нагрузках, разбросанности объектов охлаждения, а также при непосредственном включении элементов холодильного цикла в схему основного производства целесообразно использование децентрализованного

способа производства холода с непосредственным охлаждением объектов рабочим телом холодильной машины. При этом несколько снижаются энергетические затраты.

Классификация холодильных машин

Холодильные машины классифицируются по следующим основным признакам:

- способу получения холода;

- способу сжатия хладагента;

- виду холодильных агентов;

- числу контуров циркуляции;

- конструкции компрессора и числу ступеней сжатия.

По способу получения холода холодильные машины можно разделить на паровые, в которых используются процессы фазовых превращений хладагента; газовые (воздушные), использующие эффект снижения температуры газа при его расширении; термоэлектрические, реализующие термоэлектрический эффект.

В зависимости от способа сжатия холодильного агента холодильные машины подразделяются на компрессорные, пароэжекторные и абсорбционные.

В компрессорных машинах сжатие осуществляется с помощью компрессоров, использующих механическую энергию.

Пароэжекторные и абсорбционные машины в качестве источников энергии используют теплоту относительно низкого потенциала – горячую воду, отходящие газы, отработанный пар, имеющие температуру выше окружающей среды.

В термоэлектрических машинах используется непосредственно электрическая энергия.

Компрессорные холодильные машины в зависимости от агрегатного состояния холодильного агента, с помощью которого осуществляются рабочие процессы цикла, делятся на паровые и газовые. В паровых холодильных машинах рабочее вещество совершает замкнутый обратный круговой термодинамический цикл, меняя свое агрегатное состояние по схеме пар-жидкость-пар. В газовых холодильных машинах агрегатное состояние рабочего вещества не меняется.

По виду холодильного агента паровые холодильные машины разделяются на аммиачные и хладоновые (фреоновые).

Хладоновые машины рассчитаны на работу при температуре кипения от +10 до -30°С, а конденсации до +50°С и при разности давлений конденсации и кипения не более 0,8 МПа (Δр = р_к – р₀).

Аммиачные машины работают при температурах кипения от 0 до -30°С, конденсации до +40°С и разности давлений Δр = 1,2 МПа.

В зависимости от числа ступеней сжатия компрессорные холодильные машины разделяются на одноступенчатые и многоступенчатые. В одноступенчатых машинах пары низкого давления сжимаются компрессором сразу до давления конденсации. При понижении температуры кипения отношение давлений увеличивается, при этом резко возрастают потери производительности компрессора и температура сжатого пара. Поэтому в тех случаях, когда требуется температура кипения ниже -30°С, применяют двухступенчатое сжатие, а при температурах кипения ниже -70°С – трехступенчатое.

В зависимости от числа контуров циркуляции холодильного агента машины могут быть простые и каскадные. Машины с одним контуром циркуляции холодильного агента называются простыми. Машины с двумя или несколькими контурами, по которым циркулируют различные хладагенты, называются каскадными. При этом кипение холодильного агента в верхнем контуре используется для охлаждения и конденсации паров хладагента нижнего контура каскадной машины.

В зависимости от конструкции компрессора различают холодильные машины с поршневыми, винтовыми, ротационными и центробежными компрессорами.