Эффективность использования аккумуляторов естественного холода в составе холодильной установки
 
            В связи с ростом дефицита и цен на энергоносители проблемы энергоснабжения приобретают всю большую актуальность. Снижение энергопотребления холодильной установки во многом определяется на этапе проектирования холодоснабжения конкретного объекта путем выбора схемы, подбора оборудования и алгоритма работы. Применение в составе холодильной установки аккумуляторов естественного холода является одним из современных эффективных способов снижения энергозатрат на выработку холода. Для оценки использования такой возможности были проведены некоторые ориентировочные расчеты, которые позволили оценить перспективы использования естественного холода для систем холодоснабжения. 
             Холодильные установки является крупными потребителями энергии в статье анализируется возможность сокращения затрат на производство холода за счет включения в схему холодильной установки аккумуляторов естественного холода.
             В связи с ростом дефицита и цен на энергоносители проблемы энергоснабжения приобретают всю большую актуальность. Холодильный агрегат потребляет много энергии и рассчитывается на температурные режимы летнего периода с тяжелыми условиями работы холодильной установки при высоких температурах конденсации и большом потреблении энергии.Снижение энергопотребления во многом определяется на этапе проектирования конкретного объекта путем выбора схемы, подбора оборудования и алгоритма работы. Применение в составе холодильной установки аккумуляторов холода является одним из современных эффективных способов снижения энергозатрат на выработку холода.
Наиболее широко используются аккумуляторы искусственного холода. Однако, все большее применение находят холодильные машины, позволяющие использовать естественный холод, аккумулированный в холодное время года.
            В Беларуси территория имеет продолжительный зимний период в течение года. Низкие зимние температуры и относительно долгая мерзлота являются неиссякаемыми источниками естественного холода. При их использовании значительно сокращаются энергетические расходы на производство холода холодильными установками, что в конечном итоге повышает экологическую безопасность холодильных систем.
            Наиболее широко используются аккумуляторы искусственного холода. Однако, все большее применение находят установки, позволяющие использовать естественный холод, аккумулированный в холодное время года.Переохлаждение жидкого хладагента после конденсатора существенный способ увеличения холодопроизводительности холодильной установки. Понижение температуры переохлаждаемого хладагента на один градус соответствует повышению производительности нормально функционирующей холодильной установки примерно на 1%, при том же уровне энергопотребления.
В используемом в настоящее время для этих целей регенеративном цикле переохлаждение хладагента связанно с увеличением работы цикла. Поэтому степень переохлаждения имеет определенные ограничения.
             Этого можно избежать, используя внешний источник отвода теплоты для переохлаждения жидкого хладагента до терморегулирующего вентиля. Одним из таких источников может стать естественный холод, аккумулированный в зимний период.
             Для оценки использования такой возможности были проведены некоторые ориентировочные расчеты, которые позволили оценить перспективы использования естественного холода для холодоснабжения.
             Расчеты проводились для холодильной установки с воздушным конденсатором, работающей на R404a в климатических условиях города Магадана, для которого температура наружная расчетная tн.р=21°С, температура конденсации tк=34°С перепад температур между теплообменивающимися средами в конденсаторе составлял 13°С. Температура источника холода принималась равной +2°С. В период работы холодильной установки с использованием аккумулированного холода были включены месяцы с температурой окружающей среды tо.с >10°С. Для условий г. Магадан такой период составляет 3 месяца.
             Эффективность применения естественного холода определялась при сопоставлении показателей работы холодильной установки без аккумулятора холода и холодильной установки с аккумулятором естественного холода, функциональные схемы которых представлены на рис.1.
 холодильная установка с аккумулятором холода

                                  а)                                                                                                б)
Рис.1 Функциональные схемы холодильных установок
а – без аккумулятора холода; б – с аккумулятором холода;
1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – ТРВ; 4 – охлаждаемый объект; 5 –теплообменник; 6 – аккумулятор естественного холода; 7 – насос.
 
Для сравнения был и выбраны следующие показатели: приведенные затраты, энергозатраты и требуемая теоретическая объемная подача компрессоров.
При использовании аккумулятора естественного холода переохлаждение холодильного агента Δt составляло 24°С, а для традиционного схемного решения - Δt = 4 ° С.
Приведенные затраты ПЗ определялись как:
 
                                    ПЗ = (Цк + Цкд + Цт.о. + Цн + Цб) * 0,15 + (Nк + Nкд) * tгод * Цэл + Nн * tн * Цэл
 
где,  Цк    - цена централи, руб.;
         Цкд   - цена конденсатора, руб.;
         Цт.о. - цена теплообменника, руб.;
         Цн    - цена насоса, руб.;
         Цб    - цена бака аккумулятора, руб.;
         Nк      - потребляемая мощность компрессора, кВт;
         Nкд   - потребляемая мощность конденсатора, кВт;
         Nн    - потребляемая мощность насоса, кВт;
         tгод    - время работы установки за год, сек;
          tн      - время работы насоса, сек;
          Цэл   - цена электроэнергии, руб. /(кВт∙ч);
Эффективность применения аккумуляторов естественного холода была определена для среднетемпературной холодильной установки с температурой кипения t0=-10°C, для которой результаты расчетов приведены в табл. 1; атак же для низкотемпературной  холодильной установки с температурой кипения t0=-35°C, для которой результаты расчетов приведены в табл. 2.
Таблица 1.
Результаты расчетов для среднетемпературной холодильной установки

Показатели сравнения Теплоприток
 
90 кВт
 
70 кВт
 
30 кВт
 
ПЗ при Δt=4 ⁰С, руб. 1583821 1179672 583642
ПЗ при Δt=24 ⁰С, руб. 1517948 1105382 514216
Разница в ПЗ, руб. 65873 74290 69426
       
Энергозатраты за год при Δt=4 ⁰С, руб. 1402960 1054234 507808
Энергозатраты за год при Δt=24 ⁰С, руб. 1054348 769348 348275
Разница в энергозатратах за год, руб. 348616 284886 159533
       
Требуемая теоретическая объемная подача компрессора при
Δt=4 ⁰С, м3
0,0406 0,0316 0,0135
Требуемая теоретическая объемная подача компрессора при Δt=24 ⁰С, м3
 
0,0328 0,0255 0,0109

 
Таблица 2.
Результаты расчетов для низкотемпературной холодильной установки

Показатели сравнения Теплоприток
 
78 кВт 58 кВт 33 кВт
ПЗ при Δt=4⁰С, руб. 2842320 2128200 1242720
ПЗ при Δt=24⁰С, руб. 2745800 2066880 1036880
Разница в ПЗ, руб. 96520 61320 205840
       
Энергозатраты за год при Δt=4⁰С, руб. 2551560 2128200 1085627
Энергозатраты за год при Δt=24⁰С, руб. 2147720 2066880 789360
Разница в энергозатратах за год, руб. 403840 61320 296267
       
Требуемая теоретическая объемная подача компрессора при
Δt=4⁰С, м3
0,126 0,093 0,053
Требуемая теоретическая объемная подача компрессора при Δt=24 ⁰С, м3 0,099 0,074 0,042

 
             Анализ результатов расчета системы холодоснабжения показывает, что в определенных условиях применение аккумуляторов естественного холода в составе холодильной установки целесообразно как для установок, работающих на среднетемпературный холод, так и для установок, работающих на низкотемпературный холод. При этом уменьшаются приведенные затраты и снижаются расход электроэнергии, а также затраты, связанные с ее потреблением. Использование аккумуляторов естественного холода позволяет, сократит требуемую теоретическую объемную подачу компрессоров, что позволяет снизить стоимость компрессоров и всего холодильного агрегата в целом.