Холодильные системы с использованием экономайзера

Теоретические основы экономии 

Спиральные компрессоры COPELAND SCROLL™ ZF*EVI и ZF Summit имеют конструктивную возможность использовать экономайзер с последующим сжатием образовавшегося пара. Применение экономайзера может обеспечить прирост холодопроизводительности и СОР по сравнению с обычным холодильным циклом. 

Технология впрыска пара дает наилучшие результаты при низких температурах кипения, где рост холодопроизводительности и СОР нужнее всего. Такая технология зачастую позволяет для заданной тепловой нагрузки использовать компрессор значительно меньшего размера. Кроме того, впрыск пара обеспечивает дополнительное охлаждение, что расширяет рабочий диапазон компрессора, позволяя ему работать в низкотемпературных условиях при высоких степенях сжатия. 

экономайзер.png

В простейшем случае схемное решение выглядит так, как показано на рис. 1. 

Часть сконденсированной жидкости " i " через ТРВ поступает в противоточный пластинчатый теплообменник (экономайзер), где испаряется, переохлаждая при этом основной поток жидкости " m ". Перегретый пар из экономайзера впрыскивается в камеру сжатия спирального компрессора в промежуточной точке процесса сжатия. Переохлаждение жидкости в экономайзере увеличивает холодопроизводительность испарителя и всей холодильной системы вследствие понижения температуры жидкости и соответственно ее энтальпии. Акцентируем эту мысль: холодопроизводитель- ность системы повышается в связи с увеличением разности энтальпий между переохлажденным жидким хладагентом на входе в испаритель и перегретым паром на выходе из него. Дополнительный массовый поток i также увеличивает отбор тепла в конденсаторе. 

Энергоэффективность такой системы выше, чем у обычной системы той же мощности, поскольку при использовании экономайзера часть холодопроизводительности генерируется с меньшими затратами энергии из-за того, что часть пара сжимается до давления конденсации не с низкого давления кипения, а с более высокого промежуточного давления впрыска. Эффект достигается за счет добавления в процесс сжатия пара с промежуточным давлением и температурой, которая контролируется с помощью ТРВ экономайзера. Конструктивные особенности таких компрессоров, позволяющие реализовать цикл с экономайзером, неоднократно описывались ранее, поэтому не будем на них останавливаться и перейдем непосредственно к экономическому эффекту от их применения. 

Экономия в цифрах и графиках 

Прирост холодопроизводительности модельного ряда компрессоров ZF*EVI и ZF Summit (R404A, t 0 /t к = –35/+40 о C) с экономайзером достигает в среднем 46 % (рис. 2). 

экономайзер экономия.png


Пример. (приведённые цены указаны на момент написания данной статьи и могут отличатся в любую сторону на момент прочтения)

Требуемая холодопроизводительность составляет 6 кВт при условиях: R404A, t 0 = –35 о C; t к = +40 о C; Sc = 2 K, Sh = 15 K. 

Применяя спиральные компрессоры модельного ряда ZF, требуемую холодопроизводительность можно получить двумя способами:

  • компрессор ZF34K5E-TFD без впрыска пара холодопроизводительностью 6,05 кВт (стоимость по прайс-листу 3505 евро); 
  • компрессор ZF18KVE-TFD EVI с впрыском пара холодопроизводительностью 5,93 кВт (стоимость по прайс-листу 2743 евро). 

Компрессор с впрыском пара, имея ту же холодопроизводительность, стоит на 762 евро, или на 28%, дешевле, чем компрессор без впрыска пара. 

Увеличение холодильного коэффициента СОР спиральных компрессоров модельного ряда ZF*EVI и ZF Summit с экономайзером проиллюстрировано на рис. 3. 

экономайзер экономия 3.png

В среднем прирост СОР при вышеописанных условиях составляет 26%. Понятно, что стоимость электроэнергии в нашей стране существенно за- висит от региона и потребителя, но тем не менее целесообразно продемонстрировать читателям на конкретном примере снижение эксплуатационных расходов. Для компрессоров из приведенного выше примера и при тех же условиях работы получим: 

  • компрессор ZF34K5E-TFD без впрыска пара: расход энергии – 27015 кВт·ч в год, стоимость энергии – 1350 евро; 
  • компрессор ZF18KVE-TFD EVI с впрыском пара: расход энергии – 27015 кВт·ч в год, стоимость энергии – 1093 евро. 
В расчетах коэффициент использования времени составлял 0,6; условную стоимость электроэнергии принимали 0,05 евро за 1 кВт·ч. У кого-то электро- энергия дороже, у кого-то дешевле принятого значения, но важно отметить, что экономия электричества на одном компрессоре составила 23%, или 257 евро, в год. 

Сравним СОР компрессоров ZF*EVI и ZF Summit с популярными на рынке моделями конкурентов, как это сделано на рис. 4. 

экономайзер экономия 4.png

Компрессоры ряда ZF*EVI и ZF Summit с экономайзером имеют ощутимое превосходство в энергоэффективности по сравнению с конкурентами, которые по причинам особенности своих конструкций лишены этой счастливой возможности.

Компрессорные станции Понятно, что в случае использования несколь- ких компрессоров ZF*EVI и ZF Summit в составе компрессорной станции экономия электроэнергии кратно увеличивается, а инвестиционные расходы существенно уменьшаются. Возможно несколько схемных решений, каждое их которых обладает собственными достоинствами и недостатками, как, на- пример, схемы с индивидуальным (по теплообменнику на каждый компрессор) и общим экономайзером. Рассмотрим схему с общим экономайзером (рис. 5).

экономайзер экономия 5.png

 В качестве расширительного устройства для общего экономайзера рекомендуется применять электронный расширительный вентиль (ЭРВ) (см. рис. 5). Трубопровод впрыска пара для каждого компрессора должен быть оснащен индивидуальным электромагнитным клапаном (ЭК), чтобы иметь возможность перекрыть впрыск пара, когда компрессор выключен. Это необходимо, чтобы избежать попадания в него большого количества жидкости во время стоянки. Тот факт, что применение экономайзера позволяет в этом случае уменьшить число компрессоров, а следовательно, и первоначальные инвестиции в холодильную систему.

Как отмечено в статье, компрессоры COPELAND SCROLL™ ZF с экономайзером имеют существенные преимущества по сравнению со своими аналогами и конкурентами. 

Основные преимущества в случае их применения в низкотемпературном компрессорно-конденсаторном агрегате (ККА) или компрессорной станции (КС) следующие: 

  • требуется компрессор меньшей холодопроизводительности (для ККА); 
  • можно использовать меньшее число компрессоров (для КС); 
  • конденсатор может быть меньшего размера; 
  • сокращаются габариты и масса ККА и КС; • снижается уровень шума; 
  • существенно повышается энергоэффективность (СОР). 
Таким образом, применение экономайзера с компрессорами ZF*EVI и ZF Summit в низкотемпературных холодильных системах обеспечивает существенное снижение как капитальных затрат, так и эксплуатационных расходов. 

Возникли вопросы?

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!
Наверх