Снижение удельного энергопотребления бытового холодильника путем оптимизации процесса конденсации хладагента



Одними из основных потребителей электроэнергии в быту, являются бытовые холодильные приборы (БХП).

В государственной программе РФ «Энергоэффективность и развитие энергетики» [1], предусматривается повышение требований к энергоэффективности вновь создаваемым и эксплуатируемым потребителям электроэнергии, к которым относятся и БХП.

Европейским стандартом EN 16001:2009, принятым в большинстве стран Европы, регламентированы требования к энергопотреблению используемых и разрабатываемых приборов, в том числе и требования к энергопотреблению бытовых холодильников.

При весьма большом парке эксплуатируемых бытовых холодильников, вопросы снижения их удельного энергопотребления являются актуальными.

Исследования, посвященные вопросам увеличения энергоэффективности БХП [2] показали, что этот показатель может быть уменьшен на 8–10 % путем интенсификации теплоотдачи конденсатора.

Увеличение интенсивности охлаждения хладагента в конденсаторе приводит к снижению давления на выходе из компрессора, что обуславливает снижение удельного энергопотребления холодильника [3,4].

Теоретически изменение холодильного цикла компрессионного холодильника при изменении интенсивности охлаждения конденсатора БХП может быть представлено на диаграмме холодильного цикла, приведенной на рисунке 1.

На диаграмме пунктиром показан процесс холодильного цикла при относительно невысокой интенсивности теплоотвода от конденсатора и сплошной линией показан процесс при интенсивном охлаждении хладагента в конденсаторе.

Рис. 1. lg P-h диаграммы при различной степени интенсивности охлаждения хладагента

Увеличение интенсивности охлаждения конденсатора приводит к заметным изменениям в холодильном цикле:

– повышению холодопроизводительности, q;

– понижению теплового эквивалента работы компрессора, Aw.

Как известно [5], удельное (суточное) энергопотребление бытового холодильного прибора (Е) определяется выражением:

, кВт·ч/сут,

где — тепловая нагрузка на конденсатор, Вт;

— удельная холодопроизводительность.

Таким образом, увеличение интенсивности охлаждения конденсатора обеспечивает снижение удельного энергопотребления бытового холодильника [6].

В бытовых компрессионных холодильниках тепло от конденсатора передается окружающему воздуху, в большинстве конструкций холодильников, путем естественного теплообмена, или путем обдува его поверхности вентилятором [7], или путем использования, так называемого испарительного охлаждения конденсатора [8]. Известны также технологии, когда вентилятор используется для охлаждения и конденсатора и компрессора холодильного агрегата [9].

Согласно разработкам [10] охлаждение конденсатора может быть осуществлено путем увлажнения его поверхности водой из мелкодисперсионных форсунок с приводом. Использование такого способа охлаждения поверхности конденсатора позволяет увеличить интенсивность охлаждения хладагента, позволяет упростить конструкцию, снизить удельное энергопотребление холодильника.

Увеличить интенсивность охлаждения конденсатора можно также за счет испарения талой воды на поверхности конденсатора [11].

При реализации этого способа талая вода после вывода её из холодильного шкафа направляются по каналу в желобок, закрепленный на поверхности компрессора. В средней части желобка находится трубка змеевика конденсатора, при этом вода самотеком стекает по наклонным коленам желобка, увлажняя его поверхность и трубки конденсатора. Использование талой или другой воды для охлаждения конденсатора позволяет эффективно реализовать испарительное охлаждение, что напрямую связано с увеличением эффективности охлаждения хладагента в конденсаторе и увеличением холодильного коэффициента.

Известно также оригинальное техническое решение по охлаждению поверхности конденсатора, когда конденсатор выполняется подвижным [12].

Обдув поверхности конденсатора в этом решении обеспечивается за счет колебательных движений плоскости конденсатора, закрепленного консольно в нижней части холодильного шкафа. В режиме резонансных колебаний затраты энергии на охлаждение поверхности конденсатора минимальны.

Таким образом, повышение эффективности охлаждения конденсатора БХП может быть обеспечено:

– увеличением интенсивности естественной конвекции за счет формы и оребрения змеевика конденсатора;

– использованием вентиляторов для обдува поверхности конденсатора;

– использованием талой воды, направляемой на поверхность конденсатора;

– при естественном конвективном теплообмене после увлажнения;

– при принужденной конвекции под воздействием потока воздуха от вентилятора;

– при принужденной конвекции под воздействием потока воздуха, обусловленного колебаниями плоскости конденсатора;

– при увлажнении поверхности конденсатора из мелкодисперсионных форсунок;

– при воздействии на поверхность конденсатора воздушно-водяной смесью, с регулированием влажности поверхности конденсатора;

– увлажнением одновременно поверхности конденсатора и компрессора.

Для определения оптимального способа и алгоритма рационального охлаждения поверхности конденсатора в настоящее время исследуются методы интенсификации процесса конденсации хладагента в бытовых холодильных приборах.

Литература:

1. Государственная программа Российской Федерации «Энергоэффективность и развитие энергетики» (утв.постановлениемПравительства РФ от 15 апреля 2014 г. № 321)
2. Вейнберг Б. С. Бытовые компрессионные холодильники / Б. С. Вейнберг, Л. Н. Вайн. — М.: Пищевая промышленность, 1974. — 272 с.
3. Лемешко М. А. Увеличение интенсивности теплообменных процессов конденсатора компрессионного холодильника / Лемешко М. А. // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. — 2014. — № 12. — С. 65–69.
4. Лемешко М. А., Кожемяченко А. В., Урунов С. Р. Зависимость энергетической эффективности компрессионного холодильника от способа охлаждения его конденсатора / Лемешко М. А., Кожемяченко А. В., Урунов С. Р. // Технико-технологические проблемы сервиса. 2014. — № 4 (30). — С. 58–60.
5. Кожемяченко А. В. Снижение энергопотребления бытового холодильного прибора путем интенсификации охлаждения конденсатора / Кожемяченко А. В., Лемешко М. А., Рукасевич В. В., Шерстюков В. В. // Инженерный вестник Дона. — 2013. — Т.24. — № 1. — С.60 -65
6. Лемешко М. А. Технологии повышения энергетической эффективности бытовых холодильных приборов / Лемешко М. А. // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. — 2014. — № 13. — С. 188–196.
7. Пат. № 2458291 Российская Федерация, F25B1/00, F25B39/04 от 13.11.2010г. Способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника / Лемешко М. А., Петросов С. П., Кожемяченко А. В., Алехин С. Н., Лалетин В. И., Корниенко Ф. В., Петросов Р. С., Лемешко А. М. Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС». –№ 2010146366/06, заяв. 13.11.2010 г.; опубл. 25.05.2012 г.
8. Лемешко М. А., Урунов С. Р., Головина Е. И. Использование испарительного охлаждения для увеличения энергетической эффективности бытового холодильника. / Лемешко М. А., Урунов С. Р., Головина Е. И. // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. — 2015. — № 1 (103). — С. 114–116.
9. Пат. № 2511804 Российская Федерация, МПК F25B 1/00, F25B 31/00, F25B 39/04, F25B 49/02 от 10.04.14 г. Способ охлаждения герметичного компрессорно-конденсаторного агрегата компрессионного холодильного прибора / М. А. Лемешко, С. П. Петросов, Ф. В. Корниенко, В. А. Аристархов, Ю. П. Кривоносов, Е. А. Рабичев.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС». –№ 2012122751/06; заяв. 01.06.2012 г.; опубл. 10.12.2013 г., бюл. № 10. –7 с.
10. . Пат. № 2455586 Российская Федерация, МПК F25B49/02, F25B1/00, F25B39/04 от 29.11.2010 г. Способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника (варианты) / Лемешко М. А., Русляков Д. В., Корниенко Ф. В., Пахнюк В. А., Соколов Д. В., Лалетин В. И. Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС». –№ 2010148815/06, заяв. 29.11.2010; опубл. 10.07.2012 г.
11. Пат. Российская Федерация № 2521424, МПК F25B49/02, F25D29/00 27.06.2014 г. Способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника / Лемешко М. А., Кожемяченко А. В., Рукасевич В. В., Шерстюков В. В., Романова М. И., Дейнека И. Г., Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС». –№ 2013111167/06, 12.03.2013 г., заяв 12.03.2013 г.; опубл. 27.06.2014 г.
12. Пат. № 2570533 С1 Российская Федерация, МПК F25D11/02. Бытовой холодильник с подвижным конденсатором / Лемешко, М. А., Кожемяченко, А. В., Урунов, С. Р.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ДГТУ». –№ 2014154241/06,; заяв. 29.12.2014; опубл. 10.12.2015 Бюл.№ 34