Экономическая и эксергетическая оценка идеализированного цикла судового холодильного оборудования

В статье авторы пытаются дать оценку эксергетического КПД эффективности рабочих процессов судовой холодильной машины. Эксергетический анализ стал одним из самых популярных критериев оценки эффективности тепловых машин и аппаратов в последние годы.Эксергетический КПД баланса позволяет учесть лишь потери из-за необратимости процессов, что является минусом, так как эти потери не всегда являются основными. Если сравнивать теоретически цикл тепловых машин, то все процессы будут являться необратимыми с идеальным циклом Карно. Эксергетический КПД здесь будет равен всегда 100 %. На практике было выявлено, что применения эксергетического КПД показывает отличие его значений и параметров от энергетического КПД.

Ключевые слова: экономический анализ, холодильная установка, эксергетический анализ, фреон, цикл.

Идеализированный (теоритический) обратный цикл является классическим примером обратного цикла и представлен во всех учебных изданиях по термодинамике.

Рис. 1. Принципиальная схема холодильной машины: К- компрессор; Т- турбодетандер Т _ри , Т _хи — теплообменный аппарат на горячем источнике и холодном источнике

Для эксергетического анализа работы судовой холодильной машины на хладагентах были взяты следующие параметры для расчета и сравнительной характеристики: температура кипения -30, -15,0ºС, температура конденсации 30,40, 50ºС, температура перегрева пара на всасывания в компрессоре -10ºС, температура окружающей среды 30ºС. Рабочие хладагенты R22 b R410а, которые циркулируют в установке.

Энергетический КПД холодильной установки:

(1)

-удельный расход электроэнергии в идеальном цикле;

- холодильный коэффициент установки.

Рассмотрим эксергетический КПД теоритеческого обратного цикла с использованием двух походов: разностного и балансового. Эксерегетический баланс цикла холодильной машины с учетом допущений:

(2)

Где e _qx - эксергия, теплового потока «отобранного» от холодильного источника, e _{q Г} - эксергия теплового потока, отданного горячему источнику.

Тогда эксергетический КПД определенный балансовым методом:

Для того, чтобы определить эксергетический КПД разностным методом, рассмотрим определение полезного эффекта.

Для холодильной машины, работающей по теоретическому обратному циклу, полезным эффектом является перенос энергии с одного температурного уровня на другой, т. е. перенос теплоты от холодного источника к горячему источнику, исходя из этого полезный эффект можно выразить [2]:

(4)

Затраченная эксергия будет выражена работой L подведенной к циклу.

Понятие эксергии позволяет четко увидеть неэквивалентность разных видов энергии. На большое количество теплоты в окружающей среде, его техническая пригодность равна нуля, и для его использования необходимо затратить дополнительную энергию. В Таблице 1 приведены сравнительные данный холодильной машины при неизменной температуры кипения и различных температуры конденсации R22, К410А в электродвигатели (dэм), компрессоре (dкм), конденстаторе (dк), регулирующем вентиле (dр.в).

Таблица 1

Изменения потерь эксергии в зависимости от температуры конденсации

Эксергетический анализ технических систем позволяет дать более актуальные сведенья о степени совершенства технологии, по сравнению с анализом, основанном на энергетическом КПД. Учет потерь эксергии при необратимом теплообмене показывает, что на самом деле это величина составляет более 50 % [3]. Сведем данные нашего исследования в таблице 2.

Таблица 2

С ростом температуры конденсации происходит рост потерь эксергии в конденсаторе для всех исследуемых хладагентов. Следует отметить, что R410А имеет наибольшие потери в конденсаторе во всем диапозоне изменения температуры конденсации. Видно также, что при увеличении температуры конденсации растут и суммарные потери эксергии в компрессоре и электродвигателе. Потери при работе на хладагенте R410A на 9–14 % больше, чем при работе на R22.

Расчет основных технико-экономических показателей. Данные для расчета возьмем в таблице 3.

Таблица 3

Основные производственные фонды

Расчет годовой выработки холода.

Годовую выработку холода определяется по формуле (5):

Q _{холод. год} = УQ _о ×Т, (кДж) (5)

Где:

Q — годовая выработка холода,

УQ _{о —} суммарная рабочая холодопроизводительность компрессов в стандартном режиме,

где

525 — рабочая холодопроизводительность компрессора.

Т = 22×360 = 7920 (ч)

Qхолод = 525×7920 = 4047120 (кДж/год)

Расчет капитальных затрат.

Расчет капитальных затрат определяется по формуле (6):

Кап. зат. = Соб+ Странс +Смон+ Сстр. раб. (руб) (6)

Где:

Соб — стоимость оборудования

Странс — стоимость транспортно-заготовительных расходов,руб.

Сстр. раб. — стоимость строительных работ, устройство фундамента оборудования

Кап. зат. = 6317841+94767,61+315892,05+221124,43+58320000 = 65269625,09 руб.

Литература:

1. Ерофеев В. Л., Жуков В. А., Энергетический и эксергетический подходы к оценке повышения эффективности судовых холодильных установок. Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала Макарова 9.5. — 2017 г.

2. Кошкин H. H. Холодильные машины: Учебн. для втузов по специальности «Холодильные машины и установки» // H. H. Кошкин, И. А. Сакун, Е. М. Бамбушек и др.; Под общ. ред. И. А. Сакуна. — Л. Е. Машиностроение, 1985. — 510 с.

3. Мельцер М. И. Методы термодинамической оценки теоретических и действительных циклов холодильных машин // Холодильная техника и технология. Киев. Техника. — 1968. — № 6. — С. 27–32.