CC BY
29
ТЕХНОЛОГИИ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
УДК 621.565.92.041
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ЗНАЧЕНИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА БЫТОВЫХ КОМПРЕССИОННЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
© 2013 г. А.В. Кожемяченко, С.П. Петросов, М.А. Лемешко, В.В. Рукасевич, В.В. Шерстюков, А.А. Кулишов
Кожемяченко Александр Васильевич - д-р техн. наук, профессор, Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ, г. Шахты E-mail: [email protected]
Петросов Сергей Петрович - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ, г. Шахты. E-mail: petrosov 217 @rambler.ru
Лемешко Михаил Александрович - канд. техн. наук, доцент, Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ, г. Шахты.
Шерстюков Виталий Владимирович - аспирант, Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ, г. Шахты. E-mail: [email protected]
Рукасевич Владимир Владимирович - аспирант, Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ, г. Шахты. E-mail: [email protected]
Кулишов Антон Александрович - аспирант, Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ, г. Шахты.
Kozhemjachenko Alexander Vasilyevich - Doctor of Technical Sciences, professor, Institute of Sphere of Service and Businesses (branch) DCTU, Shahty. E-mail: [email protected]
Petrosov Sergey Petrovich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department, Institute of Sphere of Service and Businesses (branch) DCTU, Shahty. E-mail: petrosov [email protected]
Lemeshko Michael Aleksandrovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, Institute of Sphere of Service and Businesses (branch) DCTU, Shahty.
Sherstyukov Vitaly Vladimirovich - post-graduate student, Institute of Sphere of Service and Businesses (branch) DCTU, Shahty. E-mail: [email protected]
Rukasevich Vladimir Vladimirovich - post-graduate student, Institute of Sphere of Service and Businesses (branch) DCTU, Shahty. E-mail: [email protected]
Kulishov Anton Aleksandrovich - post-graduate student, Institute of Sphere of Service and Businesses (branch) DCTU, Shahty.
Представлены результаты экспериментальных исследований эксплуатационных факторов на энергетическую эффективность работы бытового холодильного прибора.
Ключевые слова: бытовой холодильный прибор; температура; окружающий воздух; температура кипения; холодильный агент; расход; энергетическая эффективность.
Results of experimental researches of operational factors on power overall performance of the household refrigerating device are presented.
Keywords: the household refrigerating device; temperature; air; boiling temperature; the refrigerating agent; the expense; power efficiency.
Бытовые холодильные приборы (БХП), относящиеся к классу малых холодильных машин, в настоящие время находят широкое применение, помимо быта, в различных отраслях сферы сервиса, в торговле и медицине [1, 2]. Они являются одними из основных потребителей электроэнергии в указанных отраслях применения [3, 4].
Одними из основных эксплуатационных факторов, влияющих на увеличение энергопотребления БХП в процессе его эксплуатации, являются температура окружающего воздуха, температура кипения холодильного агента и его количество, циркулирующее в системе холодильного герметичного агрегата (рис. 1) [4]. В настоящие время все номинальные
энергетические параметры БХП указываются в нормативно-технической документации при температуре окружающего воздуха +25 оС. Однако в реальных условиях эксплуатации в последнее время (летний период) температура окружающего воздуха может колебаться в пределах + 40...+43 оС, что соответствует условиям эксплуатации БХП тропического исполнения.
Поэтому актуальной проблемой является определение энергозатрат, необходимых для получения нужного количества холода в БХП нормального исполнения при воздействии эксплуатационных факторов.
Эту проблему можно решить с помощью экспериментальных исследований, которые позволят опре-
делить влияние эксплуатационных факторов на энергетические показатели БХП нормального исполнения.
Методика проведения экспериментальных исследований
Для выполнения экспериментальных исследований разработан стенд, за основу которого принят бытовой холодильник МХМ 1704-ХХ (общий объём шкафа 342 дм3, низкотемпературного отделения 96 дм3). Согласно его паспорту, температура в охлаждаемом объёме холодильного отделения от -1 до +10 оС, в низкотемпературном отделении не выше -18 оС. Герметичная система холодильного агрегата заправлена холодильным агентом R 134а. Номинальный расход электроэнергии при температуре окружающей среды +25 оС - 1,20 кВт-ч/сут.
Схема экспериментального стенда представлена на рис. 2. В холодильный агрегат дополнительно встроены на линии нагнетания перед фильтром-
осушителем регулирующий вентиль (РВ) и дифференциальный манометр, ДФМ с манометром 4, а после конденсатора манометр 2, на линии всасывания -моновакуумметры 1 и 3. На входе, выходе и посередине конденсатора КД, испарителей ИСП1 и ИСП 2 установлены термопары соответственно Ть Т2, Т3, Т5, Т6, Тю, Тц. Термопары установлены также в низкотемпературном отделении (НТО) холодильника - Т9 и Т12, в холодильном отделении (ХО) - Т7 и Т8 и в климатической камере (КК), в которой размещен экспериментальный стенд.
Для поддержания требуемой температуры воздуха в климатической камере установлены электронагреватели ТЭН1 и ТЭН2, кондиционер КНД и вентилятор ВНТ.
Требуемая температура поддерживается автоматически за счет контактных термометров при использовании усилительных устройств УКТ-4, обеспечивающих точность поддержания заданной температуры ± 0,1 К. Скорость окружающего воздуха вокруг экспериментального стенда не превышает 0,25 м/с.
Рис. 1. Влияние эксплуатационных факторов на энергетическую эффективность работы бытовых холодильных приборов
Давление хладона измеряли образцовыми моно-вакууметрами типа МО класса 0,4 по ГОСТ 6521-72.
Температуры металлических поверхностей подсистем холодильного агрегата и воздуха в НТО; ХО и КК определяли с использованием блока медь-константановых термопар Ть.. Т13.
Термопары предварительно тарировали согласно требованиям [5] с построением зависимости цв = f (К) и за результат принимали среднее арифметическое показаний двух термопар.
Показания манометров, моновакууметров и термометров фиксировали согласно правкам, указанным в свидетельствах на данные приборы.
Электрические параметры холодильного прибора замеряли с использованием стенда СХ-1.
При исследованиях регистрировались температуры термопарами Т1...Т13, давление приборами 1...4, расход электроэнергии - электросчетчиком.
НТО и ХО стенда были заполнены пакетами -имитаторами пищевых продуктов в соответствии с ГОСТ 16317-95 «Приборы холодильные электрические бытовые».
Результаты экспериментальных исследований
В результате экспериментальных исследований были получены данные, на основе которых с использованием программы MS Office Excel 2003 построены зависимости (рис. 3 - 7).
Основные данные экспериментальных измерений представлены в таблице.
Рис. 2. Схема экспериментального стенда
10
20 21 30 35 40 44 50
Л Р, кЛа 60
70
ВО
ЭО
100
1 J
■ ■is
„ Л.
i
^ 2
3
-10
-12
-14
-16
-10
Рис. 3. Относительное снижение холодопроизводительности агрегата: 1, 2, 3 - соответственно при температурах кипения хладона 243, 253, 263 К
Данные экспериментальных измерений
То.в, К То, К Дбкл, Вт Ga, кг/с ^эагр ДР, кПа Ng^, кВт с кг
298 263 -0,239 1,619 1,185 0 107,474
298 263 -0,239 1,538 1,128 16,1 111,509
298 263 -0,156 1,543 1,193 0
298 263 -0,182 1,515 1,124 32,2 112,211
298 263 -0,411 1,532 1,184 0
298 263 -0,333 1,472 1,089 48,3 115,49
298 263 -0,211 1,635 1,201 0
298 263 -0,159 1,472 1,081 64,4 112,432
298 263 -0,187 1,606 1,176 0
298 263 -0,343 1,44 1,079 80,5 113,542
298 263 -0,523 1,63 1,197 0
298 263 -0,315 1,414 1,062 96,6 114,215
298 253 -0,494 1,052 0,991 0 132,129
298 253 -0,234 0,982 0,936 16,1 139,511
298 253 -0,338 1,047 0,986 0
298 253 -0,278 0,943 0,899 32,2 143,69
298 253 -0,325 1,061 0,999 0
298 253 -0,169 0,946 0,887 48,3 141,649
298 253 -0,182 1,058 1,00 0
298 253 -0,229 0,914 0,850 64,4 144,967
298 253 -0,304 1,057 1,007 0
298 253 0,226 0,897 0,858 80,5 146,012
298 253 -0,109 1,073 1,012 0
298 253 -0,234 0,886 0,847 96,6 146,163
298 243 0 0,636 0,763 0 180,031
298 243 -0,502 0,587 0,716 16,1 192,504
298 243 -0,234 0,626 0,743 0
298 243 -0,01 0,573 05692 32,2 196,335
298 243 -0,068 0,626 0,754 0
298 243 -0,044 0,547 0,662 48,3 202,925
298 243 0,016 0,631 0,755 0
298 243 -0,109 0,531 0,647 64,4 207,156
298 243 0,044 0,633 0,767 0
298 243 0,039 0,520 0,63 80,5 209,615
298 243 -0,374 0,626 0,753 0
298 243 -0,244 0,51 0,620 96,6 210,784
Относительное снижение холодопроизводитель-ности агрегата представляет собой отношение номинальной холодопроизводительности Qн к холодопро-изводительности агрегата при определенном текущем значении перепада давления AРi на РВ.
Учитывая, что допустимой величиной снижения холодопроизводительности герметичных агрегатов бытовых холодильников является значение QoaгP= 7 % [1], определили предельные значения перепадов давления хладона АРпр, вызывающие изменение его хо-лодопроизводительности ниже допустимого уровня для температур кипения, соответствующим реальным условиям эксплуатации.
Эти значения следующие 44, 35, 20 кПа соответственно при температурах кипения хладона 243, 253, 263 К.
Далее, зная предельно допустимые значения перепадов давлений, определили значения для массовой производительности компрессора Ga (рис. 3).
Предельно допустимые значения Ga, при которых БХП остается работоспособным, составляют: (0,55, 0,95, 1,54)^ 10-3 кг/с соответственно для температур кипения 243, 253, 263 К.
Зная значения Ga, определили влияние массовой производительности на изменение потребляемой мощности холодильного агрегата (рис. 4).
10 20 30 35 40 44 50 60 70 80 90 100 АР, «Па
Рис. 4. Зависимость массовой производительности компрессора от перепадов давлений: 1, 2, 3 - соответственно при температурах кипения хладона 243, 253, 263 К
1.2 1,1 -1
0,9 0.8 0.7 -0,6 -0,5
0,4 0.5 0,6 0,7
0.8 0,9 1 1.1 1,2 Ga,KT-3 кг/с
1.3
1,4
1,5
1,6
1,7
у = -0,B279^ + 2,0758х- 0.2214 л _ J=243 к R* = 0,9934
у = -0,В202^ + 2,1073х- 0.5386 2- Т=253К R2 = 0.9951
у = 0,397^-0,5874х + 1.0957 3 ■ Т=263 К R2 = 0,9917
Рис. 5. Зависимость потребляемой мощности холодильного агрегата от массовой производительности: 1, 2, 3 - соответственно при температурах кипения хладона 263, 253, 243 К 22С п
200
1Э0
т
160
140 ISO loo
-А
X
3 '
4---
—___
' , t , , . , i......I 1 .
0,4 05 0.7 0j8
0ß 1 1.1 Л.7 1.3 1A t.S 1.6 1.7 GMOM кг*
3 - Т=243
у = -30753** + 6(М74>: + 90.199 1 - Т=263 Р!2» О £896
у-712ч4Вх: * 325,5&: • 24,771 2 - Т
к*=о.эез1
Рис. 6. Зависимость электрического холодильного коэффициента от массовой производительности: 1, 2, 3 - соответственно при температурах кипения хладона 263, 253, 243 К
у = -195,38х - 26,793х + 275,95 R2 = 0,9985
Рис. 7. Зависимость удельного расхода электроэнергии от величины массового расхода хладагента: 1, 2, 3 - соответственно при температурах кипения холодильного агента 243, 253, 263 К
Из зависимостей, представленных на рис. 5, определили предельно допустимые значения потребляемой мощности холодильного агрегата Ыэ, которые составили 202, 143, 110 Вт соответственно при температурах кипения хладона 243, 253, 263 К.
Результаты обработки экспериментальных данных показывают, что изменение расхода хладона вследствие воздействия эксплуатационных факторов оказывает наибольшее влияние на снижение энергетической эффективности БХП при более низкой температуре кипения хладагента (Т0=243 К), характерной для современных моделей двухкамерных и трехка-мерных холодильников и морозильников. При температурах кипения хладагента Т0=243, 253, 263 К снижение расхода хладагента вызывает соответствующее снижение электрического холодильного коэффициента. При этом предельно допустимые значения соответственно составляют: 1,13, 0,9, 0,67 %.
Следовательно, изменение расхода хладагента оказывает наибольшее влияние на снижение энергетической эффективности работы холодильных приборов с более низкими температурами воздуха в низкотемпературных отделениях.
Детальный анализ технического совершенства холодильных машин проводят на основе сравнения удельных энергетических характеристик хладонового компрессора, работающего в составе исследуемого холодильного прибора [5].
Одним из основных удельных показателей энергетической эффективности холодильного прибора является удельный расход, под которым понимают расход энергии в киловатт-часах, приходящийся на единицу холодопроизводительности.
Результат определения удельного расхода электроэнергии в условиях номинальной температуры окружающего воздуха, изменение температур кипения хладагента от 243 до 263 К представлены на рис. 7
Изменение массового расхода вызывает увеличение удельного расхода электроэнергии. Так, при тем-
пературах кипения хладагента Т0=243, 253 и 263 К, удельный расход энергии увеличивается и его предельно допустимые значения составляют соответственно 1,49, 1,1 и 0,88.
Следует отметить, что интенсивный рост рассматриваемых удельных энергетических характеристик наблюдается для температур кипения хладагента Т0 = 253 и 263 К.
В результате экспериментальных исследований установлено:
1) предельные значения перепадов давления на жидкостной линии холодильного агрегата составили 20 кПа для холодильников с температурой кипения хладона 263 К, 35 кПа для БХП с температурой кипения 253 К и 44 кПа для БХП с температурой кипения 243 К;
2) предельно допустимые значения массовой производительности компрессора соответственно составляют (0,55, 0,95, 1,54)-10-3 кг/с;
3) предельно допустимые значения потребляемой мощности холодильного агрегата - соответственно 202, 142, 110 Вт;
4) предельно допустимые значения электрического холодильного коэффициента - соответственно 0,67, 0,90, 1,13;
5) предельно допустимые значения удельного расхода электроэнергии - соответственно 1,49, 1,1, 0,88;
6) полученные предельно допустимые значения энергетических показателей являются исходными требованиями для технического задания на разработку средств для самодиагностики БХП.
Литература
1. Кожемяченко А.В. Методологические основы обеспечения технического состояния бытовых холодильных приборов в процессе их жизненного цикла : дис. ... д-ра техн. наук. Шахты, 2009. 357 с.
2. Петросов С.П. Научные основы повышения эффективности бытовых холодильников компрессионного типа : дис. ... д-ра техн. наук. М., 2007. 375 с.
3. Кожемяченко А.В., Лемешко М.А., Рукасевич В.В., Шер-стюков В.В. Способ локального определения технического состояния компрессионного бытового холодильного прибора [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона. 2013. № 2. Режим доступа: Ы1р://%'%гмг.^оп. ra/magazme/arcЫve/n2y2013/1644 (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус. (дата обращения 29.08.2013 г.)
4. Петросов С.П., Кожемяченко А.В. Результаты испытаний агрегата бытового холодильного прибора в условиях воздействия эксплуатационных факторов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2006. Приложение № 10. С. 134 - 135.
5. Якобсон В.Б. Малые холодильные машины. М., 1977. 368 с.
Поступила в редакцию
6 сентября 2013 г.
