Клещин Э.В.
ХОЛОДИЛЬНЫЕ И КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
г. Новосибирск, 2015
Введение
Учебное пособие составлено по материалам работ [1-25] в соответствии с действующей учебной программой курсов "Холодильные машины и установки" и "Системы кондиционирования воздуха" с учетом последних достижений в холодильной технике и кондиционировании, изложенных в отечественном журнале "Холодильная техника", интернет газете "Холодильщик" и в соответствующих информационных зарубежных изданиях ("Сореland", Bitzer и др.).
В основу положены лекции, читаемые в НГТУ студентам специальности 140401 «Техника и физика низких температур».
Целью является подготовка специалистов, умеющих разрабатывать, проектировать и эксплуатировать промышленные, климатические и коммерческие холодильные установки. Особое внимание при разработке уделено способам и физическим процессам получения холода, теоретическим и действительным циклам парокомпрессионных холодильных машин, современным схемам холодильных и климатических установок, применяемым типам холодильных агентов (хладагентов) и основам расчета гидравлических, тепловых и энергетических характеристик.
На основе материалов, приведенных в справочном руководстве Патрика Котзаогланиана [9], впервые подробно рассмотрены особенности эксплуатации и рекомендации к проектированию холодильных установок и систем кондиционирования. Рассмотрены также основные принципы регулирования подачи холодильного агента в испаритель (воздухоохладитель), регулирования производительности компрессора и регулирования давления в конденсаторе холодильной машины.
При изучении излагаемого материала предполагается дополнительное изучение и использование в практических расчетах зарубежных программ «CoolPack», «Wbitzer», «Solkane» и др.
Термодинамические основы холодильных и климатических установок
Физические основы искусственного охлаждения
Понятие "холод" и "теплота" условны, так как их физическая природа одинакова. Теплота – это один из видов энергии и она может переходить от одного вещества (тела) к другому лишь при наличии разности температур между ними.
Вещества находятся в одном из трех основных фазовых (агрегатных) состояниях – твердом, жидком или газообразном и в зависимости от окружающих условий (давления и температуры) могут переходить из одного состояния в другое при подводе или отводе теплоты.
Твердая фаза – агрегатное состояние вещества, характеризуемое жесткой молекулярной структурой. Твердое тело сохраняет свою форму и размеры, практически не сжимается.
Жидкая фаза – агрегатное состояние вещества, молекулы которого не так плотно соединены друг с другом, чем молекулы твердого тела. Жидкость практически не сжимается и сохраняет свой объем. Наиболее характерная особенность жидкости – текучесть, благодаря которой она принимает форму сосуда, в котором находится.
Газовая или паровая фаза – агрегатное состояние вещества, молекулы которого, обладающие большей энергией, чем молекулы жидкости, не связаны силами взаимного притяжения и движутся свободно. Газ легко сжимается и заполняет весь объем сосуда, в котором находится. Пар отличается от газа тем, что его состояние ближе к жидкому состоянию. Газ – это сильно перегретый пар.
В парокомпрессионных холодильных машинах рабочее вещество находится в жидком и парообразном состоянии в отличие от газовых холодильных машин, в которых рабочее вещество – газ не меняет своего агрегатного состояния.
 |
Если температура вещества выше температуры окружающей среды, то его называют горячим (теплым или нагретым). Самопроизвольное понижение температуры вещества до температуры окружающей среды называется естественным охлаждением. Понижение температуры вещества ниже температуры окружающей среды возможно путем искусственного охлаждения, а само вещество, температура которого ниже температуры окружающей среды, называют холодным.
По температурному уровню различают области (рис.1.1): умеренного холода – от температуры окружающей среды (условно 200С) до температуры минус 1200С и глубокого холода – от минус 1200С до абсолютного нуля, то есть температуре, соответствующей минус 273,150С.
Искусственное охлаждение можно осуществлять двумя способами:
· с помощью другого вещества с более низкой температурой за счет отвода теплоты, чаще всего при изменении его агрегатного состояния;
• с помощью охлаждающих устройств, холодильных машин и установок.