Объекты с комбинированной выработкой холода и теплоты.

Под системами выработки холода и теплоты понимается одновременное или разновременное использование парового холодильного процесса для охлаждения и для отопления.

Благодаря двоякому использованию парового холодильного процесса достигается более высокая продолжительность эксплуатации и тем самым улучшаются экономические предпосылки для использования теплового насоса.

Применение холодильных установок и тепловых насосов может осуществляться с различным приоритетом в зависимости от основного назначения планируемого объекта: преимущественная выработка холода, преимущественная выработка теплоты, равноценная выработка холода и теплоты.

Приоритет использования оказывает особенно большое влияние на решение задач оптимизирования и поэтому является важным моментом при создании систем выработки холода и теплоты. Определённое значение имеют и условия комбинирования процессов получения холода и теплоты, поскольку, благодаря этому возникают дополнительные обязательные условия, которые, в свою очередь, оказывают влияние на число степеней свободы, т.е. на число варьируемых параметров при создании оптимального цикла. В зависимости от условий комбинирования процессов выработки холода и теплоты можно выделить различные типы систем.

Наиболее интересным вариантом систем выработки холода и теплоты с энергоэкономической точки зрения является такой, когда одновременно существует потребность в охлаждении и отоплении. Оба потребителя могут быть соединены друг с другом с помощью теплового насоса.

При выборе параметров системы для холодильной установки не существует никаких степеней свободы, и поэтому в данном случае она является чрезмерно определённой.

При одновременной выработке холода и теплоты без аккумулятора (см. Рис. 1)

Рис. 1

1 — теплоиспользующая установка; 2 — холодоиспользующая установка; 3 — конденсатор; 4 — испаритель.

обе установки так тесно связаны между собой, что обязательным условием для нормальной работы всей системы является полная согласованность режимов работы обеих установок. Колебания температуры приводят к значительному снижению производительности. Так, например, изменение холодопроизводительности составляет 1,4-1,8% на каждый градус К температурных колебаний в теплоиспользующей установке. Благодаря применению аккумулятора (см. Рис. 2)

Рис. 2

1 — теплоиспользующая установка; 2 — холодоиспользующая установка; 3 — конденсатор; 4 — испаритель; 5 — аккумулятор.

происходит определённое временное разъединение обеих установок. Аккумулятор предназначен для того, чтобы компенсировать возникающий время от времени дефицит потребления теплоты или холода. Он позволяет также уменьшить холодопроизводительность холодильных агрегатов. Аккумулятор оказывает демпфирующее влияние на всю систему в целом, в результате чего достигается определённая степень разъединения контуров. И хотя наличие аккумулятора означает дополнительную степень свободы при выборе параметров системы, с другой стороны, это сопряжено с дополнительными затратами на резервуар аккумулятора.

При двухступенчатой системе выработки холода и теплоты (см. Рис. 3)

Рис. 3

1 — теплоиспользующая установка; 2 — холодоиспользующая установка; 3 — конденсатор; 4 — испаритель; 6 — ёмкость среднего давления.

допускаются значительно большие перепады температур между холодо- и теплоиспользующей установкой. Поскольку в двухступенчатой системе может быть установлен только один ресивер хладагента, колебания температуры и нагрузок в значительной степени должны компенсироваться в самих холодо- и теплоиспользующих установках.

На рисунке 4

Рис. 4

1 — теплоиспользующая установка; 2 — холодоиспользующая установка; 3 — конденсатор; 4 — испаритель; 7 — сборник жидкости; 8 — испаритель-конденсатор.

представлена каскадная схема с испарителем-конденсатором. Наличие двух ресиверов хладагента позволяет компенсировать кратковременные колебания температуры и производительности (мощности). Временные сдвиги потребления холода и теплоты должны компенсироваться рабочей установкой.

Схема, изображенная на рисунке 5,

Рис. 5

1 — теплоиспользующая установка; 2 — холодоиспользующая установка; 3 — конденсатор; 4 — испаритель.

также позволяет работать с более высокими значениями перепадов температур. Дальнейшее разъединение системы обеспечивается посредством включения промежуточного водяного контура. Наличие аккумулятора (см. Рис. 6) позволяет компенсировать более значительные колебания температур и нагрузок в системе выработки холода и теплоты.

Рис. 6

1 — теплоиспользующая установка; 2 — холодоиспользующая установка; 3 — конденсатор; 4 — испаритель; 5 — аккумулятор.

В изображенном на рисунке 7 фруктохранилище холодильная установка должна работать и в зимний период, поскольку необходимо отводить теплоту, выделяемую хранящимися продуктами.

Рис. 7

1 — холодильник; 2 — торговый зал с напольным отоплением; 3 — водяная ёмкость.

Рядом с фруктохранилищами целесообразно размещать здания социально-общественного назначения, конторские здания и торговые учреждения, которые должны обогреваться в зимний период. Эта отопительная нагрузка может компенсироваться за счет работы холодильной установки. При расчете холодильной установки необходимо учитывать возникающее вследствие соединения обеих установок обратное воздействие на режим её работы, например температуру испарения со стороны теплоиспользующей установки. Это необходимо для того, чтобы предотвратить слишком быстрое высыхание сохраняемых продуктов, так что в случае необходимости следует предусмотреть каскадную схему.

На объектах с одновременным потреблением теплоты и холода отпадает необходимость в дополнительных затратах на холодильный агрегат, используемый в системе отопления. При работе в режиме отопления уменьшается потребление дополнительной электроэнергии, однако при расчете системы необходимо учитывать обратные воздействия, обусловленные непосредственным соединением двух установок.