Существует несколько способов получения искусственного холода. Самый простой из них – охлаждение при помощи льда или снега, таяние которых сопровождается поглощением довольно большого количества тепла – 80 ккал/кг (335 кgж/кг), при атмосферном давлении лед и снег тают при 0 о С. Практически в помещении, охлаждаемом льдом или снегом, из-за притока тепла извне температуру воздуха удается поддерживать лишь на уровне 5-8 о С.
Более низкие температуры можно получить, применяя для охлаждения смесь льда или снега с различными солями. В этом случае к скрытой теплоте, поглощаемой льдом или снегом, присоединяется скрытая теплота, поглощаемая солью при ее растворении в воде, образовавшейся в смеси; это ведет к понижению температуры смеси.
Искусственного охлаждения можно достигнуть также, если смешать лед или снег с разведенными кислотами. Например, смесь из 7 частей снега или льда и 4 частей разведенной азотной кислоты имеет температуру -35 о С.
Перечисленные выше способы получения искусственного холода имеют существенные недостатки: трудоемкость процессов заготовки льда или снега и соли, их доставки и перемешивания, трудность автоматического регулирования, ограниченные температурные возможности.
Охлаждать тела можно также сухим льдом (твердой углекислотой). Воспринимая тепло от охлаждаемого тела, сухой лед сублимирует, т.е. переходит в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Температура сублимации сухого льда при атмосферном давлении -78,9 о С; при этом каждый килограмм его поглощает из окружающей среды 137 ккал тепла.
Машинный способ получения искусственного холода имеет значительные преимущества: легкость автоматизации, значительное облегчение обслуживания холодильной установки, возможность получения более низких температур в охлаждаемых объектах.
Работа холодильной машины основана на различных принципах, самым распространенным из которых в настоящее время является кипение (испарение) жидких тел .
Температуры кипения и конденсации жидкости являются функцией давления; причем чем ниже давление, тем ниже температура кипения. В качестве хладоагентов часто используют вещества, которые при высоком давлении и при температуре окружающей среды могут быть превращены в жидкость. Испарение этой жидкости при низком давлении происходит при температуре ниже температуры окружающей среды.
К наиболее распространенным хладоагентам относятся аммиак, углекислота, сернистый ангидрид, пропан, фреоны.
Ниже указаны температуры кипения (испарения) при атмосферном давлении веществ, используемых в качестве хладагентов (К):
Аммиак. . . . . . . . . . . . . . . 239,9 Этилен. . . . . . . . . . . . 168,0
Углекислота. . . . . . . . . . . 194,7 Метан. . . . . . . . . . . . 111,7
Сернистый ангидрид. . . . 263,1 Кислород. . . . . . . . . 90,2
Хлористый метил. . . . . 249,5 Азот. . . . . . . . . . . . . . 77,4
Фреон-22 . . . . . . . . . . . . . 243,8
Пониженное давление, необходимое для создания низкой температуры кипения, поддерживают путем отсасывания образующихся паров компрессором. При кипении (испарении) все тела поглощают из окружающей среды значительное количество тепла, в результате чего температура в среде понижается. Изменение внутренней энергии вещества при испарении происходит в результате увеличения его объема и кинетической энергии молекул этого вещества при переходе из жидкого состояния в состояние пара.
В основу машинного способа охлаждения может быть положено также адиабатическое (без подвода и отвода тепла) расширение сжатого газа .При расширении сжатого газа температура его значительно понижается, так как внешняя работа в этом случае совершается за счет внутренней энергии газа. На этом принципе и основана работа воздушных холодильных машин, расширительных машин поршневого, турбинного или роторного типов.
Искусственное охлаждение можно получить, используя десорбцию газов из растворов или твердых тел . Многие газы хорошо растворяются в жидкостях, например аммиак в воде, углекислота в спирте. Растворимость газов в жидкостях возрастает с увеличением давления, пропорционально этому давлению.
Выделение газа из жидкости, как и испарение, сопровождается резким увеличением объема и отводом тепла растворения. Этот процесс используется в циклах вводно-аммиачных абсорбционных холодильных машин и в разомкнутых холодильных системах с использованием растворов углекислоты в этиловом спирте.
Пористые твердые тела с развитой поверхностью, называемые адсорбентами, поглощают газы. Адсорбция газов твердыми телами увеличивается с ростом давления. При снижении давления происходит десорбция газа, сопровождающаяся отводом тепла. В холодильной практике используют процесс поглощения аммиака хлористым кальцием и силикагелем.
Можно получить низкие температуры термоэлектрическим способом (эффект Пельтье) . Термоэлектрические явления обусловлены наличием связи между тепловыми и электрическими процессами. Если к термопаре (замкнутой цепи из двух разнородных проводников) подвести постоянный ток, то один из спаев будет нагреваться, другой охлаждаться. При перемене направления тока изменится и нагрев спаев – нагретый будет охлаждаться, а холодный нагреваться. Эффект Пельтье обусловлен особенностями прохождения потока электронов через поверхность спая разнородных металлов. Это явление было открыто еще в 1834 г., но практического значения долгое время не имело.
В настоящее время эффект Пельтье применяется в домашних электрохолодильниках и комнатных кондиционерах с термопарами из различных полупроводников.
В последнее время получили распространение полупроводниковые термоэлементы. На рис.2-10 показан такой элемент, включающий полупроводники 1 и 2 и медные пластины 3.
Рис. 2-31. Полупроводниковый теплоэлемент:
а – схема; б – термоэлемент; в – зависимость охлаждающего эффекта DT max от температуры горячего спая; 1, 2 – полупроводники; 3 – медные пластины
Полупроводники (окислы металлов, сернистые соединения, химические соединения – германий, кремний, теллур, селен, а также их соединения) – это обширный класс веществ, занимающих по электропроводности промежуточное положение между проводниками и изоляторами.
Магнито-калорический эффект , основанный на размагничивании твердых тел (парамагнитных веществ), используют только при необходимости получения температур, близких к абсолютному нулю.
Вихревой способ (эффект Ранка) . На рисунке 2-32 приведена конструктивная схема вихревой трубы Ранка, которая состоит из корпуса 3 с соплом 4 и диафрагмой 5 , трубок холодного 6 и теплого 2 потоков и управляющего дросселя 1 .
Рис. 2-32. Трубка Ранка
Вихревая труба работает следующим образом. Если газ с температурой Т 1 и давлением Р 1 выпустить тангенциально в цилиндрическую трубку через сопло, в котором газ расширится до давления Р 2 и разгонится до скорости W, то в этой трубке, вращаясь, поток разделится на два потока с разными температурами Т х и Т г, причем Т х Т 1 Т г. Холодный поток с температурой Т х через диафрагму 5 уходит в трубку 6 , а теплый поток с температурой Т г отводится через трубку 2 и дроссель 1 .
Выполнить 5 заданий
Физическая природа тепла и холода одинакова, разница состоит только в скорости движения молекул и атомов. В более нагретом теле скорость движения больше, чем в [ менее нагретом. При подводе к телу тепла движение возрастает, при отнятии тепла уменьшается. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, тепловая энергия есть внутренняя энергия движения молекул и атомов.
Охлаждение тела - это отвод от него тепла, сопровождаемый понижением температуры. Самый простой способ охлаждения - теплообмен между охлаждаемым телом и окружающей средой - наружным воздухом, речной и морской водой, почвой. Но этим способом, даже при самом совершенном теплообмене, температуру охлаждаемого тела можно понизить только до температуры окружающей среды. Такое охлаждение принято называть естественным. Охлаждение тела ниже температуры окружающей среды называется искусственным. Стоит сказать, что для него используют главным образом скрытую теплоту, поглощаемую телами при изменении их агрегатного состояния.
Количество тепла или холода измеряется калориями Или килограмм-калориями (килокалория). Калория - это Количество тепла, крайне важное для нагрева 1 г воды на 1°С При нормальном атмосферном давлении, килокалория - для Нагрева 1 кг воды на 1°С при тех же условиях.
Существуют несколько способов получения искусственного холода. Самый простой из них - охлаждение при помощи льда или снега, таяние которых сопровождается по-
глощением довольно большого количества тепла. В случае если теп-лопритоки извне малы, а теплопередающая поверхность льда или снега относительно велика, то температуру в помещении можно понизить почти до 0°С. Практически в помещении, охлаждаемом льдом или снегом, температуру воздуха удается поддерживать лишь на уровне 5-8"С. При ледяном охлаждении используют водный лед или твердую углекислоту (сухой лед).
При охлаждении водным льдом происходит изменение его агрегатного состояния - плавление (таяние). Холодо-производительность, или охлаждающая способность чистого водного льда, принято называть удельной теплотой плавления. Она равна 335 кДж/кᴦ. Теплоемкость льда равна 2,1 кДж/ кг градус.
Водный лед применяется для охлаждения и сезонного хранения продовольственных товаров, овощей, фруктов в климатических зонах с продолжительным холодным периодом, где в естественных условиях в зимний период его легко можно заготовить.
Водный лед в качестве охлаждающего средства применяется в специальных ледниках и на ледяных складах. Ледники бывают с нижней загрузкой льда (ледник-погреб) и с боковой - карманного типа.
Ледяное охлаждение имеет существенные недостатки: температура хранения ограничена температурой таяния льда (обычно температура воздуха на ледяных складах 5- 8"С), в ледник крайне важно закладывать количество льда, достаточное на весь период хранения, и добавлять по мере крайне важности; значительные затраты труда на заготовку и хранение водного льда; большие размеры помещения для льда, превышающие примерно в 3 раза размеры помещения для продуктов; значительные затраты труда на соблюдение необходимых требований, предъявляемых к хранению пищевых продуктов и отводу талой воды.
Лъдосоляное охлаждение производится с применением дробленого водного льда и соли. Благодаря добавлению соли
скорость таяния льда увеличивается, а температура тая-jjjfH льда опускается ниже. Это объясняется тем, что добавление соли вызывает ослабление молекулярного сцепления и разрушение кристаллических решеток льда. Тая-л^е льдосоляной смеси протекает с отбором теплоты от окружающей среды, в результате чего окружающий воздух охлаждается и температура его понижается. С повышением содержания соли в льдосоляной смеси температура плавления ее понижается. Раствор соли с самой низкой температурой таяния принято называть эвтектическим, а температура его таяния - криогидратной точкой. Крио-гидратная точка для льдосоляной смеси с поваренной солью -21,2"С при концентрации соли в растворе 23,1% по отношению к общей массе смеси, что примерно равно 30 кг соли на 100 кг льда. При дальнейшей концентрации соли происходит не понижение температуры таяния льдосоляной смеси, а повышение температуры таяния (при 25%-ной концентрации соли в растворе к общей массе температура таяния повышается до -8°С).
При замораживании водного раствора поваренной соли в концентрации, соответствующей криогидратной точке, получается однородная смесь кристаллов льда и соли, которая принято называть эвтектическим твердым раствором.
Температура плавления эвтектического твердого раствора поваренной соли -21,2°С, а теплота плавления 236 кДж/кᴦ. Эвтектический раствор применяют для зеро-торного охлаждения. Для этого в зероты - наглухо запаянные формы - заливают эвтектический раствор поваренной соли и замораживают их. Замороженные зероты используют для охлаждения прилавков, шкафов, охлаждае- M bix переносных сумок-холодильников и т. д. В торговле Ль досоляное охлаждение широко применялось до массо- в ого выпуска оборудования с машинным способом охлаждения.
Охлаждение сухим льдом основано на свойстве твер-Дой углекислоты сублимировать, т. е. при поглощении теп-
ла переходить из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое состояние. Физические свойства сухого льда следующие: температура сублимации при атмосферном давлении - 78,9"С; теплота сублимации 574,6 кДж/кᴦ.
Сухой лед обладает следующими преимуществами по сравнению с водным:
* можно получать более низкую температуру;
* охлаждающее действие 1 кг сухого льда почти в 2 раза больше, чем 1 кг водного льда;
* при охлаждении не возникает сырости, кроме того, при сублимации сухого льда образуется газообразная уг лекислота͵ которая является консервирующим средством, способствующим лучшему сохранению продуктов.
Сухой лед применяется для перевозки замороженных продуктов, охлаждения фасованного мороженого, замороженных фруктов и овощей.
Искусственного охлаждения можно достигнуть также, если смешать лед или снег с разведенными кислотами. Например, смесь из 7 частей снега или льда и 4 частей разведенной азотной кислоты имеет температуру -35°С. Низкую температуру можно получить и растворением солей в разведенных кислотах. Так, если 5 частей азотнокислого аммония и 6 частей сернокислого натрия растворить в 4 частях разведенной азотной кислоты, то смесь будет иметь температуру -40°С.
Получение искусственного холода с помощью снега или льда, а также с помощью охлаждающих смесей имеет существенные недостатки: трудоемкость процессов заготовки льда или снега, их доставки, трудность автоматического регулирования, ограниченные температурные возможности.
В последнее время в связи с энергетическим кризисом, загрязнением окружающей среды все более актуальной становится проблема использования для холодильной обработки пищевых продуктов нетрадиционных экологически безопасных методов получения холода. Наиболее перспективным
из них является криогенный метод на базе жидкого и газообразного азота с применением безмашинной проточной системы хладоснабжения, предусматривающей одноразовое использование криоагента.
Перспективность данного метода хладоснабжения возрастает в связи с открытием в России больших запасов (340 млрд м л) подземных высокоазотных газов. Себестоимость очищенного азота на порядок ниже, чем азота͵ полученного с помощью метода разделения воздуха.
Безмашинные проточные системы азотного охлаждения имеют значительные преимущества: очень надежны в эксплуатации и имеют высокую скорость замораживания, обеспечивающую практически полное сохранение качества и внешнего вида продукта͵ а также минимальные потери его массы за счет усушки.
Особо следует отметить экологическую чистоту таких систем (в атмосфере Земли содержится до 78% газообразного азота).
Наиболее распространенным и удобным в эксплуатационном отношении способом охлаждения является машинное охлаждение.
Машинное охлаждение - способ получения холода за счет изменения агрегатного состояния хладагента͵ кипения его при низких температурах с отводом от охлаждаемого тела или среды крайне важной для этого теплоты парообразования.
Для последующей конденсации паров хладагента требуется предварительное повышение их давления и температуры.
В основу машинного способа охлаждения может быть положено также адиабатическое (без подвода и отвода тепла) расширение сжатого газа. При расширении сжатого газа температура его значительно понижается, так как внешняя Работа в этом случае совершается за счет внутренней энергии газа. На этом принципе основана работа воздушных холодильных машин.
Охлаждение путем расширения сжатого газа, в частности воздуха, отлично от всех способов охлаждения. Воздух при этом не меняет своего агрегатного состояния, как лед, смеси и хладон, он только нагревается, воспринимая теплоту окружающей среды (от охлаждаемого тела).
Широкое применение машинного охлаждения в торговле объясняется рядом его эксплуатационных свойств и экономических преимуществ. Стабильный и легко регулируемый температурный режим, автоматическое действие холодильной машины без больших затрат труда на техническое обслуживание, лучшие санитарно-гигиенические условия хранения продуктов, компактность и общая экономичность определяют целесообразность применения машинного охлаждения.
На предприятиях оптовой и розничной торговли используют в основном паровые холодильные машины, действие которых основано на кипении при низких температурах специальных рабочих веществ - хладагентов. Паровые холодильные машины подразделяют на компрессионные, в которых пары хладагента подвергаются сжатию в компрессоре с затратой механической энергии, и абсорбционные, в которых пары хладагента поглощаются абсорбентом.
Устройство и принцип действия компрессионной холодильной машины. Компрессионная холодильная машина (рис. 3.1) состоит из следующих базовых узлов: испарителя, компрессора, конденсатора, ресивера, фильтра, тер-морегулирующего вентиля. Автоматическое действие машины обеспечивается терморегулирующим вентилем и регулятором давления. К вспомогательным аппаратам, способствующим повышению экономичности и надежности работы машины, относятся: ресивер, фильтр, теплообменник, осушитель. Машина приводится в действие электродвигателем.
Испаритель - охлаждающая батарея, которая поглощает тепло окружающей среды за счет кипящего в ней
при низкой температуре хладагента. Учитывая зависимость отвида охлаждаемой среды различают испарители для охлаждения жидкости и воздуха.
Кожпрессор предназначен для отсасывания паров хладагента из испарителя, сжатия и нагнетания их в перегретом состоянии в конденсатор. В малых холодильных машинах Применяют поршневые и ротационные компрессоры, причем наибольшее распространение получили поршневые.
Конденсатор - теплообменный аппарат, служащий для снижения паров хладагента путем их охлаждения. По виду
охлаждающей среды конденсаторы выпускают с водяным ц воздушным охлаждением. Конденсаторы с принудительным движением воздуха имеют вертикально расположенные плоские змеевики из медных или стальных сребренных труб. Естественное воздушное охлаждение применяется только в холодильных машинах бытовых электрохолодильников. Конденсаторы с водяным охлаждением бывают кожухозме-евиковые и кожухотрубные.
Ресивер - резервуар, служащий для сбора жидкого хладагента с целью обеспечения его равномерного поступления к терморегулирующему вентилю и в испаритель. В малых хладоновых машинах ресивер предназначен для сбора хладагента во время ремонта машины.
Фильтр состоит из медных или латунных сеток и суконных прокладок. Он служит для очистки системы и хладагента от механических загрязнений, образовавшихся в результате недостаточной очистки их при изготовлении, монтаже и ремонте. Фильтры бывают жидкостные и паровые. Жидкостный фильтр устанавливается после ресивера перед терморегулирующим вентилем, паровой - на всасывающей линии компрессора.
Для предотвращения попадания ржавчины и механических частиц в цилиндры малых фреоновых холодильных машин, во всасывающую полость компрессора вставляют фильтр в виде стаканчика из латунной сетки.
Терморегулирующий вентиль обеспечивает равномерное поступление хладона в испаритель, распыляет жидкий хладагент, тем самым понижает давление конденсации до давления испарения.
От правильной регулировки терморегулирующего вентиля во многом зависит экономичность работы холодильной машины. Избыток жидкого хладона в испарителе вследствие влажного хода компрессора может привести к возникновению гидравлического удара. При недостаточном заполнений испарителя жидкостью часть поверхности его не используется, что ведет к нарушению нормального режима рабо-
ты машины и понижению температуры испарения хладагента.
Регулятор давления состоит из прессостата (регулятора лизкого давления) и маноконтроллера (выключателя высокого давления). Для регулировки температурного режима в определенных пределах крайне важно, чтобы холодопроизво-дительность холодильной машины всегда превышала приток тепла к ней. По этой причине в нормальных условиях нет необходимости в непрерывной работе холодильной машины.
Периодическое включение холодильной машины осуществляется прессостатом автоматически. Требуемый температурный режим достигается путем регулирования продолжительности перерывов работы холодильной машины. Маноконтроллер служит для защиты от чрезмерного повышения давления в линии нагнетания. При повышении давления в конденсаторе свыше 10 атм (норма - 6-8 атм) он размыкает цепь катушки магнитного пускателя, питание электродвигателя отключается и холодильная машина останавливается.
Работа холодильной машины происходит следующим образом. Легкоиспаряющаяся жидкость (хладон-12) поступает через терморегулирующий вентиль в испаритель. Попадая в условия низкого давления, она кипит, превращаясь в пар, и при этом отбирает тепло у воздуха, окружающего испаритель.
Из испарителя пары хладона отсасываются компрессором, сжижаются и в перегретом от сжатия состоянии нагнетаются в конденсатор. В охлаждаемом водой или воздухом конденсаторе они превращаются в жидкость. Жидкий хладон стекает по трубам конденсатора и скапливается в ресивере, откуда под давлением проходит через фильтр, г Де задерживаются механические примеси (песок, окалина * Др.).
Очищенный от примеси хладон, проходя через узкое °тверстие терморегулирующего вентиля, дросселируется (мнется), распыляется и при резком снижении давления и
температуры поступает в испаритель, после чего цикл повторяется.
Рабочий цикл холодильной машины с учетом взаимодействия приборов автоматики состоит в следующем. При выключенном электродвигателе контакты реле давления разомкнуты, терморегулирующий вентиль не пропускает жидкий хладон из конденсатора в испаритель, так как игла до конца вошла в седловину и плотно закрыла проходное сечение. В испарителе в это время продолжается процесс кипения оставшегося после выключения машины жидкого хладагента. От притока внешнего тепла температура испарителя постепенно повышается и, следовательно, давление скопившихся в нем паров возрастает. Давление в испарителе будет расти до тех пор, пока прессостат реле давления не замкнет контакты и машина не вступит в работу.
С включением машины в работу начинается отсос перегретых паров из испарителя в компрессор. Это влечет за собой повышение температуры и давления в чувствительном патроне терморегулирующего вентиля, вследствие чего игольчатый клапан открывает проходное отверстие. Жидкий хладагент, интенсивно кипя, устремляется в трубы испарителя. Кипение сопровождается значительным понижением температуры парожидкостной смеси, в результате чего охлаждаются стенки испарителя, окружающий его воздух и скоропортящиеся продукты.
Понижение температуры окружающей среды снижает величину теплопритока. Кипение становится менее интенсивным, сокращается количество пара, падает давление в испарителе до предела, при котором реле давления размыкает контакты и машина останавливается. К моменту выключения машины уменьшается подача жидкого хладагента в испаритель, поскольку избыток поступившего в него хладагента ведет к снижению температуры выходящих паров и к автоматическому прикрытию игольчатого клапана терморегулирующего вентиля. Через несколько секунд после остановки машины давление в термобаллоне и испарителе
окончательно сравнивается и игольчатый клапан закрывается.
Хладагенты. Хладагенты - это рабочие вещества паровых холодильных машин, с помощью которых обеспечивается получение низких температур. Наиболее распространенные из них - хладон и аммиак.
При выборе хладагента руководствуются его термодинамическими, теплофизическими, физико-химическими и физиологическими свойствами. Важное значение имеет также его стоимость и доступность. Хладагенты не должны быть ядовиты, не должны вызывать удушья и раздражения слизистых оболочек глаз, носа и дыхательных путей человека.
Хладон-12 (R-12) имеет химическую формулу CHF 2 C1 2 (дифтордихлорметан). Он представляет собой газообразное бесцветное вещество со слабым специфическим запахом, который начинает ощущаться при объемном содержании его паров в воздухе свыше 20%. Хладон-12 обладает хорошими термодинамическими свойствами.
Хладон-22 (R-22), или дифтормонохлорметан (CHF 2 C1), так же как и хладон-12, обладает хорошими термодинамическими и эксплуатационными свойствами. Отличается он более низкой температурой кипения и более высокой теплотой парообразования. Объемная холодопроизводи-тельность хладона-22 примерно в 1,6 раза больше, чем хладона-12.
Аммиак (NH 3) - бесцветный газ с удушливым сильным характерным запахом. Аммиак имеет достаточно высокую объемную холодопроизводительность. Производство его основано главным образом на методе соединения водорода с азотом при высоком давлении с наличием катализатора. Аммиак применяют и для получения низких температур (до -70°С) при глубоком вакууме. Теплота парообразования, теплоемкость и коэффициент теплопроводности у аммиака выше, а вязкость жидкости меньше, чем у хладонов. По этой причине он имеет высокий коэффициент теплоотдачи. Сто-
 |
имость аммиака невысока по сравнению с другими хлад~
агентами.
Как известно, некоторые хладагенты обладают озоно-разрушающей способностью, что не может не тревожить международную общественность.
Способность хлорсодержащих хладагентов вызывать данный процесс принято называть озоноразрушающим потенциалом - ОРП (рис. 3.2).
R~403BR^t04A R-22 R-134A R-12 R-502
Рис. 3.3. Потенциал глобального потепления
| 0,5-. | £7 | ||||||
| 0,45- | |||||||
| 0,4- | |||||||
| 0,35- | ^. | £? | |||||
| 0,3-cl 0,25- | 1 1 | ||||||
| 0 0,2- | x~7 | ||||||
| 0,15 | 1- | ^ i | |||||
| 0,1 | ИХ |^" | Pli | |||||
| 0,05 | К ^ | ^^Ji^: | ^v ^ | *r | |||
| 0- | ОС | "
| СЧ 4- ОС | г ОС |
Рис. 3.2. Озоноразрушающий потенциал
Продолжительность жизни хладагентов в атмосфере также очень важный фактор. Это показатель времени, в течение которого различные вещества сохраняются в атмосфере и могут влиять на окружающую среду. Иными словами, чем дольше химикат или хладон сохраняется в атмосфере, тем он менее экологически безопасен (рис. 3.4).
80-60- 40-20-0
Для охлаждения воды или рассола, а также для непосредственного охлаждения воздуха в практике кондиционирования используют естественные и искусственные источники холода.
Естественными источниками холода могут быть артезианская вода, вода горных рек и лед. К искусственным источникам относят парокомпрессионные, пароводяные и воздушные холодильные машины. В установках кондиционирования чаще других применяют парокомпрессионные машины.
Охлаждение и осушение воздуха часто происходит при начальной температуре воды 8-10°. Воду при такой температуре можно получить из артезианских источников. В горных районах температура речной воды обычно не превышает 5°. В случае применения артезианской воды или из горной реки необходимо непрерывно менять такую воду по мере повышения ее температуры. Холодная вода в таких установках непосредственно из сети или с подкачкой насосом подается в кондиционер, где она нагревается, а затем сбрасывается в водосток или используется для производственных нужд.
Применение артезианской воды в некоторых случаях имеет известные экономические преимущества по сравнению с искусственными источниками холода. Если для отведения нагретой воды в водоем необходимы водостоки большой протяженности, целесообразность использования артезианской воды следует установить путем технико-экономических сравнений.
Одним из недостатков артезианской воды как источника холода является довольно высокая ее температура, не позволяющая в ряде случаев обеспечить необходимое осушение обрабатываемого воздуха.
Лед в качестве источника холода можно применять для небольших установок кондиционирования воздуха. При этом качество льда должно удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям.
Искусственные источники холода в отличие от естественных имеют преимущество в том, что не требуется пополнять в них охлаждающую среду.
Процессы, протекающие в парокомпрессионных холодильных машинах, связаны с изменением агрегатного состояния холодильного агента, циркулирующего в системе.
Если давление понизить до 0,007 бар, то вода начнет кипеть при температуре всего 4 °C — таковы ее свойства. В этом случае достаточно было бы подвести к чайнику теплоноситель с температурой, например, 10 °C, и с помощью этого теплоносителя вода в чайнике закипела бы, как от пламени газовой горелки, а теплоноситель бы этот охладился, например, до температуры 7 °C, подобно тому, как охлаждаются под кипящим чайником продукты сгорания газа. Теплоноситель, охлажденный от 10 до 7 °C, называют холодоносителем, и его можно с успехом использовать, например, в системах кондиционирования.
В испарителе же АБХМ происходят именно такие процессы. В качестве холодильного агента в этой машине используются не фреоны, а как в чайнике — обыкновенная вода, которая кипит в испарителе, давление внутри которого близко к абсолютному вакууму.
Вместе с тем, холодильная машина должна быть все же несколько сложнее чайника. Вакуум из испари теля исчезнет, как только из воды начнет образовываться пар. Чтобы этого не произошло, пар нужно удалять. В обычных компрессорных холодильных машинах пар, образующийся при кипении холодильных агентов, отсасывают компрессором. Теоретически можно было бы отсосать компрессором и водяной пар, но практически эту задачу решить сложно, потому что удельный объем водяного пара при низком давлении очень велик, и потребовался бы компрессор чрезмерно большого размера. На этом идея водяной холодильной машины могла бы уйти в область фантастики, если бы не было открыто такое вещество, как раствор бромистого лития в воде. Особенностью этого раствора является его способность жадно поглощать (по-научному — «абсорбировать») водяной пар. Если в одном объеме с испарителем распылять концентрированный раствор бромистого лития, называемый абсорбентом, то вакуум в этом объеме сохранится, поскольку пар перейдет в раствор. Правда, абсорбент очень скоро потеряет свою способность поглощать, тепло будет передано оборотной воде, циркулирующей через змеевик абсорбера, и отведено в атмосферу через градирню.
Слабый раствор из абсорбера А насосом 3 подается в генератор Г, через трубки которого циркулирует теплоноситель от источника тепла Т. Под воздействием этого тепла пар из слабого раствора испарится и через жалюзи устремится (показано стрелкой) в пространство охлаждаемого оборотной водой конденсатора К, на трубках которого пар сконденсируется, конденсат возвратится в испаритель И, а частично обезвоженный (концентрированный) раствор бромистого лития возвратится в абсорбер. Концентрация соли в растворе понижается, и вместе с этим ухудшается абсорбционная его способность. Чтобы поддерживать абсорбционную способность раствора на постоянном высоком уровне, нужно лишний пар из него выпарить. А для выпаривания нет более подходя щей энергии, чем тепловая.
Получение холода сводится к уменьшению содержания тепла в твердом теле, жидкости или газе. Охлаждение - это процесс отнятия тепла, приводящий к понижению температуры или изменению агрегатного состояния физического тела. Различают естественное и искусственное охлаждение .Это отвод тепла от охлаждаемого тела в окружающую среду. При этом способе температуру охлаждаемого тела можно понизить только до температуры окружающей среды. Это самый простой способ охлаждения без затраты энергии.
Искусственное охлаждение - это охлаждение тела ниже температуры окружающей среды. Для искусственного охлаждения применяют холодильныр машины или холодильные установки. При этом способе охлаждения необходимо затратить энергию.
Существует несколько способов получения искусственного холода . Самый простой - охлаждение с помощью льда или снега. Ледяное охлаждение имеет существенный недостаток - температура охлаждения ограничена температурой таяния льда. В качестве охладителей используют водный лед, льдосоляные смеси, сухой лед и жидкие холодильные агенты (хладоны и аммиак).
Льдосоляное охлаждение производится с применением дробленого водного льда и соли. Из-за добавления соли скорость таяния льда увеличивается, а температура таяния льда опускается. Охлаждение сухим льдом основано на действии твердого диоксида углерода - при поглощении тепла сухой лед переходит из твердого состояния в газообразное. С помощью сухого льда можно получить более низкую температуру, чем при использовании водного льда: охлаждающее действие 1 кг сухого льда почти в 2 раза больше, чем 1 кг водного льда, при охлаждении не возникает сырости, выделяемый газообразный диоксид углерода обладает консервирующими свойствами, способствует лучшему сохранению продуктов. Сухой лед применяется при перевозках замороженных продуктов, охлаждении фасованного мороженого, хранении замороженных фруктов и овощей.
Наиболее распространенным и удобным при эксплуатации является машинное охлаждение. По сравнению с другими машинное охлаждение обладает следующими преимуществами:
- возможностью создания низкой температуры в широких пределах;
- автоматизацией процесса охлаждения;
- доступностью эксплуатации и технического обслуживания и др.
В основу машинного охлаждения положено свойство некоторых веществ кипеть при низкой температуре, поглощая при этом большое количество теплоты из окружающей среды. Такие вещества называют холодильными агентами ().
Хладагенты - это рабочие вещества паровых холодильных машин, с помощью которых обеспечивается получение низких температур. Хладагенты должны иметь высокую теплоту парообразования, низкую температуру кипения, высокую теплопроводность. Вместе с тем хладагенты не должны быть взрывоопасными, легко воспламеняющимися, ядовитыми. Важное значение имеет стоимость хладагентов. Наиболее отвечающим этим требованиям являются хладон 12, хладон 22 и аммиак. Хладон поступает в торговые предприятия в металлических баллонах, окрашенных в алюминиевый цвет и имеющих условную маркировку R12 или R22.
