Разработка холодильной системы

Описание

В проекте выполнена разработка холодильной системы с использованием эффективного излучения в небосвод.

Проведен обзор холодильных систем, использующих эффективное излучение. Описан принцип действия простейшей холодильной системы, работающей за счет эффективного излучения.

В составе конструкции холодильной системы имеется ротор, аккумулятор холода и теплообменник. Основным элементом системы является радиатор. В нем за счет эффективного излучения выполняется охлаждение хладоносителя. Он выполнен из пластины с расположенными внутри трубопроводами, по которым циркулирует хладоноситель. Верхняя часть пластины является источником теплового излучения. Она обращена к ночному небу. За счёт конвективного теплообмена жидкость, которая протекает через радиатор, отдаёт своё тепло пластине. Пластина отдает тепло в атмосферу в ночное время за счет инфракрасного излучения. Аккумулятор обеспечивает накопление охлаждаемого ночью хладоносителя. Накопленный в аккумуляторе в дневное время холод применяется для охлаждения. Посредством теплообменника выполняется передача охлаждения от хладоносителя охлаждаемому телу. В качестве охлаждаемого тела в системах кондиционирования служит воздух. В темное время суток, когда отсутствуют солнечная радиация, выполняется прокачка воды через радиатор посредством насоса. Происходит остывание воды за счет теплового излучения. Затем вода направляется в аккумулятор холода. За ночь температура аккумулятора снижается до определенной величины. Днем вода, которая накопилась в аккумуляторе холода, циркулирует через теплообменник, насос, вентиль и сам аккумулятор холода. Она забирает при этом тепло в теплообменнике и нагревается сама.

Представлена классификация холодильных систем. Произведен обзор существующих конструкций ХСИЭИ, в ходе которого рассмотрены системы пассивного охлаждения и с разбрызгиванием воды на поверхность крыши.

Сделан обзор патентов на ХСИЭИ - с открытым радиатором, пассивной системы тепло- и хладоснабжения с радиатором из коаксиальных трубок, системы, использующей эффективное излучение совместно с испарительным охлаждением.

Произведен расчет величины эффективного излучения.

Описаны общие сведения об эффективном излучении. Эффективное излучение является разницей между собственным излучением земной поверхности и частью противоизлучения атмосферы, которая поглощается земной поверхностью. Ночью земная поверхность излучает энергии больше, по сравнению с количеством, которое она принимает обратно от окружающей атмосферы.

Перечислены параметры, определяющие величину эффективного излучения.          Выполнено описание общего вида расчетной формулы, составленной на основе формулы Брента.

1. Сделан расчет температуры точки росы по заданной температуре воздуха и его влажности. Проведено сравнение коэффициентов, учитывающих состояние атмосферного воздуха k_вп.
2. Рассмотрен учет влияний распределения температур в тропосфере на величину эффективного излучения.
3. Составлен окончательный вид формулы для расчета ЭИ.
4. Разработана конструкция радиатора.
5. Радиатор является устройством холодильной системы, обеспечивающий охлаждение хладоносителя за счет эффективного излучения.
6. Проведен обзор существующих конструкций радиаторов и представлены результаты испытаний радиаторов различных конструкций. Рассмотрены конструкции: Yazaki, AquaTherm, Energy Systems, Sealed Air и Techno-Solis.
7. Описано влияние угла наклона радиатора к горизонту и скорости ветра на холодопроизводительность.
8. Сделан расчет теплового баланса плоского радиатора для трех вариантов: без остекления, с остеклением и с остеклением и вакуумом между стеклом и пластиной.

В ходе расчета теплопритоков для неостекленного радиатора определены параметры теплопритока к хладоносителю через нижнюю пластину радиатора:

Аналогичный расчет произведен для определения параметров теплопритоков через верхнюю пластину радиатора. Приведены гидравлические расчеты радиаторов с вычислением объемного расхода хладоносителя 0,59×10^-3 м³, диаметра сечения штуцеров 24 мм.

 Описана разработанная конструкция радиатора.  В разработанной конструкции радиатора циркуляция теплоносителя выполняется по каналам, которые образованы двумя штампованными металлическими листами. Подключение к системе питающих трубопроводов выполняется посредством четырех штуцеров, имеющих трубную цилиндрическую резьбу. Распределительные коллекторы выполнены литыми. Длина одного коллектора составляет 430 мм. Число коллекторов составляет четыре штуки. Они последовательно соединены между собой по два. Крепление покрытия излучающей поверхности выполнено к корпусу посредством специальных планок, которые изготовлены из пластмассы. Планки крепятся с помощью установочных винтов в количестве двадцати штук. В качестве покрытия применяется обычное стекло или лист из фторопласта. Конструкция корпуса радиатора - сварная. Между его задней стенкой и излучающими пластинами расположен слой теплоизоляции из пенополиуретана. Задняя стенка оснащена вентиляционными отверстиями. Основные узлы ХСИЭИ представлены:

• Аккумулятором холода, который является устройством для накопления холода. Он представлен емкостью, которая заполнена водой. Объем аккумулятора составляет 40 м³, толщина стенок 6 мм, диаметр емкости 2 м, рабочая масса аккумулятора 43400 кг. Для его установки приняты опоры в количестве 8 шт. Выполнено покрытие корпуса 50 мм слоем пенополиуретана
• Воздухоохладителем, в качестве которого применяется система трубопроводов в строительных конструкциях охлаждаемых помещений

Выполнена разработка принципиальной схемы ХСИЭИ с определением общей нагрузки на систему охлаждения 976,32 кДж. Сделано ее обоснование.

При расчете основных элементов системы рассчитана масса хладоносителя в аккумуляторе холода 35500 кг, требуемая ночная холодопроизводительность радиаторов 683,4 МДж, площадь радиаторов 373 м², число панелей 187 шт, объемный расход хладоносителя 13,46 м³/час. Диаметр трубопровода нагнетания хладоносителя к радиаторам составляет 50 мм. Принят насос насос DAB BPH 60/250.40T. Определен холодильный коэффициент системы 54,2.

Описан монтаж и ремонт системы.

Составлена экономическая часть, в которой рассчитан экономический эффект от внедрения разработки в сумме 600 тыс.тенге и срок окупаемости 6 лет.

Разработана охрана труда, техника безопасности и экология.

В дипломной работе разработана холодильная система, имеющая холодопроизводительностью 20 кВт, использующая эффективное излучение и работающая в режиме ночного охлаждения и в режиме дневного нагрева теплоносителя.