International research journal

Keywords: refrigeration system, cooling center, heat pump, energy efficiency, vapor compression cycle, dry cooler.
Введение 
С 2006 года в РФ активно развивается отечественный рынок по производству полимерных материалов, для 
производства которых требуются энергоемкие системы холодоснабжения. Потребление энергии системами 
холодоснабжения на данный момент составляет 17 % от мирового потребления, а к 2030 году прогнозируется 
увеличение этого показателя до 25 %. [1]. Снижение энергоемкости систем холодоснабжения является актуальной 
задачей, решение которой позволит повысить качеств выпускаемой продукции при снижении себестоимости.
На практике применяются различные схемы холодоснабжения производственных помещений: схемы 
холодоснабжения с буферной емкостью, системы холодоснабжения с фрикулингом, чиллер с льдогенератором и др. [2], 
[3], [4], и др. Удачные решения по холодоснабжению одних помещений оказываются неприемлемыми на другом 
объекте.
Целью данной работы является разработка эффективной системы холодоснабжения предприятия по производству 
полимерных материалов и эффективной системы утилизации теплоты от холодильных систем. Кроме создания 
требуемых параметров воздушной среды, на предприятие холод требуется для охлаждения технологического 
оборудования.
Объектом исследования данной статьи является предприятие по производству биаксиально ориентированной 
полипропиленовой пленки. Нормативные документы регламентируют проектировать системы холодоснабжение с 
применением естественных и искусственных источников холода [5], [6]. Основные потребители холода на предприятии 
– технологический процесс, фанкойлы, приточные установки и теплообменное оборудование. Холодильный центр 
предприятия должен обеспечивать заданные режимы холодоснабжения каждого потребителя.
Общая потребность в холоде данного предприятия составляет 3873 кВт, из них 1400 кВт требуется на 
технологический процесс. Холодильный центр на предприятии потребляет 1600 кВт энергии для производства холода. 
Основные элементы технологической схемы производства полимерного материала: главный эктструдер, соэкструдер, 
МDO, TDO, PRS-намотчик. Каждый из элементов дополняется системой водоподготовки. 
Для решения поставленной задачи предложено запроектировать трехконтурный холодильный центр (рис. 1): 

первый контур, объединяющий источник холода (холодильные установки), насосные установки и промежуточные 
теплообменники. Контур имеет температуру холодоносителя 7/12 ºС. В качестве холодоносителя применяется водный 
раствор 50% пропиленгликоля, расход 320 м
3
/ч; 

---

Международный научно-исследовательский журнал ▪ № 1 (103) ▪ Часть 1 ▪Январь 
119 

второй контур, объединяющий потребителей холода, насосную установку и промежуточный теплообменник. 
Контур имеет температуру холодоносителя 10/16 ºС. В качестве холодоносителя применяется вода в количестве 140 
м
3
/ч. 

третий контур, объединяющий потребителей холода, насосную установку и промежуточный теплообменник. 
Контур имеет температуру холодоносителя 20/26 ºС. В качестве холодоносителя применяется вода, в количестве 100 
м
3
/ч. 
При температуре наружного выше + 5°С применяется летний режим работы холодильного центра. В теплый период 
года естественные источники холода не участвуют в системе холодоснабжение (драйкулеры отключены), охлаждение 
производится за счет искусственных источников [7].
Циркуляцию холодоносителя в контуре, обеспечивают циркуляционные насосы, расположенные на 1-ом уровне 
холодильного центра, и обслуживают первичный контур теплообменников. Циркуляционные насосы оборудуются 
частотными преобразователями. 
Холодоноситель контуров фэнкойлов, приточных установок и технологического оборудования – вода. Циркуляцию 
в этих контурах холодоснабжения обеспечивают циркуляционные насосы, расположенные на 2-ом уровне 
холодильного центра.
Для поддержания заданных температур 10/16˚C и 20/26˚C в контурах фэнкойлов, приточных установок и 
технологического оборудования, предусмотрены два пластинчатых теплообменника. Для компенсации изменения 
объема холодоносителя предусмотрены расширительные мембранные баки. 
Энтропийно-статистический анализ парокомпрессионного контура, который выполнялся в программном комплексе 
Solkane 7.0 показал, что в качестве искусственного источника холодоснабжения целесообразно использовать фреон 
R134a (тетрафторэтан), который обладает высокой удельной энтальпией и относительно высокой объемной 
способностью переноса теплоты. 

---

Международный научно-исследовательский журнал ▪ № 1 (103) ▪ Часть 1 ▪Январь 
120 
Рис. 1 – Принципиальный трехконтурный центр 
При работе холодильного центра от компрессоров выделяется большое количество теплоты, которое в количестве 
14000 кВт выбрасывается в окружающую среду. На предприятии по производству полимерных материалов 
одновременно с потребностью в холоде существует потребность в тепловой энергии. Разработка энергосберегающих 
решений по утилизации «бросового» тепла от холодильного центра является актуальной задачей [7], [8]. Следует 
отметить, что график работы теплового насоса и потребности предприятия по производству полимерной пленки в 
горячей воде совпадают. Потребность данного предприятия в горячей воде для обработки поверхностей составляет 
12000 кВт. 
Система утилизации теплоты конденсации холодильного центра строится следующим: рядом с чиллером 
устанавливается парокомпрессионный тепловой насос, который забирает холодоноситель со стороны линии нагнетания 
компрессора, рис. 2. Основное назначение теплового насоса утилизировать теплоту конденсации и направлять ее для 
нагрева воды до температуры 60
0
С.

---

Международный научно-исследовательский журнал ▪ № 1 (103) ▪ Часть 1 ▪Январь 
121 
Рис. 2 – Схема утилизации тепла конденсации холодильного центра: 1-Компрессор; 2-Воздушный конденсатор; 3- 
Испаритель; 4- Термо-регулирующий вентиль; 5- Соленоидный вентиль; 6-Фильтр осушитель;7- Вентиль; 8- Ресивер; 
9- Реле высокого давления; 10- Реле давления сдвоенное; 11- Водяной конденсатор; 
12- Промежуточный теплообменник 
При определении поверхностей нагрева испарителя и конденсатора коэффициент теплоотдачи рассчитывался с 
учетом фазовых переходов хладагента [9], [10]. В табл. 1, 2 представлены теплотехнические характеристики испарителя 
и конденсатора, соответственно с учетом теплоты фазового перехода.
Таблица 1 – Теплотехнические характеристики испарителя теплового насоса 
Тип ТА 
𝛼
б.о.
𝛼
кв
𝛼
к
𝛼
д
𝛼
и
F, м
2
F
ст
, м
2
Испаритель 
1690 
3420 
9405 
715 
5238 
1,11 
1,37 
Таблица 2 – Теплотехнические характеристики конденсатора теплового насоса 
Тип ТА 
𝛼
конд
𝛼
пп
𝛼
к
F, м
2
F
ст
, м
2
Конденсатор 
1415 
189 
1372 
2,25
2,655