SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET

TEHNIKA HLAĐENJA Nositelj kolegija: Izv. prof. dr. sc. Branimir Pavković, dipl. ing. Suradnik: Aleksandar Božunović, dipl. ing.

ii

SADRŽAJ 1. UVOD 1.1. PODRUČJE PRIMJENE TEHNIKE HLAĐENJA 1.2. TOPLINSKO OPTEREĆENJE HLADIONICE 1.3. TEMPERATURE U TEHNICI HLAĐENJA 1.4. FIZIKALNE POJAVE I OSNOVNI PROCESI U TEHNICI HLAĐENJA 1.4.1. Kompresijski rashladni uređaji (procesi s mehaničkom kompresijom pare) 1.4.2. Sorpcijski rashladni uređaji 1.4.3. Rashladni uređaji s mlaznim duhaljkama (ejektorski rashladni uređaji) 1.4.4. Hlađenje ishlapljivanjem 1.4.5. Vrtložna cijev 1.4.6. Termoelektrično hlađenje 1.4.7. Ekspanzija plinova uz dobivanje rada 1.4.8. Termomagnetsko hlađenje 1.4.9. Desorpcija plinova 2. PRORAČUN RASHLADNOG UČINKA ZA HLADIONICU 2.1. TOPLINSKO OPTEREĆENJE USLIJED DOVOĐENJA TOPLINE KROZ STJENKE 2.2. TOPLINSKO OPTEREĆENJE USLIJED HLAĐENJA I SMRZAVANJA PROIZVODA 2.3. TOPLINSKO OPTEREĆENJE USLIJED HLAĐENJA VANJSKOG ZRAKA 2.4. TOPLINSKO OPTEREĆENJE USLIJED ODVIJANJA BIOLOŠKIH

PROCESA U USKLADIŠTENIM PROIZVODIMA (TOPLINA DISANJA) 2.5. TOPLINSKO OPTEREĆENJE USLIJED RADA LJUDI 2.6. TOPLINSKO OPTEREĆENJE USLIJED RASVJETE 2.7. TOPLINSKO OPTEREĆENJE USLIJED STVARANJA INJA NA ISPARIVAČU 2.8. TOPLINSKO OPTEREĆENJE USLIJED RADA VENTILATORA 2.9. EFEKTIVNO VRIJEME RADA I RASHLADNI UČINAK UREĐAJA

iii

3. KOMPRESIJSKI RASHLADNI PROCESI 3.1. PRIRODNO I PROCESNO HLAĐENJE 3.1.1. Prirodno hlađenje 3.1.2. Procesno hlađenje 3.2. RASHLADNI, OGRJEVNI I OGRJEVNO-RASHLADNI PROCESI 3.3. PLINSKI RASHLADNI PROCESI 3.3.1. Zračni rashladni proces (Jouleov rashladni proces) 3.3.2. Zračni rashladni uređaj s dvostepenom kompresijom i dvostepenom ekspanzijom 3.3.3. Približenje Carnotovu procesu 3.4. PARNI RASHLADNI PROCESI 3.4.1. Parni rashladni proces s jednostupanjskom kompresijom 3.4.1.1. Prigušivanje kondenzata 3.4.1.2. Suho usisavanje 3.4.1.3. Utjecaj pothlađivanja radne tvari u kondenzatoru 3.4.1.4. Pothlađivanje kondenzata hladnom parom radne tvari 3.4.2. Parni rashladni proces s jednostupanjskom kompresijom i isparivanjem na

dvije temperature (2 prigušna ventila) 3.4.3. Parni rashladni procesi s višestupanjskom kompresijom 3.4.3.1. Dvostupanjska kompresija s hladnjakom pare 3.4.3.2. Dvostupanjska kompresija s međuhladnjakom - odjeljivačem 3.4.3.3. Dvostupanjska kompresija s međuhladnjakom – odjeljivačem: prigušivanje

duboko pothlađenog kondenzata u PVI i prigušivanje umjereno pothlađenog kondenzata u PVII

3.4.3.4. Dvostupanjska kompresija s međuhladnjakom – odjeljivačem: prigušivanje duboko pothlađenog kondenzata u PVI i prigušivanje duboko pothlađenog kondenzata u PVII

3.4.3.5. Dvostupanjska kompresija s prigušivanjem u dva prigušna ventila i međuhladnjakom - odjeljivačem

3.4.3.6. Dvostupanjska kompresija s prigušivanjem u dva prigušna ventila i međuhladnjakom – odjeljivačem, s isparivanjem na dvije temperature

3.4.3.7. Trostupanjska kompresija s međuhladnjacima – odjeljivačima s isparivanjem na jednoj, dvije ili tri temperature

3.4.4. Kaskadni rashladni procesi

iv

4. RADNE TVARI ZA KOMPRESIJSKE PARNE PROCESE 4.1. POŽELJNA SVOJSTVA RADNIH TVARI 4.2. OZNAČAVANJE RADNIH TVARI (MEĐUNARODNO) 4.3. UTJECAJ RADNIH TVARI NA OKOLIŠ 4.4. OSNOVNE TERMODINAMIČKE OSOBINE RADNIH TVARI 4.5. FIZIOLOŠKO DJELOVANJE RADNIH TVARI 4.6. ODABIR RADNIH TVARI OVISNO O PRIMJENI 4.7. ODABIR KONSTRUKCIJSKIH MATERIJALA OBZIROM NA KORIŠTENE RADNE TVARI 4.8. POPIS I SVOJSTVA RADNIH TVARI 5. PRIJENOS TOPLINE IZMEĐU RASHLADNOG UREĐAJA I HLADIONICE 5.1. HLAĐENJE S NEPOSREDNIM ISPARIVANJEM 5.2. HLAĐENJE PUTEM MEDIJA ZA PRIJENOS TOPLINE 5.3. USPOREDBA HLAĐENJA S NEPOSREDNIM ISPARIVANJEM I

HLAĐENJA PUTEM MEDIJA ZA PRIJENOS TOPLINE 5.4. TVARI ZA PRIJENOS TOPLINE 5.4.1. Rasoline 5.4.2. Glikolne smjese 5.4.3. Halogenirani ugljikovodici 5.4.4. Ugljični dioksid CO2 5.4.5. Binarni led 6. KOMPRESORI 6.1. STAPNI KOMPRESORI (KOMPRESORI S OSCILIRAJUĆIM

STAPOVIMA) 6.1.1. Proces kompresije 6.1.2. Stupanj dobave kompresora 6.1.2.1. Utjecaj štetnog prostora – uzima se u obzir kroz 1λ 6.1.2.2. Utjecaj pada tlaka 1pΔ kod usisavanja - 2λ

v

6.1.2.3. Utjecaj zagrijavanja kod usisa - 3λ 6.1.2.4. Utjecaj propusnosti - 4λ 6.1.2.5. Utjecaj broja okretaja kompresora na stupanj dobave λ 6.1.3. Izmjena topline između plina i stijenke cilindra 6.1.4. Stupnjevi djelovanja 6.1.5. Odstupanje stvarnog rashladnog procesa od teoretskog 6.1.6. Kapacitet hlađenja kompresora – rashladni učinak 0Q 6.1.7. Višestupanjska kompresija 6.1.8. Razvodni sustavi stapnih kompresora 6.1.8.1. Automatski ventili 6.1.8.2. Razvod s rasporima 6.1.9. Regulacija dobave stapnih kompresora 6.1.9.1. Povremeni prekid pune dobave 6.1.9.2. Gruba promjena dobave 6.1.9.3 Kontinuirana regulacija dobave 6.2. ROTORNI KOMPRESORI (KOMPRESORI S ROTIRAJUĆIM

STAPOVIMA) 6.2.1. Kompresori s jednim rotorom 6.2.1.1. Lamelni kompresori 6.2.1.2. Kompresori s ekscentričnim rotorom 6.2.1.3. Vijčani kompresori s jednim vijkom 6.2.1.4. Kompresori sa spiralama (scroll) 6.2.2. Kompresori s dva rotora 6.2.2.1. Vijčani kompresori s dva vijka 6.2.2.2. Regulacija dobave rashladnih vijčanih kompresora 6.2.3. Indikatorski dijagram i promjenjivi protutlak 6.3. TURBOKOMPRESORI 6.3.1. Osnovne jednadžbe kod proračuna turbokompresora 6.3.2. Glavne jednadžbe strojeva na strujanje

vi

6.3.3. Višestepena kompresija 6.3.4. Radne karakteristike kompresora 6.3.5. Regulacija dobave turbokompresora 7. IZMJENJIVAČI TOPLINE RASHLADNIH UREĐAJA 7.1. ISPARIVAČI 7.1.1. Prijelaz topline kod isparivanja 7.1.2. Tipovi i konstrukcije isparivača 7.1.2.1. Podjela prema načinu isparivanja 7.1.2.1.1. Suhi isparivači 7.1.2.1.2. Potopljeni isparivači 7.1.2.2. Oblikovanje površine za prijenos topline 7.1.2.3. Podjela prema namjeni i izvedbi 7.1.3. Utjecaj temperature isparivanja na kaliranje proizvoda 7.1.4. Otapanje inja s površine zračnih hladnjaka 7.2. KONDENZATORI 7.2.1. Tipovi i konstrukcije kondenzatora 7.2.1.1. Podjela prema načinu hlađenja 7.2.2. Optočno hlađenje ishlapljivanjem – rashladni toranj 8. PRIGUŠNI VENTILI I ORGANI 8.1. RUČNI PRIGUŠNI VENTIL 8.2. REGULATORI RAZINE 8.2.1. Prigušni ventil s plovkom na strani niskog tlaka VPNT 8.2.2. Prigušni ventil s plovkom na strani visokog tlaka VPVT 8.3. REGULATOR STALNOG TLAKA 8.4. REGULATORI TEMPERATURE PREGRIJANJA

vii

8.4.1. Termoekspanzijski ventil TEV 8.4.2. Termoekspanzijski ventil s vanjskom egalizacijom tlaka 8.4.3. Elektronički ekspanzijski ventil 8.5. KAPILARE 9. CJEVOVODI ZA RADNU TVAR 9.1. PREPORUČENE BRZINE I PADOVI TLAKA 9.2. IZRAZI ZA IZRAČUNAVANJE PADA TLAKA U CJEVOVODIMA 9.2.1. Jednofazno strujanje - strujanje pare ili kapljevine 9.2.1.1. Pad tlaka uslijed trenja 9.2.1.2. Pad tlaka uslijed lokalnih otpora 9.2.2. Dvofazno strujanje - strujanje smjese pare i kapljevine 10. RADNE KARAKTERISTIKE KOMPRESIJSKIH RASHLADNIH UREĐAJA 10.1. KARAKTERISTIKA KOMPRESORA 10.2. KOMPRESOR I ISPARIVAČ 10.3. NESTACIONARNE PROMJENE NA POČETKU HLAĐENJA 10.4. REGULACIJA RADA RASHLADNOG UREĐAJA 11. APSORPCIJSKI RASHLADNI UREĐAJI 11.1. DVOJNE SMJESE 11.1.1. Toplinske pojave kod miješanja (sa i bez odvođenja topline) 11.1.2. Merkelov h - ξ dijagram 11.1.3. Miješanje 11.1.3.1. Pravilo miješanja i temperatura miješanja 11.1.3.2. Miješanje uz dovođenje topline 11.1.4. Isparivanje 11.1.5. Ukapljivanje 11.1.6. Toplinske pojave kod isparivanja 11.1.7. Azeotropske smjese 11.1.8. Neprekidno isparivanje 11.1.9. Pravilo projekcija toplina 11.1.10. Apsorpcija 11.1.11. Prigušivanje 11.2. JEDNOSTUPANJSKI APSORPCIJSKI RASHLADNI UREĐAJI

viii

11.2.1. JEDNOSTAVNI JEDNOSTUPANJSKI UREĐAJ 11.2.2. JEDNOSTUPANJSKI UREĐAJ S IZMJENJIVAČIMA TOPLINE 11.3. DVOSTUPANJSKI APSORPCIJSKI RASHLADNI UREĐAJI 11.4. RESORPCIJSKI RASHLADNI UREĐAJI 11.4.1. SLUČAJ S VELIKOM KOLIČINOM RASHLADNE VODE 11.4.2. SLUČAJ S OGRANIČENOM KOLIČINOM RASHLADNE VODE 11.5. TEORETSKA ZAGONSKA TOPLINA APSORPCIJSKOG RASHLADNOG

UREĐAJA, TOPLINSKI OMJER HLAĐENJA – RASHLADNI ODNOS 11.6. APSORPCIJSKE DIZALICE TOPLINE 11.7. APSORPCIJSKI TOPLINSKI TRANSFORMATORI 12. RASHLADNE SMJESE 13. SUHI LED 14. TERMOELEKTRIČNO HLAĐENJE 15. RASHLADNI UREĐAJI S MLAZNIM DUHALJKAMA (EJEKTORSKI RASHLADNI UREĐAJI) 16. UKAPLJIVANJE PLINOVA 16.1. UKAPLJIVANJE PLINOVA KASKADNIM HLAĐENJEM 16.2. UKAPLJIVANJE PREMA LINDEU 16.2.1. JEDNOSTAVNI UREĐAJ ZA UKAPLJIVANJE PLINOVA PO LINDEU 16.2.2. LINDEOV UREĐAJ S JEDNOSTAVNIM OPTOKOM I PREDOHLAĐIVANJEM POMOĆU RASHLADNOG UREĐAJA 16.2.3. LINDEOV UREĐAJ S DVOSTRUKIM OPTOKOM

ix

POPIS LITERATURE F. Bošnjaković: Nauka o toplini I , II, III, Tehnička knjiga Zagreb, 1970.

V. Brlek: Kompresor, Tehnička enciklopedija, Sv. 7, pp. 221-255.

V. Brlek: Rashladna tehnika, Tehnička enciklopedija, Sv. 11, pp. 430-468

S. Vujić i. dr.: Rashladni uređaji, Mašinski fakultet Beograd, 1988.

R. Budin, A. Mihelić-Bogdanić: Osnove tehničke termodinamike, Školska knjiga Zagreb, 1990.

H. L. von Cube, F. Steimle, H. Lotz, J. Kunis: Lehrbuch der Kältetechnik, Bd. 1, 2, C. F. Müller Verlag, Heidelberg, 1997.

R. Planck: Handbuch der Kältetechnik, Bd. 1-12, Springer Verlag, Berlin, 1954 -66.

H. Drees: Kühlanlagen, VEB Verlag Technik, Berlin, 1965.

ASHRAE: 2006. ASHRAE Handbook – Refrigeration, ASHRAE Atlanta GA, 2006.

Althouse, Turnquist, Bracciano: Modern Refrigeration and Air Conditioning, The Goodheart – Willcox Company, Tinley Park, 2000.

Breidenbach: Der Kälteanlagenbauer, Bd. 1 und 2, Vlg. C. F. Müller, Karlsruhe 1990.

Breidert: Projektierung von Kälteanlagen, C. F. Müller, Karlsruhe 1995.

Ciconkov: Refrigeration – Solved Examples, University of Skopje, 2001.

Dozenten der Kältetechnik an Fachhochschulen (Hrsg.): Aufgabensammlung Kältetechnik, C. F. Müller, Karlsruhe 1995.

IIR: Recomendations for the processing and handling of frozen foods, IIR Paris 1986.

Planck, Schmidt: Kälteanlagentechnik in Fragen und Antworten, Bd. 1 und 2, C.F. Müller Verlag, Heidelberg 1996.

Dossat, Horan: Principles of Refrigeration, Prentice Hall, Columbus Ohio, 2001