Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Описание и принцип работы теплового насоса




 

Теория теплового насоса изложена в описании термодинамического цикла Карно еще в 1824 году. Хладагент (фреон) перемещается компрессором по замкнутому контуру, состоящему из испарителя, конденсатора и клапана.

 

 

Сжатый компрессором в конденсаторе (горячая решетка на задней стенке простейшего холодильника) хладагент переходит из газообразного в жидкое состояние при высоком давлении и температуре. Далее через дросселирующий клапан он продавливается в испаритель (обмерзшая панель внутри холодильника), где тем же компрессором создается низкое давление. При резком падении давления после клапана хладагент активно кипит, переходя в газообразную фазу с резким уменьшением температуры (для теплового насоса до -8°С и ниже). Таким образом производится перенос тепла из объема, в котором расположен испаритель, в объем, который занимает конденсатор.

 

В тепловых насосах эти объемы выполняются в виде теплообменников. В первый подается относительно теплый носитель от низкотемпературного источника тепла (НТИ), второй включается в контур системы отопления. Теоретически несложно в теплое время года, поменяв местами испаритель и конденсатор теплового насоса, использовать его для охлаждения здания. В качестве НТИ может использоваться наружный воздух при условии что его температура превышает температуру кипения хладагента в испарителе; грунтовые, либо воды из незамерзающих водоемов; земля, тепло из которой переносится в теплообменник теплового насоса раствором, циркулирующим по трубам, уложенным в земляной коллектор, либо опущенным в скважины-зонды; технологические сбросы предприятий в жидком или газообразном состоянии.

Главная характеристика эффективности теплового насоса — коэффициент преобразования (СОР), или коэффициент мощности, равный отношению теплопроизводительности теплового насоса, или тепловой мощности к мощности его компрессора (потребляемой). В зависимости от используемого НТИ и конструкции отопительного теплообменника различают следующие типы тепловых насосов:

«воздух--воздух», к которым относятся обычные кондиционеры и те же холодильники;

«воздух--вода» -- относительно недорогой вариант, не требующей сооружения сложной системы наружных сооружений. Недостаток — падение коэффициента преобразования с понижением температуры воздуха (СОР = 3—3,6);

 

 

 

«вода—вода» -- наиболее эффективный вариант (СОР = 5,4--6,4). Недостаток -- нужно наличие незамерзающего водного источника;

 

 

 

 

«рассол--вода» с грунтовыми коллекторами, либо зондами. (В трубы, проложенные в земле, на всякий случай подается незамерзающий раствор – рассол). Наиболее универсальный вариант. Недостаток -- требует значительных затрат на сооружение земляного коллектора (1 м.п. уложенной трубы -- 20--30 Вт тепла), либо еще больших затрат на сверление скважин для грунтовых зондов (1 м. п. скважины -- 40--60 Вт тепла).

 

 


 

2. Тепловой расчет установки

В основе работы реального теплового насоса находится обратный цикл Ренкина, изображенный на рис.5.

Рис. 4. Принципиальная схема реального теплового насоса.

 


Рис.5. Изображение цикла ТН в TS диаграмме.

 


 

Процесс 1-2’- изоэнтропное сжатие пара;

2-3-процесс изобарного охлаждения перегретого пара до сухого насыщенного

3-4- процесс конденсации сухого пара, который завершается в точке 3;

4-5- охлаждение жидкого рабочего агента;

5-6- дросселирование рабочего тела в регулирующем вентиле;

6-1- процесс испарения (кипения) холодильного агента в испарителе.

Задаемся перепадом температур в испарителе ∆tи=3˚С и в конденсаторе

∆tк=5˚С.

Строим графики изменения температур вдоль поверхности теплообмена (рис.6) и определяем температуры испарения tи и температуру конденсации tк рабочего агента.

 

Рис.6. Графики изменения температур вдоль поверхности теплообмена

t0=tи=t1=tн 1- tи=8˚C - 3˚C=5˚C

tк=tв2 - tк=70˚C + 5˚C=75˚C

Находим по TS диаграмме параметры агента в характерных точках цикла.

Точка 1: t1=tи=5˚C;

P1=0,78 МПа;

V1=0,04 м3/кг;

h1=708 кДж/кг.

Точка 2΄(идеальный процесс):

P2=Pк=3,3 МПа;

h2΄=755 кДж/кг.

t2=110˚C

Точка 2:

, (2.1)

где, ηк- КПД компрессора (ηк =0,8).

h2=708+58,75=767КДж/кг;

 

Точка 3: P3=Pк=3,3 МПа

t3=tк=75˚C

h3=712 кДж/кг;

 

Точка 4: t4=75˚C;

P4=P2=3,3 МПа;

h4=600 кДж/кг.

Точка 5: P5=3,3 МПа;

t5=70˚C;

h5=508 кДж/кг.

Точка 6: P6=7,8МПа;

t6=5˚C;

h6=510 кДж/кг.

 

Рассчитаем удельные нагрузки (в кДж/кг) на аппараты ТН.

Удельная тепловая нагрузка в испарителе

qи=h1-h5, (2.2)

qи=708-508=200 кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка в конденсаторе

qк= h2-h4, (2.3)

qк =767-600=167 кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка на переохладителе

qпо= h4-h5, (2.4)

qпо =600-508=92 кДж/кг.

Удельная работа компрессора

lвкм= h2-h1, (2.5)

lвкм =767-708=59 кДж/кг.

Составим баланс

qи+ lвкм= qпо+qк, (2.6)

 

200+59=92+167;

259=259.

Расчеты были произведены верно.

 

Массовый расход рабочего агента, кг/с

, (2.7)

где Qв- теплопроизводительность ТН, кВт.

 

G=20/(167+92)=0,077 кг/с.

Расчетная тепловая нагрузка испарителя, кВт

Qи=G·qи,

(2.8)

 

Qи=0,077·200=15,4 кВт.

Расчетная тепловая нагрузка переохладителя, кВт

Qпо= G·qпо,

(2.9)

Qпо=0,077·92=7,08 кВт.

Электрическая мощность компрессора, кВт

Nкм= Gф22· lвкм,

(2.10)

Nэ=0,077·59=4,54 кВт

Коэффициент трансформации

μ=(qк+ qпо)/ lвкм

(2.11)

μ=(167+92)/59=4,39

3. Выбор оборудования

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-06-27; Просмотров: 700; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.03 сек.