 |
Расчет термодинамической эффективности
|
|
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИЛОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра тепловых и электрических станций
Пособие по выполнению расчетно-графической работы
для студентов заочного курса обучения
Расчет термодинамической эффективности
парокомпрессионного теплового насоса
Разработал:
д. т. н., профессор кафедры ТЭС Елистратов С. Л.
Новосибирск - 2015
Часть 1. Общие сведения
1. 1. Цели расчетно-графической работы:
1) освоение методики расчета термодинамического цикла парокомпрессионного теплового насоса (ПКТН) с одноступенчатым сжатием однокомпонентного рабочего тела;
2) получение навыков расчета эксергетических потерь при реализации обратных термодинамических циклов парокомпрессионных термотрансформаторов;
3) получение навыков оперативной работы с инженерной программой определения термодинамических параметров хладагентов Coolpak.
1. 2. Схема ТНУ и расчетный термодинамический цикл ПКТН.
Наибольшее распространение среди тепловых насосов парокомпрессионного типа (ПКТН) получили машины, в которых реализуется обратный термодинамический цикл [1, 2], представленный на рис. 1. Принципиальная схема включает в себя все основные элементы не только ПКТН, но и некоторых схемных решений парокомпрессионных холодильных машин (ПКХМ), что позволяет в процессе термодинамического анализа выявить сходства и различия между этими типами технических систем. Более сложные схемы и циклы ПКТН базируются на представленных выше основных структурных элементах и термодинамических процессах.
|
|
|
В испарителе И осуществляется при постоянном давлении 
и температуре 
кипение РТ при подводе теплоты от низкопотенциального источника тепла (процесс 7-1 на рис. 2 и 3). Насыщенный пар РТ при давлении перегревается (процесс 1-2) в ТР обратным потоком жидкого РТ, поступающего ОК. Перегретый пар с температурой 
поступает на вход компрессора КМ, в котором производится его сжатие (процесс 2-3) до конечного давления 
с повышением температуры до 
. Компримированный пар с параметрами перегретого пара (точка 3) поступает в конденсатор К, где сначала происходит его охлаждение (процесс 3-4*) из состояния перегретого пара до состояния насыщения (точка 4*), а затем конденсация (процесс 4*-4) при постоянном давлении 
и температуре 
1. Принципиальная схема парокомпрессионного теплового насоса (ПКТН)
Рис. 2. Термодинамический цикл парокомпрессионного теплового насоса с одноступенчатым сжатием в координатах «температура 
- энтропия 
» с теплоносителями систем низкопотенциального источника тепла (с индексом «S»), системы отопления (с индексом «W» ) и горячего водоснабжения ( с индексом «F»)
Рис. 3. Термодинамический цикл ПКТН в координатах «давление 
- энтальпия 
».
Из конденсатора К конденсат РТ направляется в охладитель конденсата ОК, где производится отвод тепла теплоносителю 
внешнего теплоприемника (процесс 4-5) с понижением температуры от = 
до 
. Дальнейшее охлаждение РТ до температуры 
производится в ТР обратным потоком пара, поступающим из испарителя И в компрессор КМ. Цикл завершается процессом дросселирования (процесс 6-7) жидкого РТ в дроссельном устройстве ДР от давления 
до давления в испарителе с понижением его температуры в процессе изоэнтальпийного расширения с до температуры 
= в испарителе.
|
|
|
В процессе реализации замкнутого термодинамического цикла к РТ в испарителе И подводится тепловая энергия от теплоотдатчика 
(низкопотенциального источника тепла) с охлаждением его теплоносителя с температуры 
до 
. Также к РТ через приводное устройство в компрессоре подводится в процессе сжатия механическая энергия (эксергия). При этом мы не конкретизируем, из какого исходного вида энергии (электрическая, тепловая и др. ) получена механическая энергия на валу компрессора. Отвод полезного тепла к внешнему потребителю осуществляется в конденсаторе К при нагреве теплоносителя внешнего теплоприемника 
с температуры 
до 
. В общем случае дополнительно тепло от РТ полезно отводится в охладителе конденсата ОК какому-либо внешнему потребителю за счет нагрева теплоносителя теплоприемника 
с температуры 
до 
. При использовании ПКТН в системах теплоснабжения потребителями тепловой энергии обычно являются системы отопления (СО) и горячего водоснабжения (ГВС). Как правило, для отопления используется тепло, выделяемое в конденсаторе, а для нагрева воды на нужды ГВС - тепло охлаждения конденсата РТ. При отсутствии потребности в ГВС для целей отопления используется также незначительная часть тепла от охлаждения конденсата РТ; в этом случае теплоноситель системы отопления последовательно или параллельно проходит через охладитель конденсата ОК и конденсатор К. Аналогичным образом ПКТН могут быть использованы в различного рода производственных технологиях.
|
|
|
