Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Тепловые насосы и кондиционеры

Настоящий теплонасосной цикл. Компрессионные тепловые насосы

Наибольшее распространение получили ТН, в которых осуществляется парокомпрессионный цикл. Они называются компрессионными ТН. К такому кругового цикла близкий цикл Карно. Впервые подобная система была применена Перкинсоном в 1834 году для производства холода, и затем внедрена в промышленную эксплуатацию на больших установках с применением как рабочего вещества аммиака. После 1945 с использованием галогенированих углеводов в качестве так называемого безопасного хладагента началось широкое производство домашних и промышленных холодильников, а также кондиционеров.

В парокомпресионному ТН цикле детандер заменен простым дросселем (регулирующим вентилем), потому что, с одной стороны, производительность детандера небольшая, а с другой - стоимость установки из-за его значительно возрастает.

Чтобы предотвратить всасыванию жидкости, сжатие начинается в точке 1 на правой предельной кривой при содержании пары * = 1 (рис. 1.12).

Цикл парокомпрессионного теплового насоса и принципиальная схема

Рис. 1.12. Цикл парокомпрессионного теплового насоса и принципиальная схема

На схеме: / - конденсатор; 2 - регулирующий вентиль 3 - компрессор; 4 - испаритель

Рабочее вещество (хладагент) претерпевает следующие изменения состояния:

1-2 - изоентропний сжатие сухого насыщенного пара хладагента с расходом внешней работы и>, что площадь на диаграмме е-4-3-2-1-5-6;

2-4 - отвод теплоты перегретого пара 2-3 и конденсация хладагента 3-4 с отводом полезного тепла, площадь е-4-3-2-7;

4-5 - изоентальпийне расширения (дросселирования) хладагента;

5-И - испарение хладагента при поглощении теплоты от источника ^ 0, обусловленный площадью 6-5-1-7.

Такой круговой цикл применяют в холодильных машинах и ТН в качестве идеального термодинамического цикла. В противоположность цикла Карно, протекает между температурой источника тепла Тч и температурой рабочего тела 7д (внешние условия), внутренний круговой цикл ТН (с целью обеспечения необходимого температурного напора для передачи тепла) должен осуществляться в интервале температур То и ТК.

Конечно переохлаждения хладагента осуществляется в конденсаторе, увеличивает подвода теплоты в испаритель <у0 и отвод теплоты в конденсаторе </ к. Такой круговой цикл с переохлаждением представлен на диаграммах 75 и (рис. 1.13).

Цикл теплового насоса с переохолоджуванням

Рис. 1.13. Цикл теплового насоса с переохолоджуванням (процесс 4 5) на диаграммах 7> и \% {рп

Поток теплоты, подведенный к испарителя от источника теплоты 00, поток полезной теплоты Qк, отведенный от конденсатора, и мощность Ри, подведена к компрессору, могут быть непосредственно рассчитаны с помощью удельных энтальпий, принятых по \% {рп диаграмме

где / йад - количество хладагента, циркулирующего в ТН.

Расчет коэффициента преобразования упрощается, если использовать значение энтальпии, которые снимают непосредственно из диаграммы

Другой важной величиной, отражающей связь необходимой тепловой мощности с требуемым расходом циркулирующего хладагента, что позволяет подобрать компрессор, конденсатор и испаритель, является так называемая объемная тепловая мощность (объемная тепловая), Дж / м3

где и '| - Объемный расход хладагента, всасываемого компрессором; в | -удельное объемный поток хладагента в состоянии /.

Снижение температуры хладагента 5-5 * (рис. 1.14) может быть достигнуто с помощью внутреннего теплообменника. В таком теплообменнике конденсат (жидкий хладагент) переохлаждается, отдавая теплоту холодной паре, поступающей из испарителя, а пара перегревается. Имеет место зависимость И {* - Л - И5 - И5 *.

Схема теплового насоса с регенеративным Переохладитель:

Рис. 1.14. Схема теплового насоса с регенеративным Переохладитель: Пе - внутренний теплообменник; К- конденсатор; Др- регулирующий вентиль Кр - компрессор; В - испаритель

Перегрев ведет к увеличению конечной температуры сжатия, предельное значение которой зависит от используемого масла, и в результате увеличения разницы удельных энтальпий для полезной теплоты на величину Ни * - Нет- Коэффициент преобразования увеличивается в соответствии с

Практические отклонения:

• в реальных условиях работы компрессора сжатие происходит не изоентропно, а в зависимости от конструкции компрессора - чаще политропный, причем для преодоления внутреннего сопротивления потока в компрессоре и внешнего в напорном трубопроводе нужно больше высокое давление по сравнению с давлением конденсатора; при прохождении потока через конденсатор давление уменьшается, для его восстановления компрессор должен затратить дополнительную работу;

• в жидком трубопроводе от конденсатора к регулирующего вентиля также уменьшается давление, и в этом случае при температуре хладагента, превышающей температуру окружающей среды, теплота отдается в атмосферу;

• расширение в регулирующем вентиле происходит по линии h = const;

• при прохождении через испаритель давление хладагента уменьшается, в результате чего уменьшается давление в испарителе;

• в трубопроводе от испарителя к компрессору давление продолжает уменьшаться, и при температуре хладагента ниже температуры окружающей среды с него поглощается теплота.

Максимальный коэффициент преобразования (КОП) идеального цикла Карно, например, при температуре нагретой воды 65 ° С и температуре подаваемой в испаритель воды 35 ° С может составить:

Копка = TL I (Тн - TL) 1 = (273 + 35) / (65 - 35) + 1 = 11,3.

На практике, исходя из опытных данных, температуры испарения и конденсации можно принять: Ты ~ 75 ° С и 7 ^ = 15 ° С. Отметим, что в испарителе нужна большая разница температур, поскольку, чтобы получить полезную теплоту, вода, похоже, должна быть охлаждена от 35 ° С до уровня 20 ° С.

Вместе с тем, в реальном цикле с хладагента фреон Я 12 величина КОП значительно ниже и составит - 3,29, а с учетом механического КПД компрессора, что требует затраты дополнительной работы, и того меньше (полный КОП = 3,29-0,95 = 3,13). Величина КОП отражает степень полезности теплового насоса как выработка большого количества тепла при расходе сравнительно малой работы. Идеальным был бы повод теплового насоса за счет энергии ветра или гидроэнергии, но это не всегда возможно.

Одноступенчатый цикл работы компрессионного ТН становится менее эффективным с ростом соотношения рк / р0 из-за увеличения потерь в компрессоре и снижение коэффициента подачи. В холодильных машинах при соотношении давления рк / р0> 7 конечно переходят на двухступенчатый цикл. С учетом более низких эксплуатационных расходов, но более высокой стоимости двухступенчатой установки, ее можно рекомендовать при длительному сроку службы как вариант, снижает общую стоимость даже при соотношении давлений менее чем 7 Обычно этот вывод относится и к ТН.

Снижение разницы удельных энтальпий в компрессоре на величину (/ 72. - /? 4) влияет на коэффициент преобразования в меньшей степени, чем уменьшение количества подведенной энергии компрессора; в принципе коэффициент преобразования двухступенчатого процесса - более высокий (на 10 ... 25%).

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее