Пример расчета компрессионного теплового насоса

Рассчитать схему одноступенчатого парокомпрессионного теплового насоса (риси.15) с теплопроизводительностью 46,5 кВт. В качестве источника тепла низкого потенциала используется речная вода с температурой на входе в испаритель / н] = 10 ° С и на выходе из него / н2 = 6 ° С. Температура воды на входе в охладитель / но = 35 ° С, а на выходе из конденсатора / В | = 70 ° С. Рабочий агент в установке - хладон К2 1.

Рис. 1.15 Схема теплового насоса.

Мета-на рис. 1.8

Решение . Принимая конечную разницу температур в испарителе Л / н = / "2 - / в = 2,5 К, находим температуру испарения" 0 = 'н2-Д / о = 6-2ь5 = 3,5 ° С.

Задаваясь конечной разницей температур в конденсаторе Д / к - / в | - / К = 5 ° С, определяем температуру конденсации 'к ='. 1-М = 70 + 5 = 75Все.

Используя 7> -диаграму, находим параметры рабочего агента в следующих характерных точках схемы:

точка 1: г, "/ 0 = 3,5 ° С, р, = 0,08 МПа, Л, = 665 кДж / кг, М = 0,275 м3 / кг;

точка 2: р2 = 0,78 МПа, / ^ = 724 кДж / кг, / 2 = 1 Ю ° С;

точка 3/3 - 75 ° С, /> с = 0,78 МПа, / "3 = 506 кДж / кг;

точка 4/4 = / п0 + Д / Н0 = 35 + 10 = 45 ° С, р4 = 0,78 МПа, / "4 = 468 кДж / кг,

точка 5: / 5 = + 3,5 ° С, р5 = 0,08 МПа, / 15 = 468 кДж / кг.

Энтальпия рабочего агента на выходе из компрессора при внутреннем адиабатическом КПД компрессора г), = 0,8

Внутренняя работа компрессора / о "ЛГ Л | = 739 -665 = 74 кДж / кг.

Удельное тепловая нагрузка испарителя

<70 = А, -Л5 = 665-468 = 197 кДж / кг.

Удельное тепловая нагрузка конденсатора Как = ¿2 - Лп в 739 - 506 = 233 кДж / кг.

Удельное тепловая нагрузка охладителя <7П0 = /? 3 - // 4 = 506 - 468 = 38 кДж / кг.

Энергетический баланс 0 = 'в +? В =? К +? По = 74 + 197 = 233 + 38 = 271 кДж / кг.

Массовый расход рабочего агента с = Ев / (^ к + 9по) = 46,5 / (233 + 38) = 0,172 кг / с.

Объемная производительность компрессора Ух = О • v, = 0,172 0,275 = 16,9 мЗ / ч = 0,0047 м3 / с.

Расчетное тепловая нагрузка испарителя ЕЬ = 90С = 197 0,172 = 34 кВт.

Расчетное тепловая нагрузка охладителя йио = ЯпоО = 38 • 0,172 = 6,8 кВт.

Принимая электромеханический КПД компрессора г | эм = в 9 определяем удельную работу компрессора Иш = 'в' Лэм = 74/0> 9 = 82> 2 кДж / кг.

Удельный расход электроэнергии на единицу произведенного тепла а ™ = 'км 1 (Как + ? По) = 82,2 / (233 + 38) = 0,304.

Электрическая мощность компрессора * э = Иш ° = 82,2-0,172 = 4,2 кВт.

Коэффициент трансформации ос = (9к + 9по) ^ Км = 1 / эт.н = 1 / 0,304 = 3,3.

Средняя температура низкотемпературного тепловиддатчика

Тн ер = (10 + 6У2 + 273 = 281 К.

Средняя температура полученного тепла Гвср = (70 + 35) / 2 + 273 = 325,5 К.

Коэффициент работоспособности тепла с потенциалом (Т9) в = 1 - (293 / 325,5) = 1 -0,9 = 0,1.

Коэффициент преобразования теплонасосной установки

Струйные тепловые насосы

Струйные ТН относятся к устройствам с тепловым приводом. Вместо механического компрессора применяют струйные компрессоры. В холодильной технике такие устройства встречаются в пароструйных (эжекторных) холодильных машинах, где в качестве рабочего вещества используется водяной пар.

Струйный компрессор получает приводную энергию в виде удельного энтальпии рабочей пары с Паропреобразователи внешней теплоты (рис. 1.16). В струйном компрессоре энергия, содержащаяся в рабочей паре, превращается в энергию струи, а пара хладагента благодаря процессу инжекции отсасывается из испарителя, смешивается с рабочей парой и в диффузоре сжимается до давления конденсатора. Смесительный процесс, характерный для струйной компрессора, в принципе необратим, и в связи с этим термодинамическая совершенство циклов струйных ТН меньше, чем с механическим компрессором.

Рис. 1.16. Схема струйного теплового насоса:

1 - генератор рабочей пары;

2 - насос; 3 - конденсатор;

4 - струйный компрессор;

5 - дроссель; 6 - испаритель

Из-за низкого КПД струйных компрессоров и незначительный сжатие до сих пор нет сведений о применении пароструйных ТН. Обычно более целесообразно использование пары, которые есть в наличии, в зависимости от ее параметров для турбин, вырабатывающих электроэнергию или непосредственно для отопления.