Расчет парокомпрессионного теплового насоса (схема №1)

Схема и расчетный цикл в p, h -диаграмме парокомпрессионного теплового насоса представлены на рисунке 6.

Порядок термодинамического расчета схемы следующий.

1. В испарителе теплота от низкопотенциального теплоносителя передается фреону, температура которого должна быть ниже. По температуре t_н2 и температурном перепаде Dt_и определяется температура испарения фреона:

t _и = t _н2 – D t _и. (1.3)

2. По температуре испарения t _и на правой пограничной кривой p, h -диаграммы фреона (или по таблицам термодинамических свойств хладагента в состоянии насыщения) находится точка 1. для которой определяется энтальпия h ₁ и давление испарения p_и.

3. В конденсаторе теплота передается от более горячего фреона к воде. По температуре воды на выходе t _в2 и температурном перепаде D t _к определяется температура конденсации фреона:

t _к = t _в2 +D t _к.. (1.4)

4. По температуре конденсации t _к на правой пограничной кривой (или по таблицам термодинамических свойств хладагента в состоянии насыщения) находится точка 3. для которой определяется энтальпия h ₃ и давление конденсации p _к.

5. На пересечении линии постоянной энтропии S ₁, проходящей через точку 1, и линии изобары p _к, проходящей через точку 3, определятся точка 2а, которая соответствует концу адиабатного сжатия. По диаграмме определяется энтальпия h _{2 а} в точке 2а.

6. Адиабатный КПД компрессора h _а равен

h _а =; отсюда h ₂= h ₁ +. (1.5)

Адиабатный КПД компрессора может быть рассчитан по выражению

h _а = 0, 98. (1.5)

По значению энтальпии h ₂и давлению p _к определяется точка 2.

7. По значению энтальпии h ₃ = h ₄ и давлению p _и определяется точка 4.

8. Рассчитываются удельные тепловые нагрузки в узлах теплового насоса:

q_и = h₁ – h₄;. (1.5)

q _к = h ₂ – h ₃;. (1.5)

l _сж = h ₂ – h ₁. (1.5)

Правильность расчета определяется проверкой теплового баланса

q _и + l _сж = q _к. (1.5)

Дополнительно определяется тепловая нагрузка теплового насоса (теплота, передаваемая на отопление):

q _тн = q _к, (1.5)

и удельная энергия, потребляемая электродвигателем W:

W =. (1.5)

10. Определяются показатели энергетической эффективности теплового насоса:

–коэффициент преобразования теплоты

m =; (1.5)

–коэффициент преобразования электроэнергии:

m_э= h_э.м h_э m; (1.5)

–удельный расход первичной энергии

ПЭ =. (1.5)

11. Степень повышения давления в компрессоре

e =. (1.5)

12. Производится эксергетический расчет схемы:

– эксергия е _н, отданная низкопотенциальным теплоносителем в испарителе:

е_н = t_н q_и, (1.5)

где t_н – эксергетическая температура низкопотенциального теплоносителя (значение эксергетической температуры должно быть от 0 до 1):

t_н =;. (1.5)

средняя логарифмическая температура холодного теплоносителя

Т_{ср. н}=.. (1.5)

–эксергия е _в, полученная высокопотенциальным теплоносителем в конденсаторе:

е_в = t_в q_к,. (1.5)

где t_в – эксергетическая температура высокопотенциального теплоносителя:

t_в =;. (1.5)

средняя логарифмическая температура горячего теплоносителя

Т_{ср. в} =.. (1.5)

–эксергия электроэнергии, потребляемой электродвигателем:

е_э = W =;. (1.5)

–эксергетический КПД h_э теплового насоса определяется по суммарной эксергии входных e_вх и выходных e_вых потоков:

h_э = =.. (1.5)

Расчет данной схемы был выполнен в программном пакете MSExcel, результаты расчета приведены в таблице 14.

Таблица 14 – Результаты расчета парокомпрессионного теплового насоса