Пример построения теплового насоса с обратимым гидравлическим циклом

Рассмотрим пример построения теплового насоса с обратимым гидравлическим циклом, работающего круглогодично в двух режимах (охлаждение или нагрев) в зависимости от периода года с использованием оборудования компании CIAT (Франция.

Исходные требования:

1. Теплопроизводительность 510 кВт.

2. Низкотемпературный источник – морская вода с температурой:

o теплый период года ≤ 20°С,

o холодный период года 7°С.

3. Высокотемпературный потребитель – вода с температурой на выходе теплообменника 55°С.

4. Минимальная температура наружного воздуха – минус 10°С (Крым, Украина).

Данную задачу решим, используя тепловой насос с обратимым гидравлическим циклом, схема которого приведена на рис. 2.

Учитывая, что температура наружного воздуха отрицательная (минус 10°С) и для исключения использования специального теплообменного оборудования (конденсатор, испаритель) в водоохладителе, применяем двухконтурную систему. В первичном контуре применяем раствор этиленгликоля с температурой замерзания ниже -10°С (20-процентная смесь этиленгликоля с водой).

В соответствии с исходными требованиями выберем перепад температур на выходном высокотемпературном контуре D t _вых = 5 °С (50/55 °С). Тогда температуры теплоносителя в контуре конденсатора должны быть соответственно 55/60 °С. Для получения таких температур в тепловом насосе целесообразно использовать хладагент R134a [1].

В соответствии с исходными требованиями зададим перепад температур ИНТ 7/4 °С, тогда в контуре испарителя перепад температур соответственно составит 5/2 °С.

Используя программу подбора оборудования фирмы CIAT, определим тип и параметры теплового насоса в режимах работы на нагрев и охлаждение. Программа рекомендовала водоохлаждающую машину HYDROCIAT 2500B X LW/LWP R134a с параметрами, приведенными в табл. 1, внешний вид которой показан в табл. 5.

Таблица 1. Технические характеристики водоохлаждающей машины HYDROCIAT 2500B X LW/LWP R134a

Далее подбираем пластинчатый высокотемпературный теплообменник «тепловой насос – потребитель» по следующим исходным данным (режим нагрева):

1. Температура воды (выход-вход): 55/50°С.

2. Температура 20-процентного раствора этиленгликоля в первичном контуре (выход-вход): 60/55 °С.

3. Расход 20-процентного раствора этиленгликоля: 93, 4 м³/ч (см. табл. 1).

Программа CIAT выбрала пластинчатый теплообменник PWB 30 11 c 43 пластинами производительностью 517 кВт (табл. 2).

Таблица 2. Технические характеристики теплообменника PWB 30 11 с 43 пластинами (тепловой насос – потребитель) в режиме нагрева

Низкотемпературный теплообменник «морская вода – тепловой насос» в режиме нагрева подбираем по следующим исходным данным:

1. Источник низкопотенциальной теплоты (первичный контур): морская вода с температурой вход/выход – 7/4 °С.

2. Температура 20-процентного раствора этиленгликоля в первичном контуре 5/2 °С.

3. Расход 20-процентного раствора этиленгликоля 102, 8 м³/ч.

Программа CIAT выбрала пластинчатый теплообменник PWB 45 11 c 63 пластинами производительностью 340 кВт (табл. 3).

Таблица 3. Технические характеристики теплообменника PWB 45 11 c 63 пластинами (море – тепловой насос)

Выполним проверочный расчет рассчитанного ранее теплообменника PWB 30 11 с 43 пластинами для теплого периода года и определим температуры воды на выходе/входе потребителю.

Программа CIAT показала, что в летний период производительность теплообменника PWB 30 11 составит 437 кВт и температуры холодоносителя составят (выход/вход) 7, 5/12? С. (табл. 4)

Таблица 4. Технические характеристики теплообменника PWB 30 11 с 43 пластинами (тепловой насос – потребитель) в режиме охлаждения.

Таким образом, подобранный тепловой насос HYDROCIAT 2500 XLW/LWP R134a обеспечивает:

· в холодный период года теплопроизводительность 517 кВт при потребляемой мощности 191 кВт;

· в теплый период года холодопроизводительность 395, 9 кВт при потребляемой мощности 158 кВт.

Ниже представлена рассчитанная выше принципиальная схема теплового насоса с обратимым гидравлическим циклом.

Рис. 4. Принципиальная схема теплового насоса с обратимым гидравлическим циклом

Вывод

1. Тепловые насосы, использующие возобновляемые источники тепла, являются самым энергетически эффективным отопительным оборудованием.

2. Системы, построенные на базе ТН, надежные, безопасные и долговечные.

3. Получение тепла посредством теплового насоса – экологически чистый технологический процесс.

4. Современное климатическое оборудование позволяет создать ТН с производительностью от десятков кВт до МВт.

Литература

1. В. Мааке, Г.-Ю. Эккерт, Ж.-Л. Кошпен. Учебник по холодильной технике: Пер. с франц. – М.: Издательство Московского Университета, 1998. – 1142 с., ил.

2. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы: Пер. с англ. – М.: Энергоиздат, 1982. – 224 с., ил.

3. Эль Садин Хасан. Выбор оптимальных параметров системы теплохолодоснабжения жилого дома//Холодильная техника, 2003, №3, с.18–21.

4. Овчаренко В.А. Овчаренко А.В. Використання теплових насосів//Холод М+Т, 2006, №2 с. 34–36.

5. Пять шагов на пути к избавлению от метановой зависимости//Отопление Водоснабжение Вентиляция + кондиционеры, 2006, №1, с. 30–41.

6. Бондарь Е.С., Калугин П.В. Энергосберегающие системы кондиционирования воздуха с аккумуляцией холода//С.О.К., 2006, №3, с. 44–48.