На головну

Оцінка ефективності роботи теплового насоса

  1. I. Завдання для самостійної роботи
  2. I. Завдання для самостійної роботи
  3. I. Основні рекомендації і вимоги до виконання контрольної роботи
  4. I. Цілі і завдання курсової роботи.
  5. I. Мета роботи
  6. II. Виконання роботи
  7. II. ОБЛАДНАННЯ І МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Тепловий насос реалізує зворотний термодинамічний цикл Карно, переносячи теплоту від менш нагрітого тіла до більш нагрітого.

Розглянемо теоретичний парокомпресійний цикл в тепловій діаграмі p - h (рис. 10.4). Робоче тіло отримує високий тиск в результаті стискування в компресорі. Лінія 1 - 2 відповідає ізентропійному стиску сухого пара. У точці 2 пар стає перегрітою. Тому в наступному ізобаріческом процесі на початку, до точки 2'' відбувається віддача тепла зі зниженням температури і тільки після цього починає конденсуватися пар. У зв'язку з цим конденсатор повинен бути розрахований на прийом перегрітої пари. Між точками 2'' і 3 відбувається конденсація пара при постійній температурі Тк. Адіабатичне розширення зображується на р - h діаграмі вертикальної прямої 3 - 4, що є перевагою такої діаграми, так як для розрахунку циклу необхідно знати стану робочого тіла тільки на вході в компресор і на виході з нього.

p
 2'
 2''
pкр
h3
 h '2
h1
h2
h


Малюнок 10.4 - парокомпресійний цикл в тепловій діаграмі p - h (р - тиск; h - питома ентальпія)

Ефективність такого циклу менше, ніж у циклу Карно з - за незворотності процесу розширення.

Оцінку ефективності роботи теплового насоса виробляють за допомогою коефіцієнта перетворення КОП. Розрахувати коефіцієнт перетворення можна, також користуючись теплової діаграмою.

Нехтуючи втратою тиску при теплообміні, зміна ентальпії в конденсаторі і відповідну точку 3 знаходять по перетинанню ізобари конденсації з лівого прикордонної кривої.

Коефіцієнт проебразованія для реального циклу теплового насоса:

 , (10.2)

де (h2 - h3) - Зміна ентальпії робочого агента в конденсаторі;

(h2 - h1) - Збільшення ентальпії робочої рідини в випарнику.

Тобто, для реального циклу теплового насоса коефіцієнт перетворення КОП визначається відношенням кількості теплоти, відданої в конденсаторі Qконд джерела високого потенціалу, до витраченої роботи компресора Wкомпр.

 . (10.3)

Ізентропіческій ККД компресора, відповідно до діаграми p -h, дорівнює відношенню ентальпій (рис. 10.4):

 , (10.4)

де (h2 - h1) - Приріст ентальпії робочого агента в результаті стиснення його в компресорі;

(H '2 - h1) - Приріст ентальпії робочого агента при ідеальному ізентропіческом стисненні.

КОП показує, у скільки разів тепловий насос примножити тепло. Але КОП не відображає того факту, що передача енергії у формі роботи представляє більшу цінність, ніж передача енергії у формі тепла.

Будь-яка теплова машина дозволяє перетворити в роботу лише частина тепла, одержуваного від палива і ефективність її роботи оцінюється термічним ККД ?т.

Тому оцінку ефективності роботи ТН слід проводити за коефіцієнтом первинної енергії КПЕ, який враховує не тільки КОП, але і ККД перетворення первинної енергії в роботу приводу компресора. Визначається КПЕ ставленням корисного тепла Qпідлога, Одержуваного від теплового насоса, до енергії первинного палива Wперв, Витраченої на привід теплового насоса

 . (10.5)

При використанні теплового насоса для опалення або теплопостачання КПЕ показує, наскільки вигідніше тепловий насос в порівнянні зі звичайним водогрійних або паровим котлом, а також в порівнянні з вогневим нагріванням.

Найпоширенішими є теплові насоси з приводом від електродвигунів. Їх коефіцієнт перетворення в умовах насосних і компресорних станцій магістральних трубопроводів може скласти КОП = 5 ... 5,6. Це добре видно з табл. 10.3. Зі збільшенням температури низько потенційного джерела збільшується величина КОП і КПЕ.

Електродвигун менш ефективний по первинній енергії, ніж двигун внутрішнього згоряння ДВС. при hт = 33%, коефіцієнт первинної енергії дорівнює:

.

При використанні двигуна внутрішнього або зовнішнього згоряння коефіцієнт перетворення вище, досягає 6,7 ... 7. З приводом теплового насоса від дизельних двигунів з hт = 40% КПЕ дорівнює:

.

А при використанні скидний теплоти самого ДВС (теплоти води, що нагрівається в охолоджуваному контурі ДВС, і теплоту вихлопних газів) в регенеративної теплообміннику після конденсатора, КПЕ збільшується додатково. У разі рівного розподілу коефіцієнта використання скидної теплоти ДВС ? = 0,55, отримуємо КПЕ теплового насоса рівним:

.

Порівняння ясно показує, що тепловий двигун внутрішнього або зовнішнього згоряння теоретично вельми вигідний як привід теплового насоса.

В даний час у світовій практиці набули поширення парокомпресійні теплові насоси і з електроприводом, і від двигунів внутрішнього згоряння. Енергетична ефективність ТНУ з ДВС ще вище в зв'язку з тим, що теплоносій після нагрівання в конденсаторі ТНУ додатково підігрівається в кожусі і утилізаторі теплоти вихлопних газів двигуна.

А при використанні скидний теплоти самого ДВС (теплоти води, що нагрівається в охолоджуваному контурі ДВС, і теплоту вихлопних газів) в регенеративної теплообміннику після конденсатора, КПЕ збільшується додатково. У разі рівного розподілу коефіцієнта використання скидної теплоти ДВС ? = 0,55, отримуємо КПЕ теплового насоса:

.

Порівняння ясно показує, що тепловий двигун внутрішнього або зовнішнього згоряння теоретично вельми вигідний як привід теплового насоса.

В даний час у світовій практиці набули поширення парокомпресійні теплові насоси і з електроприводом, і від двигунів внутрішнього згоряння. Енергетична ефективність ТНУ з ДВС ще вище в зв'язку з тим, що теплоносій після нагрівання в конденсаторі ТНУ додатково підігрівається в кожусі і утилізаторі теплоти вихлопних газів двигуна.


Таблиця 10.3 - Показники ефективності застосування теплового насоса в різних умовах

 Джерело низькопотенційної теплоти  Споживачі теплоти, температура в ° С
 Плавальний басейн, вода 27 ... 30  Опалення підлогове, вода 25 ... 35  Опалення нагрітим повітрям, 25 ... 30  Опалення з інтенсивними теплообмінних-ками, вода 40 ... 45  Опалення традиційне, вода 70 ... 100  Горячееводоснабженіе, вода 50 ... 80
 Повітря -5 ... + 15 ° С  4,151,37  4,01,32  3,91,30  3,151,04 -  2,65 0,873,15 1,04
 Грунт 5 ... 10 ° С  4,151,32  4,01,32  3,91,30  3,151,04  2,00,66  2,65 0,873,15 1,040,87
 Грунтові води 8 ... 15 ° С  4,21,55  4,41,45  4,01,32  3,61,19  2,250,74  2,9 0,963,6 1,19
 Річки, озера, моря 4 ... 17 ° С  4,151,37  4,41,45  4,01,32  3,61,19  2,250,74  2,9 0,963,6 1,19
 Стічні води 10 ... 17 ° С  5,01,65  4,71,55  4,21,38  3,81,25  2,250,74  3,15 1,043,8 1,25
 Оборотна вода 25 ... 40 ° С - - -  4,51,48  3,0-0,99  3,35 1,104,5 1,48
 Геотермальні води 40 ... 65 ° С - - - -  4,31,42 -
 Високотемпературні скиди 40 ... 70 ° С - - - -  4,31,42 -
             

 

 

Верхня цифра в осередку - КОП; нижня цифра - КПЕ.




Робочі агенти компресійних теплонасосних установок і їх властивості | Використання теплових насосів для утилізації низькотемпературного тепла

Енергетична стратегія Росії | Основні напрямки ресурсоенергозбереженні в газовій галузі | Короткі відомості про теплових насосах | Області застосування теплових насосів | Принцип дії компресійних теплових насосів | Схеми утилізації теплоти продуктів згоряння ГТУ із застосуванням теплових насосів | Теплові насоси в схемі уловлювання та повернення водяної пари в цикл ПГУ змішання. принцип когенерації | Приклади використання теплоутилізаційних установок з органічним теплоносієм на КС | Переваги застосування абсорбційних теплонасосних і пароежекторних установок в умовах, що змінюються кліматичних умовах | Застосування холодильних машин для охолодження і стабілізації температури газу |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати