Расчет парокомпрессионного теплового насоса (схема № 1)

Схема и расчетный цикл в p, h -диаграмме парокомпрессионного теплового насоса представлены на рис. 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 D t _и определяется температура испарения фреона:

t _и = t _н2 – D t _и.

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.

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 +.

Адиабатный КПД компрессора может быть рассчитан по выражению

h _а = 0,98.

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 = h ₁ – h ₄; q _к = h ₂ – h ₃; l _сж = h ₂ – h ₁.

Правильность расчета определяется проверкой теплового баланса

q _и + l _сж = q _к.

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

q _тн = q _к,

и удельная энергия, потребляемая электродвигателем W:

W =.

10. Определяются показатели энергетической эффективности теплового насоса:

– коэффициент преобразования теплоты

m =;

– коэффициент преобразования электроэнергии:

m_э= h_э.м h_э m;

– удельный расход первичной энергии

ПЭ =.

11. Степень повышения давления в компрессоре

e =.

12. Производится эксергетический расчет схемы:

– эксергия е _н, отданная низкопотенциальным теплоносителем в испарителе:

е _н = t_н q _и,

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

t_н =;

средняя логарифмическая температура холодного теплоносителя

Т _{ср. н}=.

– эксергия е _в, полученная высокопотенциальным теплоносителем в конденсаторе:

е _в = t_в q _к,

где t_в – эксергетическая температура высокопотенциального теплоносителя:

t_в =;

средняя логарифмическая температура горячего теплоносителя

Т _{ср. в} =.

– эксергия электроэнергии, потребляемой электродвигателем:

е _э = W =;

– эксергетический КПД h_э теплового насоса определяется по суммарной эксергии входных e _вх и выходных e _вых потоков:

h_э = =.