232

6. Методические указания по расчету компрессионной теплонасосной установки для утилизации тепла низкопотенциального источника энергии

Задание

Рассчитать

компрессионную теплонасосную установку при

следующих

данных:

У

− назначение – теплоснабжение промышленного предприятия;

−

рабочее тело (хладагент) –

фреон (R-21, R-134, R-142);

Н

−

низкопотенциальный источник – вода из системы технологического охлаж-

дения;

Б

Т

−

средний расход воды в системе охлаждения – Gн;

й

−

температура воды из системы охлаждения –

tн′

;

при

Расчет провести для зимнего режима

температуре воды в системе теп-

лоснабжения: прямая – tсп ; обратная – tсо .

Принципиальная схема

р

пред-

есс онной теплонасосной установки,

комп

назначенной для использ вания эне гии низкопотенциального источника (на-

т

н го водоснабжения промышленного предпри-

пример, воды из системы

б р

и

ятия) для целей теплоснабжения изображена на рисунке 6.1. Названия и назна-

з

чения элементов схемы аналогичны рисунку 4.1. Значения энтальпии рабочего

о

тела i в различных точках цикла теплового насоса определяются с помощью

п

диаграммы

T-s (рисунок 6.2) или i-lg p (рисунок 6.3) соответствующего рабоче-

го

[14].

тела

Р

Для остроения цикла в диаграмме хладагента определяются следующие

парам тры:

−

температура

кипения

рабочего тела в

испарителе to =tн′′ −(2...5)оС

или

to =tн′ −(5...7) С ; с помощью фазовой диаграммы рабочего тела по t

находится

о

o

его давление в испарителе рo ;

233

Сетевая вода

III

3

2

I

II

IV

4

V

1

У

VI

Низкопотенциальный

теплоноситель

Рисунок 6.1 – Принципиальная схема теплонасосной

установки

Т

Т

Рк

Н

t2

2'

2

Б

3

Ро

tк

й

t0

4

1

и

i= const

р

S

к 6.2 – Цикл к мпрессионного теплово-

ого насоса

т

lg p

Рисун

3

tк

2'

2

рк

з

рк

о

ро

tо

ро

п

4

1

е

tо

tк

i

Р

Рисунок 6.3 – Цикл компрессионного

теплового насоса

−

температура конденсации рабочего тела в конденсаторе

tк =tсп+(2...5)оС ;

с

помощью фазовой диаграммы рабочего тела по tк

находится его давление в

234

конденсаторе рк.

По диаграмме определяются удельные энтальпии в характерных точках цикла i1, i2 , i3, i4 и составляющие энергетического баланса теплового насоса.

Удельная (на 1 кг рабочего тела) тепловая нагрузка испарителя

кДж

У

q

= i

−i

,

(6.1)

o

1

4

кг

Т

Удельная тепловая нагрузка конденсатора

Н

q

к

= i

−i

,

кДж

(6.2)

2

3

кг

Б

Удельная работа компрессора

й

l

к

= i

−i

,

кДж

(6.3)

2

1

кг

и

теля и расхода рабочего тела в

Для определения тепловой нагрузки

спар

р

спарителя

тепловом насосе составляется тепловой баланс

о

Qo = Gн c в (tн′ −tн′′ )=Gфр qo

(6.4)

т

где Qo - тепловая нагрузка испарителя; Gфр - расход рабочего тела (фрео-

и

з

на); tн′′ - температура н зкопо енциального теплоносителя на выходе из испари-

теля, принимается на 5…10оС ниже tн′ .

п

Мощн сть к мпрессора

е

о

Nк= Gфр lк

(6.5)

Р

Т пловая нагрузка конденсатора

Qк =Qo + Nк

(6.6)

или

Qк =Gфр qк

(6.7)

Коэффициент трансформации энергии (отопительный коэффициент)

235

	ε	о	=	Qк	(6.8)
				N
				к

Для определения расхода сетевой воды составляется тепловой баланс конденсатора

Qк = Gфр qк = Gс c рв (tсп −tсо)

(6.9)

У

Расчеты

по выбору компрессора

Т

и теплообменных

аппаратов

(конденсатора и испарителя), входящих в схему теплового насоса (рисунок 6.1)

Н

аналогичны расчетам компрессионной холодильной установки (раздел 4).

Б

Определение экономии топлива в энергосистеме от внедрения тепло-

насосной установки

й

Потребляемая тепловым насосом мощность с учетом потерь в электросе-

тях ηэ.с =0,95

и

р

N

=

N

к

(6.10)

э

η

о

э.с

топливаВТН

= N

,

(6.11)

Расход условного

эbКЭС

на КЭС для выработки электроэнергии на при-

вод компрессора теплонас сн й устан вки

о

э

где

-

удельный (на выработку 1 кВт·ч электри-

bэ

= 0,32...0,34

кг/кВт ч

КЭС

и

ческой энергииз) расход условного топлива на КЭС.

е

лива на замещаемой котельной на выработку Qк кДж/ч тепла

Расх д т

Р

п

В

К

=

Qк

,

(6.12)

Q

усл

η

К

где ηК - КПД (нетто) замещаемой котельной.

Экономия условного топлива

∆В= ВК − ВТН

(6.13)

Удельная экономия условного топлива на единицу отпущенного потреби-

телю тепла