Сводка лекций

	91
тия l	lид	, где lид - идеальная работа в обратимом процессе, oi - относитель-
	oi эм

ный внутренний КПД компрессора, эм - электромеханический КПД привода.

Внешняя необратимость объясняется необходимостью иметь разность темпе-

ратур для возникновения теплообмена, которая задается (определяется) площадью теплообменной поверхности при заданном тепловом потоке.

Поэтому T	н	T		и t	и	T	н	T	3 5oC,
		и						и
T	к	T	в	и t	к	T	к	T 4 5oC.
								в

Вопрос 53. Тепловой расчет и выбор оборудования теплонасосных устано-

вок. (3, с.83..87)

Задано: тепловая нагрузка потребителя Qк (кВт), температура подвода к нему

теплоты Tв и температура НПТИ Tн .

1.Выбирают хладоагент;

2.Оценивают по рекомендациям tи , tк , oi , эм;

3.Оценивают необходимость теплообменника - переохладителя;

4. Зная tк tв tк и tи tн tи находят Pks и Pus , строят цикл на TS и

lgP-i – диаграммах;

5.Определяют qк h2 h3 и расход хладоагента G Qк qк ;

6.Определяют для компрессора: объемную подачу на входе V1 Gv1 (v1 - из

диаграммы) и мощность N	Nид	, где N	ид	G(h	h ) - идеальные затраты
	oi эм			2	1
энергии на сжатие газа;

7.Нагрузка испарителя Qи Gqи G(h1 h4 );

8.Коэффициент трансформации Qк Nк ;

9.Тепловой баланс: Qи Nк Qк .

Зная Nк , Qк и Qи , подбирают компрессор, определяют тип и размеры тепло-

обменников (конденсатор, испаритель, переохладитель).

Вопрос 54. Теплонасосные установки для кондиционирования и вентиляции воздуха. (3, с.70..73)

92

При вентиляции и кондиционировании целесообразно использовать теплоту вытяжного нагретого воздуха помещения для подогрева приточного свежего возду-

ха из атмосферы. Обычно нагрев осуществляется калориферами и теплота сбрасы-

ваемого воздуха не используется.

1. ТНУ с промежуточным теплоносителем, работающая на фреоне-12 (рис. 33). Зимой уста-

новка подогревает приточный хо-

лодный воздух до 15-20оС за счет охлаждения вытяжного воздуха до

0оС. промежуточный теплоноси-

тель соединяет теплообменники

Рис.33. ТНУ с промежуточным теплоносителем воздуха с теплообменниками теп-

лового насоса, работающего по циклу ПКХУ. Если изменить направление движения воздуха от вентиляторов, тогда установка может использоваться летом для охлаж-

дения приточного воздуха.

Наибольшее применение ТНУ могут иметь в производственных помещениях с высокой кратностью вентиляции и большими тепло- и влаговыделениями. При не-

обходимости догрев приточного воздуха может проводиться различными калорифе-

рами.

2. ТНУ для осушки и подогре-

ва (кондиционирования) (рис. 34).

Влажный (приточный) воздух охлаждается и осушается в испари-

теле за счет выпадения конденсата и подогревается в конденсаторе за счет использования теплоты конден-

сации влаги воздуха в испарителе.

Рис.34. ТНУ для кондиционирования Испаритель и конденсатор могут располагаться также последовательно по ходу воздуха и на выходе будет более су-

хой и нагретый воздух. Отопительный коэффициент таких ТНУ равен 2-2,5. Подоб-

ные установки могут использоваться для утилизации тепла высоковлажного вытяж-

93

ного воздуха, осушения воздуха с его подогревом и рециркуляцией, для осушения и подогрева наружного воздуха в районах с высокой влажностью атмосферного при-

точного воздуха.

Для установок вентиляции и кондиционирования в качестве НПТИ кроме воз-

духа могут использоваться незамерзающие водоемы (озера, пруды ТЭЦ), грунт (его воды), артезианская вода.

Вопрос 55. Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабже-

ния. (3, с.74..77)

В качестве НПТИ могут использоваться вытяжной воздух, оборотный воздух или газ сушилок, сбросные воды производств, теплооборотные воды электростан-

ций, солнечные коллекторы (водяные нагреватели) и т.д. Получаемая в таких ТНУ теплота может использоваться для отопления и горячего водоснабжения бытовых или жилых помещений, бань, плавательных бассейнов и др.

Сейчас имеются два направления развития ТНУ:

- Крупные теплонасосные станции (ТНС) для централизованного теплоснаб-

жения, включающие парокомпрессионные ТНУ и пиковые водогрейные котлы, ис-

пользуемые при низких температурах воздуха. Электрическая (потребляемая) мощ-

ность ТНУ 20-30 МВт, тепловая – 110-125 МВт. По сравнению с обычными котель-

ными экономия топлива 20-30%, снижается загрязнение воздуха (нет котельной!); - Децентрализованное индивидуальное теплоснабжение (парокомпрессионные

ТНУ и термоэлектрические полупроводниковые ТН) – маломощные. Экономия топ-

лива по сравнению с мелкими котельными 10-20%. Возможно хладоснабжение. Вы-

сокие удельные расходы топлива, капиталовложения и трудозатраты. Примеры ТНУ:

1. ТНС открытой системы тепло-

снабжения. ТНУ (рис. 35) состоит из ис-

парителя И, конденсатора Кн, компрессо-

ра К, переохладителя, доохладителя хла-

доагента ДОХ и дросселя Др. Она подог-

ревает сетевую воду до ТНУ , а оконча-

тельный догрев может осуществляться в пиковой котельной ПВК до температуры

94

1. Подпиточная вода нагревается в переохладителе (он может использоваться для подогрева сетевой воды в закрытой системе теплоснабжения), далее она проходит химводоочистку ХВО, деаэрацию ДЭ и смешивается с водой из обратной линии.

Отопительный коэффициент ТНУ составляет до 3-4 при температуре воды на входе

всеть летом 70оС и зимой до 95оС.

2.Воздушно-водяная ТНУ для жилого дома (отопление) (рис. 36) использует теплоту наружного или вы-

тяжного воздуха для отопле-

ния здания. При температуре наружного воздуха выше 2-3оС

отопление только от ТНУ, при понижении температуры в ра-

боту включается котел (мазут-

ный, газовый, электрический). Экономия топлива до 50% по сравнению с отоплени-

ем только от котла.

В промышленности используются системы оборотной воды с градирнями для охлаждения различного технологического оборудования. Использование ТНУ вме-

сто градирни или совместно для целей горячего водоснабжения и отопления эконо-

мически выгодно.

3. ТНУ с приводом от теплового двигателя (ДВС, газовой турбины) (рис. 37)

широко распространены за рубежом.

Они могут использоваться там, где нет электричества (автономно). Они утилизируют тепло отходящих газов,

поэтому более экономичны, чем ТНУ с электродвигателем, т.к. коэффици-

ент использования топлива в них выше. Основной недостаток – ис-

пользование органического топлива и выброс продуктов сгорания в атмо-

сферу. В качестве НПТИ в районах с большим числом солнечных дней в году могут использоваться солнечные коллекторы (водяные подогреватели).

95

4. ТНУ теплохлаоснабжения зданий (тепло – зимой, холод - летом) (рис. 38),

разработана Грузинским политехническим институтом. Установки подобного типа ис-

пользуют в санаторных и торговых центрах черноморского побережья Кавказа.

В зимнем режиме задвижки 1, 5, 4, 8 от-

крыты, 2, 6, 3, 7 – зарыты. Вода НПТИ насо-

сом Н прокачивается через испаритель И, ох-

лаждается на 5-8оС, образующиеся пары фре-

она-12 сжимаются в компрессоре К и далее направляются в конденсатор Кн, где нагрева-

ют сетевую воду до 50-60оС. Нагретая вода циркуляционным насосом ЦН прокачи-

вается через калориферы кондиционера Кд, нагревая помещение. Охлажденная се-

тевая вода 40оС возвращается в конденсатор и цикл повторяется. В летнем режиме задвижки 2, 6, 3, 7 – открыты, 1, 5, 4, 8 – закрыты и сетевая вода охлаждается в ис-

парителе, а вода от НПТИ подается в конденсатор для отвода теплоты от хладоаген-

та.

Вопрос 56. Теплонасосные установки в промышленности. (3, с.77..81)

Промышленные ТНУ применяют для утилизации теплоты различных техноло-

гических процессов и возврата ее обратно в цикл. Наиболее часто ТНУ применяют в сушильных, дистилляционных, ректификационных, выпарных и других тепломассо-

обменных процессах и аппаратах. Рассмотрим некоторые схемы.

Сушильные установки (конвективные).

Если пренебречь тепловыми потерями, то для идеальной СУ теплота горячего воздуха, затраченная на испарение влаги из сырого материала остается в уходящем воздухе в виде паров, т.е. энтальпия сушильного агента не меняется. Эффективность же обычных реальных сушилок очень низка и энтальпия уменьшается. Затраты энергии достигают 20-23 МДж/кг удаляемой влаги, т.е. почти в 10 раз больше теп-

лоты испарения (2,26 МДж/кг). Теплота теряется в стенки сушильной камеры и уно-

сится уходящим воздухом и парами воды. Наиболее эффективной является схема с замкнутой циркуляцией сушильного агента с использованием теплонасосного осу-

шителя (ТНО). Использование при этом скрытой теплоты парообразования испа-

96

рившейся влаги дает значительную экономию энергии (в 2-5 раза). Рассмотрим две

схемы сушилок с ТНО.

1. Сушильная установка с парокомпрессионным ТНО.(рис. 39)

Сушка зерна идет в кипящем

слое. Теплота конденсации хладоагента после турбокомпрессора ТК в конден-

саторе К и доохладителе ДО использу-

ется для нагрева сушильного агента и суши зерна, причем теплота горячего воздуха после сушилки и водяных па-

ров в нем используется в испарителе И для парообразования хладоагента.

2. Сушильная установка с воз-

душным ТН (рис. 40) более эффек- Рис.39. Сушильная установка с ПКТН

тивна, т.к. использует также тепло вы-

сушенного зерна за счет охлаждения его холодным возду-

хом. Энергия сжатого воздуха используется в турбодетанде-

ре, передающем свою мощность компрессору. Удаляемый влажный воздух сжимается в турбокомпрессоре, отдает теп-

ло зерну и сушит его, остывает и осушается в рекуператоре РК, охлаждаясь холодным воздухом после турбодетандера.

3.Установка дистилляции.(рис. 41) При дистилляции

сиспользованием теплового насоса

его конденсатор К используется для испарения сырой воды (вместе с электронагревателем ЭН), а испари-

тель для конденсации пара. В тепло-

обменнике (рекуператоре) сырая вода подогревается за счет охлаждения конденсата (дистиллята).