Сводка лекций

81

При расчетном режиме теплого периода года (см. рис.26,в)) наружный воздух состояния 1 поступает в камеру орошения, где осуществляется политропный про-

цесс охлаждения 1-3 (с увлажнением или осушением). Далее воздух нагревается в калорифере второго подогрева до состояния 4 и направляется в помещения.

Схема с первой рециркуляцией и режимы тепловлажностной обработки воз-

духа показаны на рис. 27 (применяются при необходимости снижения требуемой теплоотдачи калориферов первого подогрева в холодный период, а также холодо-

производительности камеры орошения в теплый период года).

Отличие в том, что первым процессом в кондиционере с рециркуляцией явля-

ется смешивание наружного воздуха (точка 1) с внутренним рециркуляционным

(точка 6) и получение состояния смеси (точка 2). Параметры смеси могут быть най-

дены по формуле:

I6 I2 d6 d2 .

I2 I1

d2 d1

После этого смесь (точка 2) подвергается обработке как в прямоточном кон-

диционере для холодного и теплого периодов.

Применение в системах кондиционирования второй рециркуляции позволяет в ряде случаев избежать необходимости постановки калориферов второго подогрева.

Схема показана на рис. 28.

82

Первая ступень обработки воздуха (калорифер первого подогрева и камера орошения) такая же, как в прямоточном кондиционере. Далее путем смешивания камерного воздуха 3 и рециркуляционного воздуха из помещения 5 добиваются по-

лучения смеси, соответствующей параметрам точки 4. Линия 3-4-5 должна иметь

угловой масштаб Qизб .

Gп

Схемы и циклы холодильных машин

Вопрос 49-50. Газовые и паровые компрессионные холодильные машины. (6, с.199..201). Струйные и абсорбционные холодильные машины.

83

84

85

86

87

Тема IV. Энергосбережение: теплонасосные установки

предприятий.

Вопрос 51. Назначение и типы теплонасосных установок. (3, с.68..69), (6,

с.204..208, л/р)

Все возрастающее потребление энергоресурсов делают актуальной проблему экономии топлива, а вместе с ней – экологическую.

Тепловые насосы позволяют в весьма больших размерах экономить топливо,

снижают загрязнение окружающей среды. Для их работы требуется не топливо, а

электроэнергия, транспорт которой значительно проще и дешевле. Они являются универсальными перспективными устройствами, которые можно применят как для обогрева, так и для охлаждения помещений, для одновременного производства теп-

лоты и холода, для сушки и дистилляции и т.д.

Теплонасосные установки (ТНУ) включают три основных элемента: собствен-

но тепловой насос (ТН) (по типам их различают парокомпрессионные, абсорбцион-

ные, пароэжекторные, термоэлектрические, газокомпрессионные и др.), низкопо-

тенциальный источник теплоты (НПИТ) и потребитель теплоты (ПТ) (рис. 29).

По типу теплоносителей НПИТ и ПТ различают следующие ТНУ: воздухо-воздушные – используются в системах кондиционирования воздуха, сушильных уста-

новках, НПИТ – вытяжной воздух помещений, наружный воздух, отработавший сушильный агент; воздухо-

водяные – используются для горячего водоснабжения,

теплоснабжения и в технологических целях, НПИТ – ана-

логичен предыдущему; водо-воздушные – используются для кондиционирования воздуха, теплоснабжения ферм,

теплиц, НПИТ – сточные воды, вода оборотных систем охлаждения, грунтовая вода,

вода рек, водохранилищ; водо-водяные – используются для отопления, горячего во-

доснабжения, НПИТ – аналогичен предыдущему.

Все типы установок могут использоваться для утилизации и возврата в цикл тепла с различных технологических процессов.

88

Выбор схемы ТНУ определяется видом НПИТ. НПИТ могут быть как естест-

венного (воздух, вода, грунт) так и искусственного происхождения (тепловые отхо-

ды различных производств, например, отходящие горячие газы промышленных пе-

чей в среднем содержат около 30-40% теплоты, поступающей в печи, охлаждающая вода в различных процессах).

Общая мощность ТНУ в мире более 100 МВт, в России – несколько ТНУ,

суммарной мощностью около 1 МВт.

Вопрос 52. Тепловая схема, цикл и принцип работы парокомпрессионного теплового насоса (установки). (6, с.204..206)

Тепловые насосы относятся к установкам трансформации теплоты, к которым также относятся холодильные (Tн 120 К), криогенные (Tн =0..120 К) и комбиниро-

ванные (Tн Tос ,Tв Tос ) установки. Все данные установки работают по обратным термодинамическим циклам, в которых с затратой внешней работы происходит пе-

ренос тепловой энергии от тел с низкой температурой Tн (теплоотдатчиков) к телам с высокой температурой Tв (теплоприемникам). Но если функция холодильных и криогенных установок – охлаждение тел и поддержание низкой температуры в хо-

лодильной камере, т.е. отвод тепла, то основная функция тепловых насосов – подвод теплоты к высокотемпературному источнику, используя низкотемпературную теп-

ловую энергию. При этом выгодно то, что количество получаемой высокотемпера-

T		Tв>450 K
Тт
потребитель тепла
(технология)	тн	тн	тн(ку)
	утилизация
Тух	теплоты
		использование
уходящие вода, пар,
газы (дымовые)		теплоты среды
Тпом	тн		комбиниро-
помещение			ванная
Тос			установка
окружающая
среда	хм		хм(ку)
Тхм	q1
холодильная	q2
камера			S
Рис.30. Идеальные циклы Карно установок трансформации теплоты.

89

турной теплоты может быть в несколько раз выше затраченной работы. Рассмотрим идеальные циклы Карно установок трансформации теплоты (рис. 30).

Эффективность холодильных машин (q2 - полезный эффект) оценивается хо-

лодильным коэффициентом. Для теплового насоса используется понятие коэффици-

ент трансформации (q1- полезный эффект) или отопительный коэффициент, т.е. ко-

личество полученной теплоты q1 на единицу затраченной работы.

q2

q2

,

к

Т2

,

l

q

q

ц

2

Т

1

Т

2

1

q1

q1

,

к

Т1

.

l

q

q

ц

2

Т

1

Т

2

1

Наиболее распространены парокомпрессионные ТНУ (ПКТУ), в которых для сжатия рабочего тела (хладоагента) используется механическая или электрическая энергия. Так как процессы теплообмена с ПТ и НПТИ в них протекают в области влажнопарового состояния хладоагента, т.е. являются изобарно-изотермическими,

поэтому циклы данных ТН близки к циклу Карно и термодинамически совершенны.

В качестве рабочего тела в ПКТУ обычно используются:

-аммиак (имеет высокую плотность, следовательно компактный компрессор,

ибольшую теплоту парообразования, следовательно компактные теплообменники;

однако он токсичен, взрывоопасен и коррозионно активен, но утечки легко обнару-

живаются); - фреон (хладоны) – галогенопроизводные предельных углеводородов.

Одноступенчатый парокомпрессионный цикл ТН (идеальный) (рис. 31).

90

Считаем: Tос - температура окружающей среды, Tн - температура НПТИ, -

температура ПТ, Tк - температура конденсации хладоагента, Tи - температура ис-

парения. Потерь в окружающую среду нет.

После подведения к хладоагенту в испарителе теплоты qи от НПТИ обра-

зующийся сухой пар (т.1 ) или перегретый после противоточного теплообменника

То пар (т.1) поступает на вход компрессора Кп, в котором адиабатно (S const )

сжимается до давления Рк, определяемого температурой насыщения в конденсаторе

(Рк=Рs(Тк)) (т. 2). В конденсаторе хладоагент отдает теплоту qк высокотемператур-

ному потребителю Tв, при этом сначала снимается перегрев пара (процесс 2 2

или 2 2 ) и затем происходит его изобарно-изотермическая конденсация (процесс

2 3). Затем хладоагент в состоянии насыщенной жидкости (т.3) поступает либо в

противоточный теплообменник То, где отдает теплоту qто на перегрев пара (про-

цесс 3-4), либо при отсутствии То поступает сразу в дроссель Др, в котором дроссе-

лируется по линии h const с падением температуры и давления (процессы 3 5

или 4-5). Образующийся важный пар поступает в испаритель Ип, где поглощая теп-

лоту НПТИ превращается в сухой пар (процессы 5 1 или 5 1 ). Дроссель регу-

лирует уровень Tк , т.к. он задает разность давлений P Pk Pu , а т.к.

Тк=f(Рs=Рк) и Ти=f(Рs=Ри), то и разность T Tk Tu . В некоторых мощных ТН вместо дросселя (гидравлического сопротивления) используют расширительную машину (поршневой или турбодетандер), работу расширения хладоагента в которой используют для уменьшения работы сжатия в компрессоре, тогда lц lк lдет .

Расширение в детандере изображается линией 4-6 (рис. 32).

Реальная установка имеет потери, вы-

званные необратимостью процессов сжатия

(внутренняя) и теплообмена (внешняя).

Пусть теплообменник То отсутствует.

Внутренняя необратимость обусловлена вязкостью хладоагента и выделением теплоты внутреннего трения при сжатии в компрессоре

(энтропия растет). Действительная работа сжа-