Оборудование и технологии использования низкопотенциальной теплоты

Оборудование для использования низкопотенциальной теплоты

Тепловые насосы, принцип действия, виды, классификация, устройство

Тепловой насос осуществляет передачу внутренней энергии от энергоносителя с низкой температурой к энергоносителю с более высокой температурой. Поскольку в соответствии со вторым основным законом термодинамики тепловая энергия без каких-либо внешних воздействий может переходить только с высокого температурного уровня на более низкий, для осуществления теплопасосного цикла необходимо использовать приводную энергию. Поэтому процесс передачи энергии в направлении, противоположном естественному температурному напору, осуществляется в круговом цикле. В качестве примера может быть рассмотрена схема паровой холодильной машины, где рабочим веществом служит кипящая при низкой температуре жидкость, названная хладагентом, так как она уже в течение многих лет применяется в холодильных установках.

Энергоносители, поставляющие тепловую энергию с низкой температурой для осуществления теплонасосного цикла, называют источниками теплоты. Они отдают тепловую энергию путем теплопередачи, конвекции и (или) излучения. Энергоносители, воспринимающие в теплонасосном цикле тепловую энергию повышенного потенциала, называют приемниками тепла. Они воспринимают тепловую энергию путем теплопередачи, конвекции и (или) излучения. Энергоноситель, служащий источником теплоты, поступает в испаритель, где испаряется жидкий хладагент. Теплота испарения, необходимая для этого, отбирается от источника тепла, так как испарение хладагента происходит при низкой температуре.

В круговом цикле пары испарившегося хладагента всасываются компрессором и сжимаются до высокого давления. При сжатии их температура повышается, что создает возможность отдачи тепловой энергии теплоприемнику.

Пары хладагента при повышенном давлении поступают в конденсатор, через который протекает энергоноситель, служащий приемником тепла. Его температура ниже температуры паров хладагента при повышенном давлении.

Схема теплового насоса

Рис. 3.1. Схема теплового насоса:

1—дроссель; 2 — испаритель; 3 —компрессор; 4 —конденсатор.

При конденсации пара выделяется тепловая энергия, воспринимаемая теплоприемником. Из конденсатора жидкий хладагент через регулирующий вентиль (дроссельный клапан) поступает обратно в испаритель, и круговой цикл замыкается. В регулирующем вентиле высокое давление, при котором находится хладагент на выходе из конденсатора, снижается до давления в испарителе. Одновременно снижается его температура.

Таким образом, с помощью теплового насоса возможна передача тепловой энергии от источника теплоты с низкой температурой к приемнику теплоты с высокой температурой при подводе извне механической энергии для привода компрессора (приводной энергии). Схема холодильной машины и теплового насоса отличается только назначением.

Принцип работы воздушного теплового насоса

Рис.3.2. Принцип работы воздушного теплового насоса

К холодильным машинам относится оборудование, которое позволяет осуществить отбор тепловой энергии от тел с температурой ниже температуры окружающей среды (т.е. производство холода). Если требуется получить определенное количество теплоты с высокой температурой или одновременно и теплоты, и холода, такое оборудование относят к тепловым насосам .

Теплопроизводителыюсть (тепловая мощность) теплового насоса складывается из двух составляющих: теплоты, полученной испарителем от источника теплоты (так называемой

холодопроизводителыюсти Q0), и приводной мощности Р, с помощью которой полученная тепловая энергия поднимается на более высокий температурный уровень.

В абсорбционном тепловом насосе механический компрессор заменен термическим в виде дополнительного циркуляционного контура с испарителем и абсорбером. Вместо электрической приводной энергии, подводимой к компрессионным тепловым насосам с электроприводом, к генератору подводят тепловую энергию. Однако для обоих процессов используются с помощью испарителя источники энергии в виде отработанной теплоты или энергии окружающей среды.

 
Посмотреть оригинал