Энергетическая эффективность парокомприссионных тепловых насосов

Как было отмечено выше, тепловой насос, как и холодильная машина, реализует обратный термодинамический цикл, перенося теплоту от менее нагретого тела к более нагретому за счет затраты первичной электрической или тепловой энергии в соответствии со вторым законом термодинамики [4.3]. Отношение полученной потребителем тепловой энергии к затраченной (в тепловом эквиваленте) определяет эффективность работы ТН и носит название коэффициента преобразования:

где + ()КД - теплота, полученная потребителем из переохла- дителя и конденсатора;

QK- мощность в тепловом эквиваленте, затраченная на привод компрессора.

Величина коэффициента преобразования реального обратного цикла Ренкина, реализуемого в ПТН, в основном, зависит от температур холодного и горячего источников теплоты

ип

где = Тк/(Тк- То) - коэффициент преобразования идеального цикла Карно, осуществляемого в диапазоне температур (по шкале Кельвина) конденсации ТК и кипения То рабочего тела;

// = //|Х//,Х //, X и, X

г~ г~I г-1 r~i л-4 л-5 -коэффициент, учитывающий реальные процессы, осуществляемые рабочим телом в ПТН [4.19]. Практически для ТН типа «вода-вода» ТК = 273 + (tW2 + (5- 10))°С, а ТО = 273+(tS2-(2-4))°C.

Здесь tW2, tS2, соответственно, температура горячего источника теплоты (нагреваемой воды) на выходе из конденсатора и температура холодного источника теплоты (охлаждаемой воды) на выходе из испарителя ПТН. Коэффициенты учитывают необратимые потери реального цикла соответственно: замену среднетермодинамической температуры отвода теплоты Ткср в цикле Ренкина на температуру конденсации рабочего тела ГМ потери в процессе дросселирования из- менение значения коэффициента преобразования цикла, связанное с перегревом паров рабочего тела перед сжатием в компрессоре в регенеративном теплообменнике ^; потери от необратимого сжатия в компрессоре О-м/ и дополнительные затраты мощности компрессора на преодоление сил трения на нагнетательной и всасывающей сторонах

компрессора ^. Практические значения и в диапазоне реальных температур конденсации (50-70 °С) и температур кипения (0-20 °С) рабочего тела составляют 0,55-0,70, при этом более низкие значения соответствуют крупным ПТН. Например, в ПТН тепловой мощностью 1МВт при температуре низкотемпературного источника теплоты (НИТ) 7 °С и температуре нагретой воды среднетемпературного потребителя теплоты (СПТ) 60 °С коэффициент преобразования ср составляет 3,0. Это значит, что из трех единиц полученной СПТ тепловой энергии одна единица - за счет энергии привода ПТН, а две единицы - за счет теплоты НИТ. Относительные затраты энергии показаны на рис. 4.3.

Затраты энергии в тепловом насосе на единицу произведенного теши

Рис. 4.3. Затраты энергии в тепловом насосе на единицу произведенного теши

При повышении температуры НИТ и понижении температуры СПТ, т.е. при сокращении разности температур НИТ и СПТ (что соответствует снижению разности температур Тк - То), коэффициент преобразования повышается, при увеличении разности температур коэффициент, соответственно, снижается. Реально достигаемые на практике разности температур - от 70 до 30 °С, при этом коэффициент преобразования изменяется от 2,0 до 5,0 соответственно.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >