Оценка термодинамической эффективности цикла теплового насоса | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №20 (124) октябрь-2 2016 г.

Дата публикации: 18.10.2016

Статья просмотрена: 267 раз

Библиографическое описание:

Толстый О. В., Тихонова О. Б., Русляков Д. В. Оценка термодинамической эффективности цикла теплового насоса // Молодой ученый. — 2016. — №20. — С. 207-210. — URL https://moluch.ru/archive/124/34307/ (дата обращения: 20.08.2018).



Из всех типов тепловых насосов (ТН) наибольшее распространение получили парокомпрессионные тепловые насосы. В связи с этим становится необходимым использовать все возможные резервы их совершенствования.

Принцип работы теплового насоса заключен в следующем — в результате подвода низко потенциальной теплоты в испаритель теплового насоса (рис. 1) происходит кипение рабочего тела, пары которого сжимаются в компрессоре с повышением энтальпии и температуры за счет работы сжатия. В конденсаторе теплота охлаждения паров и фазового перехода рабочего тела передается технологическому теплоносителю (приемнику теплоты).

Рис. 1. Принципиальная схема парокомпрессионного теплового насоса (а)

Цикл парокомпрессионного ТН в Т, s — диаграмме (б): К — конденсатор; И — испаритель; КМ – компрессор; Д – дроссель; ПД – приводной двигатель; – отводимая и подводимая теплоты в конденсаторе и испарителе ТН соответственно.

На рисунке 1 Б изображен круговой процесс идеальной парокомпрессионной теплонасосной установки в T, s — диаграмме, на которой (7–2) изоэнтропийное сжатие влажного пара от давления в испарителе до давления в конденсаторе; (2–3) изобарная конденсация рабочего тела; (3–4) изоэнтропийное расширение в детандере до давления в испарителе; (4–1) изобарно-изотермическое кипение (испарение) рабочего тела.

Существуют две группы параметров, характеризующих качество и эффективность использования тепловых насосов: технические, которые отражают техническое качество ТН и эффективность рабочих процессов в его элементах, и параметры, которые отражают термодинамическую и экономическую эффективность использования ТН в заданных условиях.

К техническим параметрам относятся: использование определенного рабочего вещества, потери на дросселирование, адиабатный КПД и отношение давлений в цикле ТН, коэффициент совершенства (полный КПД) ТН и др. Эти параметры за последние 20–25 лет стабилизировались и примерно одинаковы для ТН различных фирм. Основным термодинамическим и экономическим параметром является действительный коэффициент преобразования энергии в тепловом насосе . Он в основном зависит от разности температур холодного и горячего теплоносителей и меньше — от средней разности температур при теплопередаче в испарителе и конденсаторе ТН, т. е. от температурных условий, заданных при проектировании или сложившихся при эксплуатации ТН.

В компрессионных ТНУ имеют место следующие необратимости:

− внутренние — процесс сжатия в компрессоре и процесс дросселирования;

− внешние необратимости, возникающие в результате теплообмена при конечной разности температур в конденсаторе и в испарителе.

Термодинамическую эффективность цикла можно выразить следующей формулой:

(1)

гдекоэффициент преобразования действительного (реального) и идеального теплового насоса соответственно.

Действительный цикл можно представить как результат, полученный после очередного изменения, идеального обратимого цикла Карно (рисунок 2). На рисунке 2, цикл 1 представлен идеальный обратимый цикл Карно для данных постоянных температур источников тепла . Рисунке 2, цикл 2 представляет внешне необратимый цикл Карно, когда передача тепла между рабочим телом и источником тепла осуществляется при конечной разности температур и степень термодинамического совершенства в этом случае < 1. На рисунке 2, цикл 3 показано дальнейшее изменение цикла при наличии внутренней необратимости процесса дросселирования. При этом . Схема рисунка 2, цикл 4 учитывает действительный процесс в конденсаторе, где пар перегрет и . Наконец, мы переходим к действительному циклу, в котором имеется также необратимость процесса в компрессоре (рисунок 2, цикл 5).

Для этого цикла рекомендуется:

(2)

Степень совершенства ТНУ определяется:

(3)

где — степень совершенства необратимости цикла Карно; коэффициент, учитывающий приближение эталонного цикла к необратимому циклу Карно; коэффициент, учитывающий степень обратимости процесса сжатия в компрессоре; коэффициент, учитывающий приближение рабочего цикла к обратимому циклу Карно – степень совершенства теплового насоса; — индикаторный КПД для крупных холодильных поршневых компрессоров, принимается 0,7–0,8; ,механические и электрические КПД установки. Т,верхняя и нижняя температура внешних источников тепла, К.

Рис. 2. Переход от цикла Карно к действительному: 1 — цикл Карно; 2 — необратимый цикл; 3 – без перегрева; 4 — с перегревом; 5 — реальный цикл

Выясним теперь влияние изменения Степень термодинамического совершенства для цикла ТНУ можно выразить, но формуле 2 выше. Подставив соответствующие значения , получим:

(4)

Проанализируем влияние изменения (температуры и температурные напоры в конденсаторе и испарителе соответственно) на степень термодинамического совершенства в случае, когда остальные величины остаются постоянными:

(5)

Из уравнения 5 видно, что уменьшается с увеличением

Аналогично:

(6)

При сопоставлении уравнений 5 и 6 видно, что изменение в большей степени влияет, на , чем изменение . Рассмотрим теперь влияние па степень совершенства цикла:

(7)

Анализа уравнения 7 показывает, что при увеличении степень совершенства термодинамического цикла уменьшается.

Наконец рассмотрим влияние изменения на:

(8)

Как видно из уравнения 8 увеличивается с повышением . Таким образом, при прочих равных условиях, степень термодинамического совершенства уменьшается с увеличением и . Темп уменьшения возрастает с повышением . И, наконец, с повышением степень обратимости цикла увеличивается.

Таким образом, очевидно, что для повышения эффективности теплового насоса необходимо проводить, в том числе конструктивные изменения теплового насоса, которые в свою очередь повысит энергию энергетическую эффективность машин в целом.

Литература:

  1. Калнинь И. М., Савицкий И. К. Тепловые насосы: вчера, сегодня, завтра // Холодильная техника. 2000. Х. 2. 10. С. 2–6.
  2. Ильин А. К., Дуванов С. А. Характеристики свойства современных тепловых насосов // Проблемы совершенствования топливно-энергетического 145 комплекса: Сб. науч. тр. Вып. 3. Материалы Междунар. Науч. -прак. конф. — Саратов: Из-во Сара. Ун-та, 2004. 160 с.
  3. Бриганти А. Тепловые насосы в жилых помещениях // АВОК. 2001. № 5. С. 24–28.
  4. Седлов А. С., Проценко В. П., Зройчиков Н. А., Боряков Д. В., Галас И. В., Филиппов Д. Н., Комов А. А. Анализ эффективности использования парокомпрессионных теплонасосных установок в теплофикационных системах // Энергосбережение и водоподготовка. 20 Агабабов B. C., Горягин А. В., Джураева Е.В. Об использовании теплонасосной установки для подогрева газа перед детандером // Энергосбережение и водоподготовка. 2006, № 5(43). С. 37–38.
  5. Русляков Д. М., Тихонова О. Б., Першин В. А., Давыдов Я. С. К вопросу эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2014. № 8 (91).
Основные термины (генерируются автоматически): тепловой насос, рабочее тело, термодинамическое совершенство, цикл, конденсатор, испаритель, влияние изменения, необратимый цикл, действительный цикл, идеальный обратимый цикл.


Похожие статьи

Оценка эффективности основных элементов оборудования...

Оценка термодинамической эффективности цикла теплового насоса. Модернизация Ташкентской тепловой электростанции путем строительства парогазовой установки.

Эффективность работы теплового насоса при различных режимах

Оценка термодинамической эффективности цикла теплового насоса. Применение теплового насоса в Ленинградской области. Исследование работы теплового насоса с регенеративным теплообменником на основе эксергетического анализа.

Термодинамическое исследование работы холодильной...

Наличие разности температур в конденсаторе и испарителе холодильной установки обуславливает внешнюю необратимость термодинамического цикла и приводит к энергетическим потерям.

Сравнение органического и парового циклов Ренкина

Для избегания попадания воздуха в цикл, желательно чтобы давление конденсации было выше атмосферного.

Вода весьма удобное рабочее тело в сравнении с органическими жидкостями.

Второй закон термодинамики | Статья в журнале...

Такое изменение термодинамического состояния тел

Но цикл таких двигателей должен быть замкнут, а это значит, что рабочее тело необходимо вернуть в

Поэтому в схему Рисунок 1. Принцип действия установки необходимо добавить третье тепловое энергетическое тело, а...

Определение эксплуатационных параметров теплового насоса

Рис. 1. Цикл работы ТН в р-i координатах.

Определение количества теплоты, отдаваемое конденсатором и испарителем.

Оценка термодинамической эффективности цикла теплового насоса.

Коэффициент полезного действия электрохимического генератора

Термодинамическое совершенство цикла, характеризуется термическим кпд учитывающим только неизбежную отдачу тепла в окружающую среду (т. е. охладителю), при условии, что цикл состоит из обратимых процессов.

К вопросу организации экономии топлива в СЭУ, основанной на...

Ни на какой ступени цикла сумма изменений энтропии и внешней среды не может быть отрицательной.

Минимальное количество энергии, отводимой в виде тепла, связано с изменением энтропии рабочего тела следующим соотношением

Особенности использования парогазовых установок на ТЭС

Термодинамические циклы комбинированных установок состоят из двух и более простых циклов, совершаемых, как правило, разными рабочими телами в различных диапазонах изменение температуры.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Оценка эффективности основных элементов оборудования...

Оценка термодинамической эффективности цикла теплового насоса. Модернизация Ташкентской тепловой электростанции путем строительства парогазовой установки.

Эффективность работы теплового насоса при различных режимах

Оценка термодинамической эффективности цикла теплового насоса. Применение теплового насоса в Ленинградской области. Исследование работы теплового насоса с регенеративным теплообменником на основе эксергетического анализа.

Термодинамическое исследование работы холодильной...

Наличие разности температур в конденсаторе и испарителе холодильной установки обуславливает внешнюю необратимость термодинамического цикла и приводит к энергетическим потерям.

Сравнение органического и парового циклов Ренкина

Для избегания попадания воздуха в цикл, желательно чтобы давление конденсации было выше атмосферного.

Вода весьма удобное рабочее тело в сравнении с органическими жидкостями.

Второй закон термодинамики | Статья в журнале...

Такое изменение термодинамического состояния тел

Но цикл таких двигателей должен быть замкнут, а это значит, что рабочее тело необходимо вернуть в

Поэтому в схему Рисунок 1. Принцип действия установки необходимо добавить третье тепловое энергетическое тело, а...

Определение эксплуатационных параметров теплового насоса

Рис. 1. Цикл работы ТН в р-i координатах.

Определение количества теплоты, отдаваемое конденсатором и испарителем.

Оценка термодинамической эффективности цикла теплового насоса.

Коэффициент полезного действия электрохимического генератора

Термодинамическое совершенство цикла, характеризуется термическим кпд учитывающим только неизбежную отдачу тепла в окружающую среду (т. е. охладителю), при условии, что цикл состоит из обратимых процессов.

К вопросу организации экономии топлива в СЭУ, основанной на...

Ни на какой ступени цикла сумма изменений энтропии и внешней среды не может быть отрицательной.

Минимальное количество энергии, отводимой в виде тепла, связано с изменением энтропии рабочего тела следующим соотношением

Особенности использования парогазовых установок на ТЭС

Термодинамические циклы комбинированных установок состоят из двух и более простых циклов, совершаемых, как правило, разными рабочими телами в различных диапазонах изменение температуры.

Задать вопрос