Исследование работы теплового насоса с регенеративным теплообменником на основе эксергетического анализа | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Алдажуманов Ж. К., Ермоленко М. В., Степанова О. А., Тоимбаев А. Б., Должиков С. А. Исследование работы теплового насоса с регенеративным теплообменником на основе эксергетического анализа // Молодой ученый. — 2015. — №10. — С. 128-132. — URL https://moluch.ru/archive/90/18866/ (дата обращения: 23.07.2018).

Актуальность работы. Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов представляет собой одну из актуальных проблем. Одним из перспективных путей решения этой проблемы является применение новых энергосберегающих технологий и оборудования, использующих вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) и нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ) [1].

Теплонасосные установки (ТНУ), используя возобновляемую низкопотенциальную энергию окружающей среды и повышая ее потенциал до уровня, необходимого для теплоснабжения, затрачивают в 3–8 раз меньше первичной энергии, чем при сжигании топлива традиционными способами [1].

Повышение эффективности ТН за счет совершенствования их рабочих циклов и схем составляет основу современных исследований в области теплонасосных технологий. В целом термодинамическое совершенство обратных циклов ТН в значительной степени определяет технико-экономическую и экологическую эффективность теплонасосных технологий [2].

Цель работы. Определение эффективности работы теплового насоса в зависимости от начальной температуры низкопотенциального теплоносителя.

Для проведения исследований была разработана экспериментальная установка, позволяющая моделировать температуру низкопотенциального источника и мощность компрессоров. Полученные результаты эксперимента представлены в таблице 1.

Таблица 1

Номер режима

Тепловая нагрузка ТМ, кВт

н1, 0C

н2,0C

в1,0C

в2,0C

0,0C

1

1,75

8

3

60

65

18

2

1,75

24

19

60

65

18

3

1,75

40

35

60

65

18

 

Эксергетическое исследование теплонасосной системы, учитывающее их системные связи с внешним окружением, для широкого диапазона изменения рабочих параметров проводилось согласно методики [3,4]. Результаты исследования представлены на графиках (рисунок 1).

Рис. 1. Потери эксергии в тепловом насосе на R134a

 

Из анализа рисунка 1 видно, что для холодильного агента R134a при увеличении температуры низкопотенциального источника эксергетические потери, происходящие в тепловом насосе, уменьшаются. Однако для эксергетических потерь в испарителе наблюдается экстремумы функций, для агента R134a при температуре 160C (до этой температуры наблюдается повышение потерь). Это можно объяснить малым тепловым запасом низкопотенциального источника (для R134a). Исходя из этого следует, что R134a выгодно использовать при температурах низкопотенциального источника выше 160C.

Рис. 2. Потери эксергии в тепловом насосе на R404a

 

Из анализа рисунка 2 видно, что для холодильного агента R404a при увеличении температуры низкопотенциального источника эксергетические потери, происходящие в тепловом насосе, уменьшаются. Однако для эксергетических потерь в испарителе наблюдается экстремумы функций, для агента R404a при температуре 240C (до этой температуры наблюдается понижение потерь). Это можно объяснить малым тепловым запасом низкопотенциального источника и особенностью фазового перехода холодильного агента R404a. Исходя из этого следует, что R404a выгодно использовать при температурах низкопотенциального источника выше 240C.

В результате математической обработки экспериментальных данных были получены аналитические зависимости суммарных эксергетических потерь от температуры низкопотенциального источника (рисунок 3).

Для R134a

                                                                            (1)

Для R404a

                                                                            (2)

Рис. 3 Сумма эксергетических потерь в тепловом насосе на R134a и R404a

 

На основании полученных данных были построены графики суммарных эксергетических потерь из анализа рисунка 3 видно: для холодильного агента R404a целесообразно использовать при температуре низкопотенциального источника до 24оC, а R134a — для температуры низкопотенциального источника выше 24оC.

Заключение

В результате проведенных исследований было установлено: при повышении температуры теплоносителя эксергетические потери в тепловом насосе уменьшаются; для наиболее эффективной работы теплового насоса необходимо использовать более высокую температуру низкопотенциального источника теплоты.

 

Литература:

 

1.      Алимгазин А. Ш., Бахтиярова С. Г., Бергузинов А. Н. Экологические аспекты применения теплонасосных технологий для теплоснабжения различных объектов в Республике Казахстан // Вестник ПГУ. 2010. — № 1. — с. 42–52.

2.      Бродянский В. М., Фратшер В., Михалек К. Эксергический метод и его приложения. Под ред. В. М. Бродянского. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 288 с.

3.      Николаев, Ю.Е., Бакшеев, А. Ю. Определение эффективности тепловых насосов, использующих теплоту обратной сетевой воды ТЭЦ // Промышленная энергетика. 2007. — № 9. — С. 14–17.

4.      Бубялис Э., Шкема Р. Перспектива ретрофита R22 и энергетические характеристики теплового насоса на базе компрессора КХГ-14.-1 // Промышленная теплотехника, 2001.– Т.23, № 1–2.– С. 79–83.

Основные термины (генерируются автоматически): низкопотенциальный источник, тепловой насос, холодильный агент, анализ рисунка, температура, потеря, потеря эксергии, увеличение температуры, малый тепловой запас, экстремум функций.


Похожие статьи

Эффективность работы теплового насоса при различных режимах

tн -низкая температура (температура испарения температура источника низкопотенциального тепла),К. Так как температура в испарителе в процессе работы теплового насоса понижается и является величиной не постоянной...

Снижение затрат энергии в теплохладоснабжении...

В этом случае Ti– температура высокопотенциальной среды, К; T0 – температура низкопотенциальной среды (окружающей среды) К

Анализ энергоэффективности тепловых насосов в системах теплоснабжения по территориально-климатическому признаку.

Расчет количества теплоты с применением эксергетического метода

Для наглядности изобразим изменение эксергии при разных начальных температурах

Рис. 4. Эксергия высокопотенциального и низкопотенциального тепла.

Исследование работы теплового насоса с регенеративным теплообменником на основе эксергетического анализа.

Современное состояние и перспективы использования...

Чаще всего сбросное тепло является низкопотенциальным, поскольку имеет температуру незначительно выше температуры окружающей среды.

Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине.

Термодинамика геотермального теплоснабжения

Анализ графиков показывает, что значительные потери эксергии имеют место и в стволе скважины, и в тепловой сети. Энергетический баланс дает заниженное значение потерь. Потери эксергии в стволе зависят от разности температур воды в пласте tпл, как правило...

Термодинамическое исследование работы холодильной...

С учетом вышесказанного в центре «Тепловые насосы» Ташкентского государственного технического университета, на

температура хладагента в восьми точках цикла.

тепла; E0 — эксергия произведенного холода; Eэ — эксергия затраченной электроэнергии [4]. Затраты...

Анализ тепловых процессов в электрических сетях

Тепловая модель связывает направление скорости ветра, температуры окружающего воздуха и солнечной радиации с температурой проводника.

Похожие статьи. Сравнительный анализ тепловых потерь блок-модульного административно-бытового комплекса в зависимости от...

Использование теплонасосных установок (ТНУ) в промышленности

Так как температура жидких теплоносителей редко превышает 150°С, а газообразных-350°С, то все вышеуказанные виды ВЭР относятся к низкопотенциальным.

Рис. 1. Схема теплового насоса, вырабатывающего теплоноситель двух уровней: КМ-компрессор; К-конденсатор...

Оценка эффективности основных элементов оборудования...

Результаты анализа приводят к существенному различию тепловых потерь, определенных этими методами.

Потеря эксергии кДж/кг. Доля потери в рассматриваемом элементе КЭС от суммы потерь по всей установк.

Эффективность работы теплового насоса при различных режимах

tн -низкая температура (температура испарения температура источника низкопотенциального тепла),К. Так как температура в испарителе в процессе работы теплового насоса понижается и является величиной не постоянной...

Снижение затрат энергии в теплохладоснабжении...

В этом случае Ti– температура высокопотенциальной среды, К; T0 – температура низкопотенциальной среды (окружающей среды) К

Анализ энергоэффективности тепловых насосов в системах теплоснабжения по территориально-климатическому признаку.

Расчет количества теплоты с применением эксергетического метода

Для наглядности изобразим изменение эксергии при разных начальных температурах

Рис. 4. Эксергия высокопотенциального и низкопотенциального тепла.

Исследование работы теплового насоса с регенеративным теплообменником на основе эксергетического анализа.

Современное состояние и перспективы использования...

Чаще всего сбросное тепло является низкопотенциальным, поскольку имеет температуру незначительно выше температуры окружающей среды.

Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине.

Термодинамика геотермального теплоснабжения

Анализ графиков показывает, что значительные потери эксергии имеют место и в стволе скважины, и в тепловой сети. Энергетический баланс дает заниженное значение потерь. Потери эксергии в стволе зависят от разности температур воды в пласте tпл, как правило...

Термодинамическое исследование работы холодильной...

С учетом вышесказанного в центре «Тепловые насосы» Ташкентского государственного технического университета, на

температура хладагента в восьми точках цикла.

тепла; E0 — эксергия произведенного холода; Eэ — эксергия затраченной электроэнергии [4]. Затраты...

Анализ тепловых процессов в электрических сетях

Тепловая модель связывает направление скорости ветра, температуры окружающего воздуха и солнечной радиации с температурой проводника.

Похожие статьи. Сравнительный анализ тепловых потерь блок-модульного административно-бытового комплекса в зависимости от...

Использование теплонасосных установок (ТНУ) в промышленности

Так как температура жидких теплоносителей редко превышает 150°С, а газообразных-350°С, то все вышеуказанные виды ВЭР относятся к низкопотенциальным.

Рис. 1. Схема теплового насоса, вырабатывающего теплоноситель двух уровней: КМ-компрессор; К-конденсатор...

Оценка эффективности основных элементов оборудования...

Результаты анализа приводят к существенному различию тепловых потерь, определенных этими методами.

Потеря эксергии кДж/кг. Доля потери в рассматриваемом элементе КЭС от суммы потерь по всей установк.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Эффективность работы теплового насоса при различных режимах

tн -низкая температура (температура испарения температура источника низкопотенциального тепла),К. Так как температура в испарителе в процессе работы теплового насоса понижается и является величиной не постоянной...

Снижение затрат энергии в теплохладоснабжении...

В этом случае Ti– температура высокопотенциальной среды, К; T0 – температура низкопотенциальной среды (окружающей среды) К

Анализ энергоэффективности тепловых насосов в системах теплоснабжения по территориально-климатическому признаку.

Расчет количества теплоты с применением эксергетического метода

Для наглядности изобразим изменение эксергии при разных начальных температурах

Рис. 4. Эксергия высокопотенциального и низкопотенциального тепла.

Исследование работы теплового насоса с регенеративным теплообменником на основе эксергетического анализа.

Современное состояние и перспективы использования...

Чаще всего сбросное тепло является низкопотенциальным, поскольку имеет температуру незначительно выше температуры окружающей среды.

Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине.

Термодинамика геотермального теплоснабжения

Анализ графиков показывает, что значительные потери эксергии имеют место и в стволе скважины, и в тепловой сети. Энергетический баланс дает заниженное значение потерь. Потери эксергии в стволе зависят от разности температур воды в пласте tпл, как правило...

Термодинамическое исследование работы холодильной...

С учетом вышесказанного в центре «Тепловые насосы» Ташкентского государственного технического университета, на

температура хладагента в восьми точках цикла.

тепла; E0 — эксергия произведенного холода; Eэ — эксергия затраченной электроэнергии [4]. Затраты...

Анализ тепловых процессов в электрических сетях

Тепловая модель связывает направление скорости ветра, температуры окружающего воздуха и солнечной радиации с температурой проводника.

Похожие статьи. Сравнительный анализ тепловых потерь блок-модульного административно-бытового комплекса в зависимости от...

Использование теплонасосных установок (ТНУ) в промышленности

Так как температура жидких теплоносителей редко превышает 150°С, а газообразных-350°С, то все вышеуказанные виды ВЭР относятся к низкопотенциальным.

Рис. 1. Схема теплового насоса, вырабатывающего теплоноситель двух уровней: КМ-компрессор; К-конденсатор...

Оценка эффективности основных элементов оборудования...

Результаты анализа приводят к существенному различию тепловых потерь, определенных этими методами.

Потеря эксергии кДж/кг. Доля потери в рассматриваемом элементе КЭС от суммы потерь по всей установк.

Эффективность работы теплового насоса при различных режимах

tн -низкая температура (температура испарения температура источника низкопотенциального тепла),К. Так как температура в испарителе в процессе работы теплового насоса понижается и является величиной не постоянной...

Снижение затрат энергии в теплохладоснабжении...

В этом случае Ti– температура высокопотенциальной среды, К; T0 – температура низкопотенциальной среды (окружающей среды) К

Анализ энергоэффективности тепловых насосов в системах теплоснабжения по территориально-климатическому признаку.

Расчет количества теплоты с применением эксергетического метода

Для наглядности изобразим изменение эксергии при разных начальных температурах

Рис. 4. Эксергия высокопотенциального и низкопотенциального тепла.

Исследование работы теплового насоса с регенеративным теплообменником на основе эксергетического анализа.

Современное состояние и перспективы использования...

Чаще всего сбросное тепло является низкопотенциальным, поскольку имеет температуру незначительно выше температуры окружающей среды.

Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине.

Термодинамика геотермального теплоснабжения

Анализ графиков показывает, что значительные потери эксергии имеют место и в стволе скважины, и в тепловой сети. Энергетический баланс дает заниженное значение потерь. Потери эксергии в стволе зависят от разности температур воды в пласте tпл, как правило...

Термодинамическое исследование работы холодильной...

С учетом вышесказанного в центре «Тепловые насосы» Ташкентского государственного технического университета, на

температура хладагента в восьми точках цикла.

тепла; E0 — эксергия произведенного холода; Eэ — эксергия затраченной электроэнергии [4]. Затраты...

Анализ тепловых процессов в электрических сетях

Тепловая модель связывает направление скорости ветра, температуры окружающего воздуха и солнечной радиации с температурой проводника.

Похожие статьи. Сравнительный анализ тепловых потерь блок-модульного административно-бытового комплекса в зависимости от...

Использование теплонасосных установок (ТНУ) в промышленности

Так как температура жидких теплоносителей редко превышает 150°С, а газообразных-350°С, то все вышеуказанные виды ВЭР относятся к низкопотенциальным.

Рис. 1. Схема теплового насоса, вырабатывающего теплоноситель двух уровней: КМ-компрессор; К-конденсатор...

Оценка эффективности основных элементов оборудования...

Результаты анализа приводят к существенному различию тепловых потерь, определенных этими методами.

Потеря эксергии кДж/кг. Доля потери в рассматриваемом элементе КЭС от суммы потерь по всей установк.

Задать вопрос