Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Семя – орган полового размножения и расселения растений: наружи у семян имеется плотный покров – кожура...
Топ:
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов...
Выпускная квалификационная работа: Основная часть ВКР, как правило, состоит из двух-трех глав, каждая из которых, в свою очередь...
Определение места расположения распределительного центра: Фирма реализует продукцию на рынках сбыта и имеет постоянных поставщиков в разных регионах. Увеличение объема продаж...
Интересное:
Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными...
Лечение прогрессирующих форм рака: Одним из наиболее важных достижений экспериментальной химиотерапии опухолей, начатой в 60-х и реализованной в 70-х годах, является...
Берегоукрепление оползневых склонов: На прибрежных склонах основной причиной развития оползневых процессов является подмыв водами рек естественных склонов...
Дисциплины:
2018-01-04 | 287 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Тепловой насос можно рассматривать как обращённую тепловую машину. Тепловая машина получает теплоту (рис. 2.1) от высокотемпературного источника и сбрасывает ее при низкой температуре, совершая полезную работу. Действие теплового насоса основано на втором законе термодинамики, согласно которому теплота не может самопроизвольно переходить от холодного тела к более нагретому, для этого необходимо приложить компенсирующее усилие - совершить работу.
Рис. 2.1. Термодинамическая схема теплового насоса и теплового двигателя: 1 -тепловой насос; 2 - тепловой двигатель; QH - количество тепловой энергии, поступающей от теплового насоса к источнику высокого потенциала, или получаемой тепловым двигателем от высокотемпературного источника; QL- количество тепловой энергии, отбираемой тепловым насосом от источника низкого потенциала, или сбрасываемой тепловым двигателем в окружающую среду; W –работа, подводимая к тепловому насосу, или производимая тепловым двигателем; ТL Т H - соответственно, температуры низкопотенциального и высокопотенциального источников.
Тепловой насос требует затраты работы для отбора теплоты при низкой температуре и отдачи ее при более высокой. Тепловой насос - это устройство, в котором происходит перенос тепловой энергии от источника низкого потенциала (окружающая среда) к источнику более высокого потенциала (потребителю).
В практической деятельности в качестве тепловых насосов используют модернизированные холодильные машины.
Холодильная машина отбирает теплоту из ограниченного пространства, в котором требуется создать или поддерживать низкую температуру, и сбрасывает отработанную теплоту и механическую работу в окружающую среду (неограниченное пространство). Тепловой насос отбирает теплоту из неограниченного пространства (например, из окружающей среды) и передает (или перекачивает ее и добавочное количество механической работы) в ограниченное помещение, где необходимо поддерживать постоянную более высокую температуру. Таким образом, тепловой насос отличается от холодильной машины лишь назначением и рабочими температурными уровнями.
|
При установившемся режиме работы рассматриваемых машин справедливо равенство
QH = W + QL,
И в тепловом двигателе и в холодильной машине рабочим телом совершаются круговые процессы (циклы): в тепловом двигателе - прямой круговой процесс, в тепловом насосе - обратный круговой процесс.
Можно показать, что если эти машины обратимы (т. е. термодинамические процессы не содержат потерь тепла или работы), то существует конечный предел эффективности каждой из них, и в обоих случаях это есть соотношение количества высокопотенциальной энергии и работы. Только в случае тепловой машины это отношение записывается в виде h = W/QH и называется термическим КПД, а для теплового насоса оно используется в виде m = QH/W и называется коэффициентом преобразования теплоты (иногда, например в /32/, встречается название коэффициент преобразования, обозначаемый КОП, в иностранной литературе COP –Coefficient of Performance).
Эффективность обратного цикла, совершаемого в холодильной машине, оценивается отношением теплоты (холода), отнятой от охлаждаемого объекта, к затраченной работе. Это отношение называется холодильным коэффициентом и выражается в виде e = QL / W. Коэффициент преобразования теплоты связан с холодильным коэффициентом соотношением m =e + 1.
Обратный цикл Карно является идеальным для теплового насоса рис. 2.2. В нем теплота изотермически подводится при температуре TL и изотермически отводится при температуре TH, а сжатие и расширение производятся при постоянной энтропии, работа подводится от внешнего двигателя, а коэффициент преобразования теплоты для цикла Карно будет иметь вид:
|
m =
Из вышеприведенного соотношения видно, что при уменьшении разности между ТH и ТL увеличивается коэффициент преобразования, а это делает применение теплового насоса более эффективным. Значение m всегда больше единицы.
Рис. 2.2. Принципиальная схема и цикл идеального теплового насоса:
1 - испаритель; 2 - компрессор; 3 - расширительная машина (детандер); 4 - конденсатор; 5 - электропривод.
Расчетные значения коэффициента преобразования теплоты m идеального обратного цикла Карно теплового насоса при температуре окружающей среды (низкопотенциального источника) TL = Тос = 293 К (20 0С) и различных температурах высокопотенциального источника TН приведены в таблице 2.1
Таблица 2.1. Расчетные значения коэффициента преобразования теплоты обратного цикла Карно
ТH | ||||||
m | 7,5 | 6,9 | 5,9 | 4,8 | 4,65 | 4,35 |
Лучшей характеристикой теплового насоса является цикл Карно, а все практические циклы лишь реализуют стремление максимально приблизиться к этому пределу.
С целью приближения к циклу Карно, а фактически - с целью создания практически полезного теплового насоса, необходимо стремиться к подводу теплоты при условиях близким к изотермическим. Для этого подбирают рабочие тела, изменяющие агрегатное состояние при необходимых температурах и давлениях. Они поглощают теплоту при испарении и отдают при конденсации. Эти процессы образуют изотермы цикла. Сжатие пара, как правило, требует сухого пара, что вызвано конструктивными особенностями большинства типов компрессоров.
2.2. Действительный коэффициент преобразования ТН.
Необратимость процессов, происходящих в теплонасосных установках с обратными циклами, приводит к существенному понижению коэффициента преобразования, экономия энергии при использовании тепловых насосов, естественно, снижается. Действительный коэффициент преобразования теплового насоса mе определяется через действительный холодильный коэффициент обратного цикла eе
mе = eе + 1.
Для предварительной оценки энергетических показателей теплового насоса Мартыновским В.С. /26/ предложено эмпирическое выражение
mе = ,
где Т0 и Т - температуры источника и приемника теплоты.;
|
a - коэффициент, учитывающий суммарно все потери: потери цикла, потери в электродвигателе и потери от внешней необратимости при теплопередаче.
Для ориентировочных расчетов отопительных устройств с тепловым насосом при использовании турбокомпрессоров можно принимать следующие значения суммарного коэффициента потерь a в зависимости от производительности установки:
производительность 200…1000 кВт a = 0,45 - 0,55
производительность 1000…3000 кВт a = 0,55 - 0,60
производительность свыше 3000 кВт a = 0,60 - 0,65
Выражение для определения действительного коэффициента преобразования любого теплового насоса можно представить в виде:
mе = mк × hD × hэ × hi × hм × hэл + hэл ×(1 - × hi × hм),
где mк - коэффициент преобразования теплоты цикла Карно;
hD - коэффициент, учитывающий внешнюю необратимость цикла;
hэ - коэффициент, учитывающий приближение эталонного цикла (без учета индикаторных, механических и электрических потерь) к необратимому процессу Карно;
hi, hм – индикаторный и механический КПД компрессора;
hэл – КПД электродвигателя.
Для крупных поршневых холодильных компрессоров после подстановки коэффициентов потерь /25/ выражение:
mе = - + + 0,9,
где Т¢0 - температура низкопотенциального источника, К;
Тк - температура конденсации хладагента, К.
На рис. 2.3, выполненном на основе исследований Попеля О.С. /30/, представлено соотношение идеальных и действительных коэффициентов преобразования теплоты. Необходимо отметить, что графики действительных коэффициентов трансформации построены для поршневых машин с диаметром цилиндра около 150 мм. Значения поправочного коэффициента, учитывающего влияние размеров цилиндра компрессора, на который следует разделить значение mе, полученное из графиков представлены в таблице 2.2 /26/.
Таблица 2.2. Значения поправочного коэффициента для коэффициента преобразования теплоты
Диаметр цилиндра, D,мм | ||||||||||
Поправочный коэффициент | 1,063 | 1,044 | 1,028 | 1,013 | 1.00 | 0,977 | 0,960 | 0,944 | 0,930 | 0,924 |
Анализ графиков показывает, что, например, при температуре испарения хладагента на уровне 0 °С и температуре конденсации около 60 °С коэффициент m реальной установки достигает 3, а идеальной - 6,5. С увеличением температуры источника низкопотенциальной теплоты или с уменьшением температуры, необходимой потребителю, коэффициент m возрастает и может достигать 4, 5 и больших значений.
|
Коэффициент преобразования теплоты зависит от следующих факторов:
- от разности температур источника низкого потенциала и потребителя высокотемпературной теплоты (чем она выше, тем ниже коэффициент преобразования);
- термодинамических свойств хладагента;
- особенностей термодинамического цикла;
- технического совершенства конструкции теплового насоса.
При проектировании теплонасосной установки очень важно знание действительного коэффициента преобразования, т.к. значительная ошибка в расчете расхода энергии, может привести к неверным выводам относительно рациональности теплонасосной системы теплоснабжения по сравнению с другими системами.
Рис. 2.3. Идеальный и действительный коэффициент
трансформации теплоты теплового насоса
Очевидно, что применение тепловых насосов особенно эффективно в случае использования воздушных систем и/или напольных систем водяного отопления (теплых полов), для которых температура конденсации хладагента может не превышать 35 - 40°С.
|
|
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...
Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...
Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!