8321

30

Тепловая нагрузка конденсатора

Qк 0,052 188 9,72 кДж/с.

Удельная работа компрессора

lкм lв 54 60 кДж/кг. ηэм 0,9

Электрическая мощность компрессора

Nэ lкмG 60 0,052 3,12 кВт.

Холодильный коэффициент

ε q0 134 2,24.

lкм 60

Коэффициент работоспособности холода при средней температуре охла-

ждаемого воздуха

Tн.ср 20 26 273 250 К 2

составит

293

τq н 1 250 0,172.

Эксергетический КПД установки с учетом потерь эксергии в испарителе

(по воздуху):

Коэффициент полезного действия по хладагенту

η q0 τq 0 134 0,205 0,458 (≈ 46 %),

lкм 60

где

293

τq 0 1 243 0,205.

31

Пример 2.6. Рассчитать схему одноступенчатого парокомпрессионного теплового насоса (рис. 2.10) с теплопроизводительностью Qв = 46,5 кВт. В ка-

честве источника тепла низкого потенциала используется речная вода с темпе-

ратурой на входе в испаритель tн1 = 10оС и на выходе из него tн2 = 6 оС. Темпе-

ратура воды на входе в охладитель tпо = 35 оС, а на выходе из конденсатора tв1 = 70 оС. Рабочий агент в установке – хладон R-12.

Рис. 2.10. Схема теплового насоса

t0 tн2 tи 6 2,5 3,5оС.

Задаваясь конечной разностью температур в конденсаторе tк

tв1 tк 5оС, определяем температуру конденсации:

tк tв1 tк 70 5 75оС.

Используя T-s диаграмму, находим параметры рабочего агента в следую-

щих характерных точках схемы:

точка 1: t1 = t0 = 3,5 оС; p1 = 0,08 МПа; h1 = 665 кДж/кг; v1 = 0,275 м3/кг; точка 2: p2 = 0,78 МПа; h2 = 724 кДж/кг; t2 = 110 оС;

точка 3: t3 = 75 оС; p3 = 0,78 МПа; h3 = 506 кДж/кг;

32

точка 4: t4 tпо tпо 35 10 45 оС; p4 = 0,78 МПа; h4 = 468 кДж/кг;

точка5: t5 = 3,5 оС; p5 = 0,08 МПа; h5 = 468 кДж/кг.

Энтальпия рабочего агента на выходе из компрессора при внутреннем адиабатном КПД компрессора ηi = 0,8

h2 h1 lа 665 724 665 739 кДж/кг. ηi 0,8

Внутренняя работа компрессора

lв h2 h1 739 665 74 кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка испарителя

q0 h1 h5 665 468 197 кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка конденсатора

qк h2 h3 739 506 233 кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка охладителя

qпо h3 h4 506 468 38 кДж/кг.

Энергетический баланс

q lв q0 qк qпо 74 197 233 38 271 кДж/кг.

Массовый расход рабочего агента

Объемная производительность компрессора

V1 0,172 0,275 16,9 м3/ч = 0,0047 м3/с.

Расчетная тепловая нагрузка испарителя

Q0 Gq0 0,172 197 34 кВт.

Расчетная тепловая нагрузка охладителя

Qпо Gqпо 0,172 38 6,8 кВт.

Принимая электромеханический КПД компрессора ηм = 0,9, определяем удельную работу компрессора

33

Удельный расход электроэнергии на единицу выработанного тепла

Электрическая мощность компрессора

Nэ lкмG 82,2 0,172 4,2 кВт.

Коэффициент трансформации

Средняя температура низкотемпературного теплоотдатчика

Tн.ср 10 6 273 281 К. 2

Средняя температура полученного тепла

Tвср 70 35 273 325,5 К. 2

Коэффициент работоспособности тепла с потенциалом Tвср

293

τq в 1 325,5 1 0,9 0,1.

Коэффициент полезного действия теплонасосной установки

η qк qпо τq в 271 0,1 0,33(≈ 33 %). lкм 82,2

Пример 2.7. Определить экономию топлива при использовании теплона-

сосной установки для отопления вместо котельной. Тепловая нагрузка Qв = = 11600 кВт (41,9 ГДж/ч) при температуре воды в подающем трубопроводе

τ1 = 80 оС. Коэффициент трансформации теплового насоса μ = 3; КПД электро-

сетей ηс = 0,95; КПД котельной ηк = 0,85.

Решение. Мощность, потребляемая электродвигателем компрессора теп-

лонасосной установки

Nэк Qв 11600 3900 кВт.

μ3

34

Потребляемая мощность с учетом потери в электросетях

Nэ Nэк 3900 4100 кВт. ηс 0,95

Расход топлива на КЭС для выработки электроэнергии для привода ком-

прессора теплонасосной установки

Bт NэbКЭСэ 4100 0,350 1435кг условного топлива/ч,

где bКЭСэ = 0,340-0,360 кг условного топлива/(кВт·ч) – удельный расход услов-

ного топлива на 1 кВт·ч электроэнергии, вырабатываемой на КЭС.

Расход топлива в котельной на выработку 41,9 ГДж/ч тепла

Экономия условного топлива

B Bк Bт 1680 1435 255кг/ч.

Удельная экономия условного топлива (на единицу отпущенного тепла)

b B 255 6,1 кг/ГДж. Qв 41,9

ЗАДАЧИ

Задача 2.1. Определить тепловую нагрузку охладителя компрессионной холодильной установки с рабочим агентом R-12. Расчетная холодопроизводи-

тельность Qо = 100000 ккал/ч = 116,3 кВт; температура испарения t0 = −10 оС;

температура конденсации tк = 40 оС; хладагент понижает свою температуру в охладителе на ∆tп = 40 оС.

Задача 2.2. Определить тепловую нагрузку охладителя аммиачной ком-

прессионной холодильной установки. Расчетная холодопроизводительность

Q0 = 30000 ккал/ч = 34,9 кВт; давление в испарителе p0 = 0,8 МПа, давление в конденсаторе pк = 1,8 МПа; хладагент в охладителе понижает свою температуру на ∆tп = 40 оС.

35

Задача 2.3. Определить удельный расход электроэнергии на выработку единицы холода, холодильный коэффициент и эксергетический КПД компрес-

сионной установки холодопроизводительностью Q0 = 3000 ккал/ч = 3,45 кВт.

Холод производиться при tн = −30 оС; внутренняя мощность компрессора

Nв = 1,8 кВт. Внутренний адиабатный и электромеханический КПД компрессо-

ра соответственно равны ηi = 0,8 и ηэм = 0,85.

Задача 2.4. Температура низкотемпературного теплоотдатчика в ком-

прессионной теплонасосной установке t0 = −5 оС, температура конденсации tк = 80 оС; КПД установки ηт.н. = 0,45. Определить коэффициент трансформации

и удельный расход электроэнергии на единицу полученного тепла.

Задача 2.5. Рассчитать схему одноступенчатой компрессионной холо-

дильной установки, определив параметры в характерных точках схемы, тепло-

вые нагрузки аппаратов, мощность компрессора, холодильный коэффициент и

эксергетический КПД.

Расчетная холодопроизводительность Q0 = 11,6 кВт, температура рассола на входе в испаритель tн1 = −10 оС и на выходе из него tн2 = −17 оС; температура охлаждающей воды на входе в конденсатор tв2 = 20 оС и на выходе из него tв1 = 30 оС; холодильный агент – аммиак; установка работает без охладителя.

конечные разности температур в испарителе ∆tи = 3 оС и в конденсаторе ∆tк = = 5 оС. Внутренний адиабатный и электромеханический КПД компрессора рав-

ны соответственно ηi = 0,8 и ηэм = 0,9.

Задача 2.6. Рассчитать схему одноступенчатой компрессионной холо-

дильной установки с охладителем перед регулирующим вентилем, определив параметры в характерных точках схемы. Составить эксергетический баланс ус-

тановки и изобразить их графически. На основе эксергетического баланса опре-

делить КПД установки и потери эксергии в отдельных ее элементах. Исходные

данные для расчета: хладагент – аммиак; холодопроизводительность Q0 = 1160 кВт; температура хладоносителя на входе в испаритель tн1 = −18 оС и на вы-

ходе из него tн2 = −26 оС; температура охлаждающей воды на входе в конденса-

тор tв2 = 20 оС и на выходе из него tв1 = 29 оС. В охладитель подается артезиан-

36

ская вода в количестве Gв = 5 т/ч с температурой на входе tпо2 = 10 оС. Мини-

мальная разность температур в испарителе ∆tи = 4 оС и в конденсаторе ∆tк = = 6

оС, конечная минимальная разность температур в охладителе tпо = 5 оС.

Внутренний адиабатный и электромеханический КПД компрессора равны соответственно ηi = 0,8 и ηэм = 0,9.

Задача 2.7. Рассчитать схему одноступенчатой компрессионной холо-

дильной установки с регенеративным теплообменником. Определить тепловые нагрузки аппаратов, мощность компрессора, холодильный коэффициент и КПД установки.

Расчетная холодопроизводительность Q0 = 21 кВт; температура охлаждае-

мого воздуха на входе в испаритель tн1 = −15 оС и на выходе из него tн2 = −22 оС;

температура охлаждающей воды на входе в конденсатор tв2 = 20 оС и на выходе из него tв1 = 25 оС. Холодильный агент – хладон R-12. Конечная разность тем-

ператур в испарителе ∆tи = 3 оС и в конденсаторе ∆tк = 5 оС. Внутренний адиа-

батный и электромеханический КПД компрессора равны ηi = 0,8 и ηэм = 0,9.

Задача 2.8. Рассчитать схему одноступенчатой компрессионной холо-

дильной установки с охладителем, определить параметры в характерных точках схемы и тепловые нагрузки аппаратов. Составить эксергетический баланс уста-

новки и изобразить его графически. На основе баланса определить КПД уста-

новки и потери эксергии в отдельных ее элементах.

Исходные данные для расчета: холодопроизводительность Q0 = 1160 кВт;

температура хладоносителя на входе в испаритель tн1 = −18 оС и на выходе из него tн2 = −25 оС; температура охлаждающей воды на входе в конденсатор tв2 = 20 оС и на выходе из него tв1 = 30 оС; холодильный агент – аммиак. В охла-

дитель подается артезианская вода с располагаемым дебитом Gв = 5 т/ч при на-

чальной температуре tпо2 = 10 оС. Конечная разность температур в испарителе

∆tи = 3 оС, в конденсаторе ∆tк = 5 оС и в охладителе tпо = 15 оС. Внутренний адиабатный и электромеханический КПД компрессора равны соответственно

ηi = 0,8 и ηэм = 0,9.

37

Задача 2.9. Построить график зависимости холодильного коэффициента и эксергетического КПД парожидкостной компрессионной установки от темпе-

ратуры испарителя t0 от 10 до −40 оС (шаг изменения t0 принять 10 оС). Внут-

ренний адиабатный и электромеханический КПД компрессора равны ηi = 0,8 и ηэм = 0,9; То.с. = 293 К. Расчетные данные представить в виде табл. 2.3.

Таблица 2.3.

Результаты расчета (к задаче 2.9)

ε 1эх

ηe эн эх

эн Tо.с. Tн 1

ε 1эх

ηe эн эх

Задача 2.10. Рассчитать и построить график зависимости эксергетическо-

го КПД и холодильного коэффициента паровой компрессионной установки от температуры конденсации tк. Принять tо = tн = −20 оС. Внутренний адиабатный и электромеханический КПД компрессора равны ηi = 0,8 и ηэм = 0,9. Холодиль-

ный агент – хладон R-12. Результаты расчета свести в таблицу, аналогичную представленной в предыдущей задаче. Диапазон по tк принять от 22 до 50 оС.

Температура окружающей среды 293 К.

Задача 2.11. Одноступенчатый компрессионный тепловой насос имеет теп-

лопроизводительность Q0 = 70 кВт. В качестве источника тепла низкого потен-

циала используется речная вода с температурой на входе в испаритель tн1 = 6 оС и на выходе из него tн2 = 1 оС. Температура сетевой воды на входе в охладитель

38

tпо = 30 оС, а на выходе из конденсатора tв2 = 75 оС. Конечная разность темпера-

тур в испарителе ∆tи = 3 оС, в конденсаторе ∆tк = 5 оС и в охладителе ∆tпо = 7 оС.

Рабочий агент R-21. Внутренний адиабатный и электромеханический КПД компрессора равны соответственно ηi = 0,8 и ηэм = 0,9. Определить тепловые нагрузки аппаратов, мощность компрессора, удельный расход энергии, коэф-

фициент трансформации и КПД установки.

Задача 2.12. Одноступенчатая компрессионная теплонасосная установка,

работающая на R-21, имеет теплопроизводительность Qв = 1163 кВт. В испари-

тель установки подается речная вода с температурой tн1 = 8 оС, а выходит из ис-

парителя с tн2 = 2 оС. Температура теплоносителя на входе в охладительtв2 = 40 оС

и на выходе из него tв 1 = 70 оС. Конечная разность температур в испарителе

∆tи = 4 оС, в конденсаторе ∆tк = 5 оС и в охладителе ∆tпо = 10 оС. Внутренний адиабатный и электромеханический КПД компрессора равны соответственно

ηi = 0,78 и ηэм = 0,9. Определить тепловые нагрузки аппаратов, мощность ком-

прессора, удельный расход энергии, коэффициент трансформации энергии и эксергетический КПД.

Задача 2.13. Определить экономию топлива при использовании для ото-

пления теплонасосной установки вместо котельной. Требуемая тепловая на-

грузка Qв = 5000 кВт. Коэффициент трансформации тепла в установке μ = 4.

КПД электросетей ηс = 0,95 и котельной ηк = 0,8.

Задача 2.14. Определить экономию топлива при использовании для ото-

пления теплонасосной установки по сравнению в теплоснабжением от ТЭЦ при тепловой нагрузки Qв = 10 Гкал/ч = 41,9 ГДж/ч. Коэффициент трансформации тепла μ = 9. Удельный расход топлива на ТЭЦ на выработку тепла btТЭЦ = = 53 кг условного топлива / Гкал = 12,7 кг условного топлива / ГДж. При каком значении коэффициента трансформации тепла теплонасосной установки будет равноэкономичной работа ТНУ и ТЭЦ?

Задача 2.15. Рассчитать Nэк , μ и ηе двухступенчатой теплонасосной ус-

тановки. Суммарная теплопроизводительность Qт.н. = 10 МВт ( Qк 6 МВт;

39

Qк 4МВт) при температуре воды в подающем трубопроводе τ1 = 150 оС. В ка-

честве источника тепла низкого потенциала используется техническая вода с промпредприятия с температурой на входе в испаритель tн1 = 25 оС, температу-

ра воды на выходе из испарителя tн2 = 15 оС. Температура воды, возвращаемой из тепловой сети, τ2 = 40 оС. Рабочий агент установки – хладон R-12В1. Принять

ηi ηi 0,8; ηэм ηэм 0,9; tк 15 К; tк 10 К; ∆tи = 5 К.

Задача 2.16. Рассчитать комбинированную парожидкостную компресси-

онную установку для одновременной выработки тепла и холода, определив

Nэк , μ и ηе. Расчетная теплопроизводительность Qв = 3000 кВт. Температура воды на выходе из конденсатора tв1 = 75 оС и на входе в охладитель tпо = 40 оС.

Источником тепла низкого потенциала служит техническая вода, используемая для охлаждения оборудования на промпредприятии, с температурой на входе в испаритель tн1 = 30 оС и на выходе из него tн2 = 5 оС. Рабочий агент R-21. При-

нять ηi = 0,8; ηэм = 0,9; ∆tк = 10 К; ∆tпо = 5 К; ∆tи = 5 К.

Задача 2.17. Определить коэффициент трансформации, затрату энергии и экономию топлива при использовании теплонасосной установки для теплично-

парникового хозяйства. В качестве источника тепла низкого потенциала исполь-

зуется вода с t = 25 оС, сбрасываемая промпредприятием. Тепловая нагрузка

Qв = 17,7 Гкал/ч (30 ГДж/ч) = 8337 кВт при tв = 70 оС. Число часов использования установки 5500. Хладагент R-21. Минимальная разность температур в конденса-

торе ∆tк = 5 оС. Температура хладагента после охладителя tпо = 45 оС и в испари-

теле t0 = 7 оС. Минимальная разность температур в испарителе ∆tи = 8 оС. Пере-

грев хладагента в испарителе (перед компрессором) составляет∆t = 5 оС.

Задача 2.18. Определить коэффициент трансформации и мощность элек-

тропривода теплонасосной установки с теплопроизводительностью Qв = 46,5 кВт.

Хладагент R-21. Источник тепла низкого потенциала, это речная вода с tн1 = 10 оС

(на выходе из испарителя tн2 = 6 оС). Температура тепловой воды на входе в охла-

дитель tпо = 35 оС и на выходе из конденсатора 70 оС. Температура испарения хладагента 2,5 оС. Перегрева фреона перед компрессором нет. Температура кон-