19. Тепловой насос.

Высокая стоимость установок кондиционирования воздуха, как по капиталовложениям, так и по эксплуатационным расходам в течении года, является некоторым препятствием, т.к. в основном установки кондиционирования работают только в летний период. Круглогодичное использование холодильных установок для целей охлаждения и отопления является технически возможным, т.к. каждая холодильная установка может работать в летнее время для выработки холода (при поглощении тепла в испарителе), а зимой для теплоснабжения (при отводе его в конденсаторе). Установки, в которых постоянно или временно используется тепло, отводимое от конденсатора в холодильной установке называется тепловым насосом. Принципиальная схема теплового насоса с указанием направления движения хладагента для отопления и охлаждения на рис. 137. Наружный теплообменник расположен у источника тепла, а внутренний в помещении, которое нужно охлаждать летом и нагревать зимой. Из нагнетательной линии компрессора горячие пары хладагента поступают в четырех ходовый кран, который направляет их в соответствующий теплообменник. Если машина работает как тепловой насос для отопления, то горячий хладагент поступает во внутренний теплообменник, где конденсируется, отдавая тепло теплоносителю. Затем хладагент пройдя регулирующий вентиль поступает в наружный теплообменник, где он кипит, забирая тепло для своего кипения от окружающей среды. Затем пары хладагента вновь проходят четырех ходовый кран, который направляет его во всасывающую линию компрессора и процесс повторяется. Если машина используется для охлаждения здания, то горячий хладагент пройдя из компрессора, поступает через четырех ходовый кран в наружный теплообменник, где конденсируется отдавая тепло окружающей среде. Затем хладагент, пройдя регулирующий вентиль поступает во внутренний теплообменник, где кипит охлаждая окружающую среду. Далее пары снова проходят четырех ходовый кран, который направляет их во всасывающую линию компрессора. Следовательно работа холодильной машины по схеме теплового насоса заключается в том, что при помощи четырех ходового крана (переключателя) меняется направление циркуляции фреона. Источниками тепла в тепловых насосах может быть наружный воздух, артезианская вода, вода водоемов, тепло грунта, тепловые ресурсы сточных вод, коммунально-бытовых и промышленных предприятий. Эффективность работы теплового насоса характеризуется коэффициентом преобразования фи, который представляет собой отношение тепла, отведенного в конденсаторе к затраченной мощности:

где Ку – количество тепла, отведенного от конденсатора,

Эн – мощность всей установки.

тот коэффициент зависит от разности источника и потребителя тепла, от вида источника тепла, и от степени повышения давления хладагента в компрессоре. На практике при примени теплового насоса на один кВт мощности можно получить 3000 ккал холода в испарителе и одновременно 3700 ккал тепла в конденсаторе. Но это не является нарушением законов термодинамики, т.к. в тепловом насосе механическая энергия не преобразуется в тепло, а расходуется на повышение потенциала теплового потока, отводимого от окружающей среды. Отопительный коэффициент можно выразить через абсолютные температуры по аналогии с холодильным коэффициентом:

где тэ – температура нагреваемого тело, которому передается тепло,

тэ – температура окружающей среды, т.е. источника тепла.

Эффективность теплового насоса будет тем выше, чем ниже температура нагреваемого тела и чем выше температура источника тепла.

20.

Тепловой баланс блоков разделения воздуха.

Количество воздуха, поступающего в блок разделения должно быть равно сумме количеств получаемых кислорода и азота. Из 1м₃ перерабатываемого воздуха получается V_а+V_к=1. Количество получаемого азота равно 0,79%. При содержании азота в отходящем кислороде равным 2% и чистоте отходящего азота равным 97% количество воздуха необходимое для получения 1 м₃ кислорода составляет 5,27 м3.

Тепловой баланс или баланс холода представляет собой равенство холодопроизводительностей цикла q и потерь холода в установке составлена для 1 м₃ перерабатываемого воздуха.

Различают 3 вида потерь:

• в окружающую среду в следствии несовершенства тепловой изоляции q_из

• с отходящими продуктами разделения от недорекуперации q_н

• в следствии отбора из блока разделения жидких продуктов q_ж

При отборе кислорода и азота в газообразном состоянии qж отсутствуют. Таким образом уравнение баланса холода имеет вид:

Потери холода через изоляцию уменьшаются с увеличением производительности, т.к. объемы растут примерно пропорционально кугу, а поверхности пропорциональны квадрату линейных размеров. Потери q_н зависят от устройства регенераторов или теплообменников, а также от особенностей схемы. Потери холода q_из+q_н в зависимости от производительности имеют:

При отборе жидкого кислорода или азота qж могут составлять порядка 100 ккал/кг.

Выработка холода требует значительных затрат энергии, поэтому необходимо стремиться уменьшить потери холода и этому способствуют следующие мероприятия:

изоляция должна быть сухой, хорошо уплотненной и не промерзать не должно быть потерь холода через неплотности; на теплых концах теплообменников и регенераторов необходимо поддерживать минимальную для данного аппарата ΔP.