Термоэкономический анализ теплового насоса
Проведем термодинамический анализ самого теплового насоса в основном режиме работы: Тхол-80°С; Тгор= 120°С при условии, что величина АТИ= 10°С останется без изменений, а величина АТК будет изменяться в диапазоне от АТК-2° до АТК=30° с шагом в 2 град. Одновременно с изменением величины АТК проведем варьирование величины КПД компрессора, приняв два значения г}Ш-50% и г}км-85%. Условия анализа в графическом виде представлены на цикле теплового насоса - рис.24.10.
Рис.24.10. Цикл теплового насоса в диаграмме T-s при возможных режимах работы |
Предположим, что возможны такие сочетания АТК и г}км, при которых qK останется без изменений, т. е. во всех случаях h2=const и h3=const вне зависимости от АТК, так как температура в точке 3 будет оставаться постоянной (Тз-Тгор+АТ).
В качестве критерия термодинамической эффективности используем величину СОРтн• Результаты расчетов представлены в графическом виде на рис.24.11. Видно, что имеется достаточно большое количество сочетаний АТК и г/км, при которых величина СОР одинакова. Таким образом еще раз подтверждается вывод о том, что проведение термодинамической оптимизации нецелесособразно.
На уровне инженерной интуиции можно заключить, что при использовании старого типа теплообмениого оборудования, при котором величина АТК выше, чем в новых типах теплообменных аппаратов, необходимо применять новые типы компрессоров и наоборот. Для принятия решения необходимо произвести анализ существующей производственной базы холодильного оборудования.
Подобный подход к оптимизации тепловых насосов (с использованием инженерной интуиции) предполагает наличие большого практического опыта инженера-проектировщика и хорошую осведомленность о номенклатуре выпускаемой продукции. При этом нет оснований для уверенности в том, что принятое решение окажется оптимальным с экономической точки зрения.
Рис.24.11. Термодинамический анализ теплового насоса при АТК = 2 ...30 град и и г}Ш= 50% и 85% |
Рис.24.12. Термоэкономический анализ теплового насоса при АТК - 2 ...30 град и и щкм = 50% и 85% |
Проведем аналогичные исследования, используя термоэкономику как инструмент для оптимизации. Определим экономические показатели (общие годовые затраты Z) теплового насоса при тех же условия, что и предусматривал термодинамический анализ.
Результаты показывают (рис.24.12), что одинаковые значения Z имеют место при вариации АТК и Цкм-> однако при этом наблюдаются слишком существенные различия в величине АТК при изменении Г}км-
Минимальные затраты Z (оптимальный режим) соответствует минимальным разностям температур в конденсаторе, которые невозможно осуществить в кожухотрубных теплообменных аппаратах. Следовательно, эти режимы более соответствуют использованию компактных пластинчатых теплообменников. Таким образом, если инже - нером-проектирогциком будет принято решение о замене конструкции теплообменных аппаратов (в частности, конденсатора), то следует провести уточнение экономических показателей теплового насоса с учетом цен, соответствующих новому типу оборудования.
В заключение следует указать, что использование всех видов ресурсов должно быть рациональным, так как экономия энергетических ресурсов с точки зрения потребляемой энергии, в общем случае оказывается мнимой, поскольку оборачивается созданием машин с повышенной металлоемкостью и наоборот. Все современные инженерные решения должны основываться на решении задач оптимизации.
Автор надеется, что эта книга даст возможность студентам изучить принципы функционирования и создания различных холодильных машин и тепловых насосов, а исследователям и практикам сформулировать и решить задачи оптимизации для всех типов этих машин.
*