Теплонасос

РАСЧЕТ КОП

В этом разделе рассмотрены типичные величины, характерные для теплового насоса, применяемого с целью восстановления теп­ла. Возможные показатели реального цикла связывают с показа­телями цикла Карно.

Предположим, что существует производство, в котором исполь­зуется промывочная вода. Вода заключена в большой бак при
температуре 65° С и после очистки сбрасывается при температуре 35° С. Назначение теплового насоса состоит в восстановлении теп­ла сбросной воды и использования его для поддержания темпера­туры водяного бака. Временно пренебрежем возможностью ча­стичного использования для этой цели простого теплообменника. Максимальный КОП по Карно

КОП к = TL/(T„—TL) +1 = (273 + 35)/(65 —35) + 1 = 11,3. Теперь рассчитаем, что можно получить на практике.

Во-первых, нужно выбрать температуры испарения и конденса­ции.. Они зависят от размера теплообменников, которые предпола­гается установить. В качестве типичных значений можно принять 7н=75° С и 7,/.= 15°С. Отметим, что в испарителе нужна большая разность температур, поскольку сбрасываемая вода должна быть охлаждена от 35° С, до, например, 20° С, чтобы получить полезное тепло.

Затем примем в качестве рабочего тела хладоагент R12. Выбор рабочего тела, вообще говоря, дело не простое (см. гл. 3). Но в данном случае как пример выбран R12, а его р—h диаграмма показана на рис. 2.7.

Изображение цикла всегда начинается со сжатия. Примем не­обходимый перегрев пара на входе компрессора 20° С и обозначим его состояние точкой А. Она находится путем продолжения линии постоянного давления, соответствующей испарению при 15° С (0,49 МПа) до пересечения с изотермой 35° С. В точке А удельная энтальпия равна 271 кДж/кг. Проведя по изоэнтропе линию до пересечения с изобарой 2,1 МПа, соответствующей температуре конденсации 75° С, получаем условия на выходе изоэнтропическо - го компрессора в точке В с удельной энтальпией 300 кДж/кг. Дей­ствительные условия на выходе из компрессора в точке С рассчи­тываются с помощью изоэнтропического КПД:

R\=(hB—hA)/(hc—hA),

Откуда следует, что при rj = 0,7 he — 312 кДж/кг и точка С наносит­ся на график рис. 2.7.

Изменение энтальпии в конденсаторе и соответствующую точ­ку D при hD= 177 кДж/кг находим по пересечению изобары кон­денсации с левой пограничной кривой, пренебрегая при этом паде­нием давления при теплообмене.

Для реального цикла

КОП = (Ас - hD)/(he—hA) = (312— 177)/(312—271 ) = 3,29.

Кроме того, следует вспомнить о механическом КПД компрес­сора, который потребует затраты дополнительной работы. Полный КОП = 3,29-0,95=3,13.

В итоге для КОП получаем:

Цикл Карно......................................................

Цикл Карно с учетом теплообменников Цикл с учетом термодинамических потерь Цикл с учетом механических потерь

Значение этих цифр очевидно. Существенную роль играют теп­лообменники, поскольку снижение At окупает затраты повышени­ем КОП. В этом смысле наиболее выгодным являются приложе­ния, где используется скрытая теплота фазового перехода по обе стороны теплообменников (например, дистилляция, см. гл. 7).