Энергосберегающая система технического водоснабжения промпредприятия, страница 3

   Возможность оптимального соединения ограничена необходимостью обеспечения требуемых по техническим характеристикам тепловых насосов номинальных расходов воды через испаритель V_ин и конденсатора V_кн. Допустимое снижение расхода составляет 70 % от номинального значения, поскольку при меньших расходах значительно падает коэффициент теплопередачи в испарителе и конденсаторе. Превышение номинального расхода более чем на 5 % недопустимо, так как в этом случае возрастают энергозатраты на прокачку воды. Для оптимального соединения испарителей и конденсаторов тепловых насосов необходимо выполнение условий:

V_нп = (0,7 … 1,05) NV_ин

V_пк = (0,7 … 1,05) V_кн.

    На практике возможно  несоответствие значений V_нп и V_ин, V_пк и V_кн. Тогда при V_пк< 0,7 V_кн и V_пк > 1,05 V_кн используется байпасная линия. При этом в первом случае разделение потока осуществляется после выхода из конденсатора последнего теплового насоса походу нагреваемой воды, а во втором – перед входом в конденсатор первого теплового насоса.     

При 1,05 V_ин < V_нп < 0,7 N V_ин рекомендуется соединять испарители в S последовательных ступеней по 2 … 3  параллельно включенных испарителя в каждой ступени и тогда

V_нп = (0,7 … 1,05)N(V_ин/S)

   Если V_нп  = (0,7 … 1,05) V_ин используется последовательное включение испарителей при противоточной схеме движения охлаждаемой воды через испарители и нагреваемой воды через конденсаторы тепловых насосов. По сравнению с прямоточной схемой в этом случае обеспечиваются несколько лучшие  /на 3 … 5%/ энергетические показатели теплонасосной установки, более равномерная нагрузка на отдельные тепловые насосы.

При V_нп < 0,7 V_ин предусматривается байпасная линия, и разделение потока воды осуществляется после выхода из испарителя последнего теплового насоса по ходу охлаждаемой воды.

Маслоохладители тепловых насосов соединяются параллельно  и включаются в промежуточный контур нагреваемой воды перед конденсаторами с целью обеспечения наилучшего охлаждения масла.

Расчет температуры воды на входе и выходе из испарителей и конденсаторов тепловых насосов ведется следующим образом.

Выбирается нумерация тепловых насосов, например, в направлении движения охлаждаемой воды через испарители.

Температура охлаждаемой воды на входе в испаритель первого теплового насоса после предварительного теплообменника

t= t_нп - = 30 ℃

Температура охлаждаемой воды на выходе из i – го  испарителя рассчитывается с учетом охлаждения ее в испарителе

t= t- = 25℃

t= t- = 20℃

Для последовательно соединенных испарителей N тепловых насосов температура воды на входе в  /i+1/ - й испаритель равна температуре воды на выходе из i-го испарителя, т.е.

t= t, i=1,…,N-1.

Проверка расчета распределения температуры охлаждаемой воды производится в соответствии с условием

t= t_ох = 20 = 20

При параллельном соединении испарителей температуры воды на входе в каждый испаритель равны между собой. Также равны между собой температуры воды на выходе из каждого испарителя.

 Для последовательно соединенных конденсаторов тепловых насосов, противоточной схемы движения воды через конденсаторы и испарители, а также ранее принятой нумерации тепловых насосов.

t= t_o = 60 ℃, t= t

t= t - = 52,9℃

Температура нагреваемой воды промежуточного контура на входе в маслоохладители тепловых насосов

t = t- = 43,8℃

Проверка расчета распределения температуры нагреваемой воды производится на основании уравнения теплового баланса при смешении потоков воды промежуточного контура, поступающих из разделительного теплообменника, систем отопления и вентиляции,

t= = 43,8℃

Средняя температура воды в конденсаторах и испарителях тепловых насосов

= 0,5(t+t) = 0,5(60 + 52,9) = 56,5℃

= 0,5(t+t) = 0,5(25 + 20) = 22,5℃

Для каждого теплового насоса рассчитывается разность средних температур воды в конденсаторе и испарителе

∆t_i = _к – _и = 56,5 – 22,5 = 34

Максимальное значение этой разности температур соответствует тепловому насосу, который работает в наиболее тяжелых условиях.

2.5.    Расчет термодинамического цикла теплового насоса

Целью расчета является определение производительности компрессора и мощности его электродвигателя, тепловых нагрузок испарителя и маслоохладителя, вычисление коэффициента трансформации. Расчет термодинамического цикла выполняется для того теплового насоса, который работает в наиболее тяжелых условиях. По результатам расчета делается вывод о правильности выбора типоразмера теплового насоса.

  Исходные данные для расчета:

1.  Рабочий агрегат – фреон.

2.  Схема теплового насоса.

3.  Тепловая нагрузка конденсатора Q_к = 257,15 кВт.

4.  Средняя температура охлаждаемой воды в испарителе = 22,5 ℃.

5.  Средняя температура нагреваемой воды в конденсаторе = 56,5 ℃.

6.  Температура воды на входе в маслоохладитель t= 43,8℃

Термический цикл теплового насоса в р, диаграмме приведен на рис. 2. Низкопотенциальная теплота охлаждаемой воды в испарителе воспринимается фреоном в процессе кипения 5-6. образовавшийся пар отсасывается компрессором. В регенеративном теплообменнике пар перегревается в процессе 6-1. сжатие в винтовом маслозаполненном компрессоре представляется процессом 1-2 сначала происходит сжатие пара (процесс 1-2”), затем – отвод теплоты от рабочего агента  впрыскиваемым маслом (процесс   2”-2). Сжатие в идеальном компрессоре изображается изоэнтропным процессом

1-2’. Из компрессора перегретый пар поступает в конденсатор, где конденсируется /процесс 2-3/, отдавая теплоту конденсации нагреваемой воде. После охлаждения в регенеративном теплообменнике /процесс 3-4/ жидкий фреон поступает в терморегулирующий вентиль, в котором происходит изоэнтальпийный процесс дросселирования 4-5. затем цикл повторяется.

Построение цикла в р, h – диаграмме и его расчет выполняется в следующей последовательности /р, h – диаграмма для R – 12 приведена в работах [2,3]/. Температуры кипения и конденсации фреона.

t_и = t₅ = t₆ = - ∆= 22,5 – 5  = 17,5℃

t_к = t₃ = - ∆= 56,5 – 7  = 49,5℃

где ∆, ∆ - средние температурные напоры в испарителе и конденсаторе, принимаются: ∆= 3…5℃, ∆ = 5…7℃.