Искусственное охлаждение. Структурные схемы холодильных машин. Глубокое охлаждение, страница 10

На рис. 44.12 приведена принципиальная схема и диаграмма одноступенчатого парокомпрессионного теплового насоса.

Рисунок 44.12 – Принципиальная схема и T–S диаграмма ТН

Реальная установка отличается от идеальной прежде всего, наличием регулирующего клапана вместо детандера и политропическим сжатием рабочего тела (в идеализированных холодильных машинах принято сжатие рабочего тела в компрессоре считать адиабатическим). В реальной установке всегда имеются энергетические потери из-за необратимого теплообмена между рабочим телом и верхним и нижним источниками тепла в конденсаторе и испарителе установки. Вследствие этого температура кипения рабочего тела в испарителе T₀ниже температуры нижнего источника тепла, а температура конденсации рабочего агента в конденсаторе Т_с выше температуры верхнего источника тепла.

Энергетическую сторону ТН характеризует его отопительный коэффициент или коэффициент преобразования – , который представляет собой отношение тепловой производительности к мощности, затрачиваемой на осуществление цикла

                                            ,                                        (44.19)

который является аналогом холодильного коэффициента .

В качестве общей закономерности функционирования циклов можно отметить, что для ТН выгодными оказываются циклы с глубоким переохлаждением жидкости в специальном аппарате после конденсатора. Теплота переохлаждения холодильного агента ис­пользуется при подогреве воды системы отопления или горячего водоснабжения. Кроме того, как известно из опыта проектирования холодильных маши, глубокое переохлаждение холодильного агента существенно снижает дроссельные потери цикла.

Заметим, что поскольку всегда  > 1, можно говорить о целесообразности применения ТН во всех случаях. Однако существует ряд серьезных ограничений и препятствий для экономически и технически выгодного применения ТН. К ним можно отнести следующее:

– может иметь место ситуация, когда для производства энергии, потребляемой ТН, расходуется больше топлива, чем при реализации традиционного отопления;

– в случае, когда экономия топлива за счет применения ТН достигается, возможен вариант, при котором суммарные экономические затраты на производство теплоты для отопления при помощи ТН могут быть чересчур высокими.

Вследствие этого вопрос о целесообразности использования ТН должен решаться в каждом конкретном случае отдельно.

Для повышения эффективности цикла иногда осуществляют внутренний, регенеративный теплообмен между потоками пара перед компрессором, рис. 44.13.

Рисунок 44.13 – Схема ТН с регенеративным теплообменом пара перед компрессором:

а) – принципиальная схема; б) – процесс работы в диаграмме T–S.

В результате теплообмена насыщенный пар перегревается в испарителе, его тепловой поток увеличивается на разность энтальпий в пароперетревателе. Однако с применением регенеративного теплообмена увеличивается работа сжатия в компрессоре. Поэтому эффективность цикла повышается лишь при использовании определенных рабочих тел, в частности, фреона-12 (15).

При большой разнице температур между теплоприемником и теплоотдатчиком требуется высокое отношение давлений Р_с/Р₀, что наряду с конструкционным усложнением приводит к увеличению потерь эксергии в компрессоре и дросселе, а также в конденсаторе и испарителе при переменных температурах теплоприемника и тенлоотдатчика. В этом случае применяют многоступенчатые и каскадные ТНУ, а также ТНУ с последовательным соединением по нагреваемому и охлаждаемому теплоносителю с противоточным их движением.

В целом, несмотря на уже достаточно полно подтвержденную эксплуатационную эффективность теплонасосных установок, применение ТН в Украине рассматривается как экзотический способ энергосбережения, несмотря на возможность применения низкопотенциальных источников вторичных энергоресурсов с температурой 20÷40 ºС и природной теплоты (воды артезианских скважин или морской воды)с температурой 8÷10 ºС.