Схема работы теплового насоса. Термическое сопротивление стены. Расчет температурных напоров стены. Термическое сопротивление окна

Рис. 1.2 - Обратный цикл Карно.

Yk=T1/T1-T2

где T1, T2 - температура высокопотенциального и низкопотенциального источников тепла.

Линией 4-1 обозначен процесс, протекающий в низкопотенциальном теплообменнике, 1-2 в компрессоре, 2-3 в высокопотенциальном теплообменнике, 3-4 в детандере.

Можно видеть, что схема парокомпрессионного теплового насоса подобна схеме компрессионной паровой холодильной машины, в которой в качестве рабочего тела используются хладоны.

Видно, что величина отопительного коэффицента увеличивается при возрастании температуры низкопотенциального источника тепла и уменьшении температуры высокопотенциального источника. Например: для целей теплоснабжения жилого здания используется сбросная водас температурой T1 = 280 k (6.8 С), а температура воды в отопительной системе T2 = 325 k (51.8 С), то величина отопительного коэффицента для рассматриваемого идеального насоса составит:

Yк =325/(325-280) = 7,22

эта величина показывает, что тепловой насос подает в отопительную систему количество тепла, которое в 7,22 раза больше энергии, затраченной на осуществление работы цикла. Расчет отопительного коэффицента, приведенный выше, соответствуетравновесному (в тепловом отношении) случаю, когдатемпературы теплоносителей и рабочего тела в теплообменниках равны между собой. На практике температуры теплоносителя и рабочего тела различаются. Для передачи тепла от одного теплоносителя к другому в любом теплообменнике непременным условием является разниц температур между ними. Верхняя температура рабочего тела в теплообменнике превышает температуру теплопосителя третьего контура, а температура рабочего тела в низкопотенциальном теплообменнике всегда ниже температуры нижнего источника тепла (относительно первого контура). Рассчитаем величину отопительного коэффицента для машины, работающей на основеобратного цикла Карно, приняв в качестве исходных верхнюю и нижнюю температуры цикла T1 = 335 k и T2= 270 k (разница температур между теплоносителями в теплообменнике принята 10 ):

Yк.н.=335/(335-270) = 5,15

Таким образом, видим, что в случае с неравновесным циклом величина отопительного коэффицента меньше, чем в равновесном цикле.

2. Схема работы теплового насоса.

На практике широко применяются тепловые насосы в которых, в качестве рабочих тел используются пары различных хладонов (фрионов). Хладонами принято называть вещества, где в химическом соединении CnHm водород замещен частично или полностьюодним или несколькими галогенами (фтор, хлор, бром).

Для удобства хладонам присваиваются номера в зависимости от того, какое количество галогенов присутствует в молекуле. Так, например, в домашниххолодильниках используется хладон R12. Вещество, имеющее формулу C Cl2F2 и температуру кипения при атмосферном давлении -29 С.

Чаще всего в тепловых насосах вместо детандера использется дроссель. Схема такого насоса приведена на рис. 2. Хотя отопительный коэффицент подобной машины ниже, чем у машины с детандером, конструктивно она более проста и имеет более высокую надежность. Классический теплловой насос представляет собой трехконтурную машину. В первом контуре циркулирует теплоноситель низкопотенциального источника, во втором - рабочее тело (хладон), в третьем теплоноситель высокопотенциального источника. Черезиспаритель теплового насоса пркачивается вода (или другой теплоноситель) из источника низкой температуры, где она охлаждается и возвращается обратно в источник. Тепло, отобранное от воды Q2 расходуется на испарение хладона. Образовавшийся пар хладона поступает в компрессор, где адиабатно сжимается. При этом возрастают параметры пара: давление и температура. Из компрессора выходит сухой пар, который попадая затем в конденсатор, отдает тепло Q1 внешнему потребителю (теплоносителю, циркулирующему в конденсаторе).

Рис. 2 - Схема компрессорного теплового насоса с дроссельным клапаном.

4. Термическое сопративление стены.

, где - коэффицент теплоотдачи внутреннему воздуху, Вт/м К;

 - коэффицент теплоотдачи наружному воздуху, Вт/м К;

 - коэффицент теплопроводности кирпичной клади, (=0,7 Вт/м К);

 - коэффицент теплопроводности пенополистерол, (= 0,052 Вт/м К);

 - коэффицент теплопроводности штукатурки, (=0,7 Вт/м К);

 - толщина кирпичной клади, (=0,51 м);

 - толщина засыпки, м;

 - толщина штукатурки, (=0,03 м)

Рассчитаем коэффицент теплоотдачи внутренней стороны стены при естественной конвекции aвн, Вт/м К:

где l - коэффицент теплопроводности воздуха, Вт/м К   (l=0,026 Вт/м К);