Описание схемы и принципа действия установки

ТЕПЛОВОЙ НАСОС, СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ, ГОРЯЧЕЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ, ТЕПЛОНАСОСНАЯ УСТАНОВКА, ИСТОЧНИК ТЕПЛА, ОБОРУДОВАНИЕ, РАСХОД АГЕНТА, ПЛОЩАДЬ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА.

Объект исследования – тепловой насос для отопления пожарного депо лесозавода.

Цель работы –использование тепловой насос для целей отопления пожарного депо лесозавода.

Данным проектом предусматривается установка теплового насоса для охлаждения оборотной воды, применяемой для охлаждения оборудования при производстве телевизионных корпусов с дальнейшим использованием теплоты оборотной воды для системы горячего водоснабжения завода.

Рассчитан энергетический баланс тепловой насос и подобрано оборудование для теплового насоса.

 

Введение

Важнейшими характеристиками уровня развития общества являются способ его энергообеспечения и культура энергопотребления – от примитивного пользования даровой природной энергией к последовательному ряду сменяющихся видов все более совершенных энергоносителей: дрова, уголь, нефть, газ. Тепловые насосы на сегодняшний день занимают особое, лидирующее положение и относятся к более эффективным энергосберегающим тепло- и массообменным устройствам и технологиям.

Уже сегодня в США более 30% жилых домов оборудованы ТН. Только в четырех странах США, Швеции, Англии и Германии в настоящее время работает около 10 миллионов ТН, которые экономят в год 220 млн. т.у.т. В России работает 2–3 тысячи теплонасосных установок. АО "Энергия", г. Новосибирск освоило выпуск четырех типов ТН различной производительности от НТ-100 (0,116 МВт) до НТ-10000 (9,3–10,8 МВт). По прогнозам Мирового энергетического комитета к 2020 г. 75 % теплоснабжения (коммунального и производственного) в развитых странах будет осуществляться с помощью ТН Беларусь значительно отстает в данной области, хотя для Республики экономический и экологический эффект применения теплонасосных установок будет гораздо выше, чем в странах Европы и США с учетом более жестких климатических условий и более продолжительного отопительного периода.

Тепловые насосы (ТН) являются альтернативным источником теплоснабжения, позволяющим использовать вторичные энергетические ресурсы низкопотенциального тепла. Применяется два типа ТН: «вода – вода» и «воздух – вода». Такой подход связан с достаточно большим наличием источников вторичного тепла в виде сбросов теплой воды и вытяжного воздуха с температурами от 5 до 25^°С. Особое внимание уделяется предприятиям, имеющим градирни, системы оборотного водоснабжения, забор воды из артезианских скважин и вентвыбросы различной влажности.

Проведенные аналитические исследования показывают достаточно объемный рынок для использования теплонасосных установок на предприятиях. Приемлемый срок окупаемости составляет 3–4 года. Он определен исходя из анализа потребностей и расходов энергоносителей, капитальных затрат на внедрение теплонасосных установок и параметров источников низкопотенциального тепла.

 

Наиболее целесообразно с экономической точки зрения внедрение тепловых насосов в тех случаях, когда одновременно необходимо обеспечить как теплоснабжение, так и холодоснабжение предприятия. Такие ситуации возникают при выработке сроков эксплуатации холодоснабжающего оборудования (холодильных машин, градирен) или теплоснабжающего оборудования (котельных на различных видах топлива и теплотрасс). Проведенные расчеты однозначно показывают экономическую эффективность тепловых насосов в вышеуказанных случаях при наличии на объектах технологических источников низкопотенциального тепла.

Следует отметить, что тепловые насосы не требуют отдельных зданий или других сооружений, а размещаются непосредственно в помещениях объекта. Им находится место в теплоузлах, машинных залах или в подсобных помещениях. При этом температуры производимого тепла в 50 - 58^°С оказывается достаточной для обеспечения нужд отопления или горячего водоснабжения за счет отсутствия потерь в теплотрассах и желании заказчиков ограничить теплопотребление.

Вообще теплонасосное теплоснабжение из всех видов не­традиционной энергетики является наиболее быстро развиваю­щейся отраслью, и в некоторых развитых странах оно уже явля­ется главным конкурентом традиционной теплоэнергетики, основанной на сжигании органического топлива. В соответствии с прогнозами Мирового энергетического комитета (МИРЭК) к 2020 г. в развитых странах 75 % тепла для отопления и горячего водоснабжения будет поступать от тепловых насосов. Швеция - безусловный мировой лидер в практическом использовании теп­ловых насосов - уже сейчас около 60% необходимого для теп­лоснабжения тепла получает от теплонасосных установок. При­чем применение ТН в Швеции стало настолько массовым, прежде всего по экономическим соображениям, что когда в 1985 г. в стра­не был проведен опрос населения на тему «Какое из видов ото­пления жители страны предпочитают?», то 95 % опрошенных ответили - теплонасосное. В Швеции работают две самые мощ­ные ТНС на 320 и 200 МВт; обе на низкопотенциальном тепле Балтийского моря, температура воды которого в отопительный период составляет всего 5-6 °С. И в других развитых странах - США, Швейцарии, Японии, Франции и т.д. - развитие теплонасосного теплоснабжения подтверждает прогнозы МИРЭК.

ТН вовлекает в полезное использование тепло низкопотенциального источника Qнп есте­ственного происхождения (тепло грунта, грунтовых вод, при­родных водоемов, солнечная энергия) или техногенного проис­хождения (промышленные стоки, очистные сооружения, тепло вентиляционных выбросов и т.п.) с температурой от +3 до +40°С, т.е. такое тепло, которое не может быть напрямую ис­пользовано для теплоснабжения.

Естественно, возможность получения больше полезного тепла, чем затрачено первичной энергии, и предопределила быстрое развитие теплонасосного теплоснабжения в мире.

Бо­лее того, во многих развитых странах существуют разнообраз­ные системы льгот. Так, например, в ФРГ, по крайней мере, до 1995 г., выделялись весьма крупные дотации фирмам, исполь­зующим тепловые

 

Рис. 1. Принципиальная схема получения тепла, с помощью тепловых насосов

А — парокомпрессионный тепловой насос с электроприводом; Б — парокомпрессионный тепловой насос с приводом от двигателя внутреннего сгорания и утилизацией сбросного тепла ДВС; В — одноступенчатый абсорбционный теп­ловой насос. Qт — теплота, выделяющаяся при сжигании топлива; Qп — тепло­вые потери; Qнп — тепло низкопотенциального источника; Qе — тепло выбро­са; Qпт — тепло, поступающее потребителю; Nе —электрическая мощность, за­трачиваемая на работу теплового насоса.

 

 

насосы, - 300 марок на 1 кВт теплонасосной мощности, а в Баварии и того больше - 400 марок.

Швейцарской национальной программой энергосбережения в течение 1995-1998 гг. планировалось увеличение производства теплонасосного тепла в три раза - с 750 до 2250 ГВт/ч. Для реализации этой программы выделялись крупные инвестиции крупными энергетическими компаниями и применялись существенные налоговые льготы.

Эффективность применения ТН определяется двумя факторами:

1) опережающим увеличением стоимости замещаемого топлива по сравнению с ростом стоимости электроэнергии;

2) достижением термодинамической оптимизации цикла.

Первый фактор не зависит от совершенства и качества производимых тепловых насосов, а регулируется государственной политикой в энергетике. Например, в ФРГ за период 1972-1990 гг. стоимость нефти увеличилась в 6 раз, газа - в 2, а электроэнергии - в 1,7 раза, да еще плюс существенные государственные дотации. В Швеции с 1980 по 1989 г. цены на электроэнергию сохранялись достаточно низкими и, главное, стабильными, что при одновременном, хотя и небольшом, росте цен на органическое топливо способствовало постоянному увеличению эффективности использования теплонасосного теплоснабжения. Естественно, в этих странах идет бурный рост теплонасосного теплоснабжения и, соответственно, производства тепловых насосов.

Также тепловые насосы нашли своё применение при сушке лесоматериалов.

Рис. 2. Сушилка для лесоматериалов с тепловым насосом:

а— схема сушилки; б- диаграммы потоков энергии в исходном варианте и при использовании теплового насоса; 1- вентилятор для циркуляции воздуха; направление потока теплоты; 3- конденсатор; 4 -охлаждающий вентилятор; дроссельный клапан; 6 - компрессор; 7- испаритель; 8 - конденсатосборник; 9 - полезная энергия; 10 - потери в сушильной камере; 11 - потери при выработке теплоты; 12 — потери при подготовке и распределении топлива; 13 - выработка электроэнергии; 14 -первичная энергия; 15 - подогрев свежеговоздуха паром, длительность сушки 3 недели, температура воздуха на входе в сушилку 60 °С; 16 - теплота, полученная за счет конденсации влаги из уходящего воздуха; 17 - сушилка, оборудованная тепловым насосом, длительность сушки 6 недель, температура 45 °С; 18 - мазут

 

Применение теплового насоса при сушке лесоматериалов может дать значительную экономию энергии. На рис. 2 а показана сушилка для досок с тепловым насосом. Осушенный в испарителе воздух после нагрева в конденсаторе снова подводится к штабелю досок. Перед пуском компрессора температура в камере увеличивается до 20-25 °С при помощи электронагревателя. Для получения более высокого коэффициента преобразования теплового насоса была уменьшена температура нагрева воздуха с 60 °С в исходном варианте до 45 ° С. Хотя это увеличило время сушки с 3 недель до 6, экономия составила 20 %. На рис. 25 б приведена диаграмма потоков энергии, наглядно показывающая уменьшение энергопотребления при применении теплового насоса. При расчете мощности привода компрессора необходимо учитывать теплоту, вносимую воздушным вентилятором, так как в конце процесса высушивания она может приводить к избытку энергии в камере. В этом случае предусматривается отвод лишней теплоты. При наличии двух камер избыточная теплота первой камеры может использоваться для нагрева другой.

 

 

 

Описание схемы и принципа действия установки

В 1824 году Карно впервые использовал термодинамический цикл для описания процесса, и этот цикл остается фундаментальной основой для сравнения с ним и оценки эффективности тепловых насосов. Тепловой насос можно рассматривать как обращенную тепловую машину. Тепловая машина получает тепло от высокотемпературного источника и сбрасывает его при низкой температуре, отдавая полезную работу. Тепловой насос требует затраты работы для получения тепла при низкой температуре и отдачи его при более высокой (рис 3). Можно легко показать, что если обе эти машины обратимы (т.е. термодинамические процессы не содержат потерь тепла или работы), то существует конечный предел эффективности каждой из них, и в обоих случаях это есть отношение Q_H / W. Если бы это было не так, то можно было бы построить вечный двигатель, просто соединив одну машину с другой.

следует отличать от аналогичного отношения Q_L/ W, применяемого в технике.

Цикл Карно изображает рабочий процесс идеальной тепловой машины, работающей в заданном интервале температур. Стрелки показывают направление процесса для теплового насоса. Тепло изотермически подводится при температуре T_L и изотермически отводится при температуре T_H. Сжатие и расширение производится при постоянной энтропии, а работа подводится от внешнего двигателя. Используя определение энтропии и законы термодинамики, можно показать, что коэффициент преобразования для цикла Карно имеет вид

η = T_L /(T_H– T_L) + 1 = T_H / (T_H– T_L). (1.1)

Никакой тепловой насос, созданный в пределах нашей Вселенной, не может иметь лучшей характеристики, и все практические циклы реализуют стремление максимально приблизиться к этому.

Энергоносители, поставляющие тепловую энергию с низкой температурой для осуществления теплонасосного цикла, называют источниками теплоты. Они воспринимают тепловую энергию путем теплопередачи, конвекции и (или) излучения. низкопотенциального тепла

 

 

Рис.3.Термодинамическая схема теплового насоса и теплового двигателя.

 

		TH
		TL

 

 

1– тепловой насос; 2–тепловой двигатель; T_H– высокая температура; T_L– низкая температура.

 

Энергоносители, поставляющие тепловую энергию с низкой температурой для осуществления теплонасосного цикла, называют источниками теплоты. Они воспринимают тепловую энергию путем теплопередачи, конвекции и (или) излучения. низкопотенциального тепла

Энергоносители, воспринимающие в теплонасосном цикле тепловую энергию повышенного потенциала, называют приемниками тепла. Они воспринимают тепловую энергию путем теплопередачи, конвекции и (или) излучения. Энергоноситель, служащий источником теплоты, поступает в испаритель, где испаряется жидкий хладагент. Теплота испарения, необходимая для этого, отбирается от источника тепла, так как испарение хладагента происходит при низкой температуре.

В круговом цикле пары испарившегося хладагента всасываются компрессором и сжимаются до высокого давления. При сжатии их температура повышается, что создает возможность отдачи тепловой энергии теплоприемнику.

Пары хладагента при повышенном давлении поступают в конденсатор, через который протекает энергоноситель, служащий приемником тепла. Его температура ниже температуры паров хладагента при повышенном давлении. При конденсации пара выделяется тепловая энергия, воспринимаемая теплоприемником. Из конденсатора жидкий хладагент через регулирующий вентиль (дроссельный клапан) поступает обратно в испаритель, и круговой цикл замыкается. В регулирующем вентиле высокое давление, при котором находится хладагент на выходе из конденсатора, снижается до давления в испарителе. Одновременно снижается его температура.

Таким образом, с помощью теплового насоса возможна передача тепловой энергии от источника теплоты с низкой температурой к приемнику теплоты с высокой температурой при подводе извне механической энергии для привода компрессора (приводной энергии).

В соответствии с видом затрачиваемой энергии ТН можно разделить на работающие с затратой механической энергии (компрессорные) и работающие с затратой тепла (абсорбционные, пароэжекторные и адсорбционные).

В настоящее время наибольшее распространение получили компрессионные тепловые насосы.

Тепло от низкопотенциального источника поступает в ис­паритель ТН, где отдает свое тепло рабочему телу, например фреону. Образовавшийся пар фреона при сжатии в компрессо­ре нагревается до 80-95°С и поступает в конденсатор, где, кон­денсируясь, отдает свое тепло в систему отопления. Затем жид­кий, но еще горячий фреон в теплообменнике отдает тепло хо­лодной воде, нагревая ее до уровня, необходимого для горячего водоснабжения.

Охлажденный жидкий фреон поступает в дроссель, где дросселируется до давления, при котором фреон переходит в парообразное состояние при температуре низкопотенциального источника, и цикл повторяется.

 

 

2. Тепловой расчет установки

В основе работы реального теплового насоса находится обратный цикл Ренкина, изображенный на рис.5.

Рис. 4. Принципиальная схема реального теплового насоса.

 

Рис.5. Изображение цикла ТН в TS диаграмме.

 

 

Процесс 1-2’- изоэнтропное сжатие пара;

2-3-процесс изобарного охлаждения перегретого пара до сухого насыщенного и далее процесс конденсации сухого пара, который завершается в точке 3;

4-5- охлаждение жидкого рабочего агента;

5-6- процесс дросселирования жидкости в регулирующем вентиле;

6-1- процесс испарения (кипения) холодильного агента в испарителе.

Задаемся перепадом температур в испарителе ∆t_и=3˚С и в конденсаторе

∆t_к=5˚С.

Строим графики изменения температур вдоль поверхности теплообмена (рис.6) и определяем температуры испарения t_и и температуру конденсации t_к рабочего агента.

 

Рис.6. Графики изменения температур вдоль поверхности теплообмена

4,75.

 

По значениям температур t₀ и t_к находим на TS диаграмме фреона R-22 давление испарения P_и и давление конденсации P_к.

Находим по TS диаграмме параметры агента в характерных точках цикла.

Точка 1: t₁=t_и=-3˚C;

P₁=0,475 МПа;

V₁=0,051 м³/кг;

h₁=708 кДж/кг.

Точка 2΄(идеальный процесс):

P₂=P_к=3,3 МПа;

h₂΄=755 кДж/кг.

t₂=110˚C

Точка 2:

, (2.1)

где, η_к- КПД компрессора (η_к =0,8).

h₂=708+67,1=775,1 КДж/кг;

 

Точка 3: P₃=P_к=3,3 МПа

t₃=t_к=75˚C

h₃=712 кДж/кг;

 

Точка 4: t₄=75˚C;

P₄=P₂=3,3 МПа;

h₄=600 кДж/кг.

Точка 5: P₅=3,3 МПа;

t₅=55˚C;

h₅=578 кДж/кг.

Точка 6: P₆=4,75 МПа;

t₆=-3˚C;

h₆=578 кДж/кг.

 

Рассчитаем удельные нагрузки (в кДж/кг) на аппараты ТН.

Удельная тепловая нагрузка в испарителе

q_и=h₁-h_5, (2.2)

q_и=708-578=130 кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка в конденсаторе

q_к= h₂-h_4, (2.3)

q_к =775-600=175 кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка на переохладителе

q_по= h₄-h_5, (2.4)

q_по =600-578=22 кДж/кг.

Удельная работа компрессора

l_вкм= h₂-h_1, (2.5)

l_вкм =775-708=67 кДж/кг.

Составим баланс

q_и+ l_вкм= q_по+q_к, (2.6)

 

130+67=175+22;

197=197.

Расчеты были произведены верно.

 

Массовый расход рабочего агента, кг/с

, (2.7)

где Q_в- теплопроизводительность ТН, кВт.

 

G=30/(175+22)=0,152 кг/с.

Расчетная тепловая нагрузка испарителя, кВт

Q_и=G·q_и,

(2.8)

 

Q_и=0,152·130=19,79 кВт.

Расчетная тепловая нагрузка переохладителя, кВт

Q_по= G·q_по,

(2.9)

Q_по=0,152·22=3,35 кВт.

Электрическая мощность компрессора, кВт

N_км= G_ф22· l_вкм,

(2.10)

N_э=0,152·67=10,20 кВт

Коэффициент трансформации

μ=(q_к+ q_по)/ l_вкм

(2.11)

μ=175+22/67=2,94

3. Выбор оборудования

 

Испаритель

Испаритель - теплообменный аппарат, в котором тепло отнимается от охлаждающей среды хладогентом, кипящим при низкой температуре.

Выбор типа испарителя производится на основании расчета поверхности испарителя по формуле, м²

, (3.1)

где Q- необходимая рабочая теплопроизводительность, Вт;

∆t_ср-логарифмическая разность температур между циркулирующей средой и холодильным агентом, ˚C;

k- коэффициент теплопередачи, который для расчетов обычно берется по практическим данным на основании типа испарителя и вида холодоагента, принимаем k=400 Вт/м²˚C.

, (3.2)

 

˚C.

Тогда

F=19760/(400·5,36)=9,216 м^2.

Выбираем по таблице 1 горизонтальный кожухотрубный фреонывый испаритель ИТР-12 с поверхностью испарения 12 м², числом труб 70, числом горизонтальных рядов труб 9, диаметром и длиной кожуха соответственно 325×1415 мм.

 

Таблица 1.

Испарители кожухотрубные горизонтальные фреоновые (затопленного типа).

Марка испарителя	Холодильный агент	Наружная по­верхность, м2	Число труб, л	Число горизонталь- ных рядов труб	Кожух	Диаметр штуцера в мм	Вес, кг
Диа­метр	Длина	всасы­ваю­щего	жидко­стного	рас­соль­ного
мм
ИТР-12 ИТР-18 ИТР-35 ИТР-50 ИТР-70 ИТР-105 ИТР-210 ИТР-400 ИТР-65 ИТРН-80 ИТР-35Н	Ф-12 Ф-12 Ф-12 Ф-12 Ф-12 Ф-12 Ф-12 Ф-12 Ф-22 Ф-22 Ф-22	12 18 35 50 70 100 200 400 65 77 35	70 84 145 207 249 237 484 920 210 218 123	11 14 14 18 16 23 28 16 13 10	325 325 426 525 530 600 800 1200 500 600 500	1415 1665 1940 1985 2240 3700 3730 3870 2435 3100 3000	80 100 125 125 100 200 125	50 ' 70	80 80 100 125 150 200 80 125 80	300 360 575 870 1250 1650 2988 6068 1035 1400 900

 

 

Переохладитель

Переохладители – теплообменные аппараты, которые служат для охлаждения жидкого агента ниже температуры конденсации. Они представляют собой противоточные двухтрубные аппараты, охлажаемые водой.

Физические свойства R-22 при средней температуре Т=338 К:

коэффициент теплопроводности λ1=0,0608 Вт/м·град;

плотность ρ1=1001,3 кг/м³;

кинетическая вязкость ν1=0,101·10^¯6 м²/с;

коэффициент температуропроводности α1=3,68·10^¯7/с;

критерий Прандтля Pr1=0,27.

 

Физические свойства воды при средней температуре Т=318 К:

коэффициент теплопроводности λ2=0,642 Вт/м·град;

плотность ρ2=990,15 кг/м³;

кинетическая вязкость ν2=0,61·10^¯6 м²/с;

коэффициент температуропроводности α2=15,5·10^¯8/с;

критерий Прандтля Pr2=3,93.

 

 

Скорости движения равны, м/с

для R-22

 

ω1=4· G1/ ρ1·π·d²1, (3.3)

где ρ1-плотность фреона-22 при Т=338 К, кг/м³.

 

ω1=4·0,152/1001,3·3,14·(0,015)²=0,86 м/с

для воды

ω2=4·G2/ ρ2· π·(D²-d2²) (3.4)

где ρ1-плотность воды при Т=318 К, кг/м³.

ω2=4·0,24/993,95·3,14·(0,024²-0,017²)=1,062 м/с

 

Число Рейнольдса для R-22 составляет

Re1= ω1· d1/ ν1 (3.5)

Re1= 0,86·0,015·10⁶/0,101=127723

Коэффициент теплоотдачи, Вт/м²·град, рассчитываем по формуле

Nu1=0,021· Re^0.81· Pr^0.4451, (3.6)

Nu1=0,021·(127723)^0.8·(0.27)^0.445=142,62

тогда

α1= Nu1· λ1/ d1 (3.7)

α1=142,62·(0,0608/0,015)=578,1 Вт/м²·град

Число Рейнольдса для воды составляет

Re2= ω2· dэкв/ ν2 (3.8)

 

Re2=1,062·0,007·10⁶/0,61=12187

где dэкв= D-d2=24-17=7 мм

 

Nu2=0,021· Re1· Pr1 (3.9)

 

Nu2=0,021·(12187)^0,8·(3,93)^0,445=72

тогда

α2= Nu2· λ2/ dэкв (3.10)

 

α2=72·0,642/0,007=6603 Вт/м²·град

 

Коэффициент теплопередачи для аппарата, Вт/м²·град

 

К=1/(1/ α1·d1)+(1/2 λ ·(ln d2/ d1))+(1/ α2 · d2) (3.11)

К= 1/(1/578,1·0,015)+(2,3/2·50·(ln17/15))+(1/6603·0,015)=7,79

Вт/м²·град

Средняя логарифмическая разность температур составляет

Δtср=25-15/ln25/15=19,6°С

Плотность теплового потока на 1м трубы равна, Вт/м

ql=k·Δtср (3.12)

ql=7,79·19,6=152,7 Вт/м

Длина трубы теплообменника, м

l=Q/ql (3.13)

l=9925,8/152,7=65 м

Поверхность нагрева, м²

F=π· d1· l (3.14)

F=3,14·0,017·65=3,47 м²

Число ходов, шт

z_с= l/ lс,

где lс- длина трубки, м.

z_{с=65/4=16,25 шт.}

 

Таблица 2

ПРОТИВОТОЧНЫЕ ПЕРЕОХЛАДИТЕЛИ ТИПА ПП

Марка	6 ПП	8 ПП	12 ПП	16ПП
Поверхность теплообмена, м2	5,85	7,8	11,7	15,6
Количество секций
Количество труб в секции
H
h1, мм
h2, мм
h3, мм
Вес,кг

 

По таблице 2 выбираем противоточный переохладитель 6ПП с поверхностью теплообмена 5,85 м²

 

Компрессор

По графику (см. рис. 7) находим коэффициент подачи компрессора λ в за­висимости от степени сжатия р_к/р₀, типа компрессора и хладагента, на котором будет работать компрессор.

Рис. 7 Коэффициенты подачи компрессоров

 

Р_к/Р₀=33/4,75=6,95.

Выбираем λ=0,608.

Определяем описываемый объем компрессора V (в м³/с)

, (3.15)

V=0,0405/0,608=0,0666 м3/с.

Исходя из этого объема по табл.3 подбираем один компрессорный агрегат П-40 с объемом, описываемым поршнем, V = 0,029 м^з/с при частоте вращения вала 24,5 с-1.

Теоретическая мощность компрессора, кВт

N_т = G(h₂-h₁); (3.16)

 

N_т=0,152·47=7,14 кВт.

Определим действительную (индикаторную) мощность компрессора

, (3.17)

 

где η_i-индикаторный КПД (принимаем η_i =0,7).

N_i=7,14/0,7=10,21 кВт.

 

Рассчитаем эффективную мощность N_e на валу компрессора, кВт

, (3.18)

 

Где η_м – механический КПД, учитывающий потери на трение (принимаем η_м=0,85).

N_e=10,21/0,85=12,0 кВт.

Определим тепловой поток в конденсаторе Q_к, кВт:

Q_к=Q₀+N_i, (3.19)

Q_к=30+10,21=40,21 кВт.

Показатели	Бессальниковые компрессора	Компрессоры с нешним приводом
ПБ40	ПБ60	ПБ80	П40	П60	П-80
Хладагент	R-22	R-12	R-22	R-12	R-22	R-12	R-22	R-12	NH3	R-22	R-12	NH3	R-22	R-12	NH3
Холодопроизводительность при t0 =15°С tк=30°С
кВт	42,5	27,3	62,8	40,7	84,9	54,7	44,2	29,0	45,4	66,3	43,6	68,0	88,4	58,2	90,7
тыс. ккал/ч	36,5	23,5	54,0	35,5	73,0	47,0	38,0	25,0	39,0	57,0	37,5	58,5	76,0	50,0	78,0
Потребляемая мощность, кВт
электрическая	13,8	9,0	20,7	13,5	27,5	18,0	—	—	—	—	—	—	—	—	—
эффективная	—	—	—		—	—	13,1	8,7	13,3	19,6	13,0	20,0	26,2	17,3	26,6
Описываемый объем
М3/С	0,029	0,043	0,058	0,029	0,043	0,058
М3/ч
Диаметр присоединительного штуцера, мм
на всасывании
на нагнетании

Характеристики компрессоров Таблица 3.

Примечания: 1. Диаметр цилиндров всех компрессоров 76 мм, ход поршня 66 мм. Число цилиндров компрессоров ПБ40 и П40 — четыре, ПБ60 и П60 —шесть, ПБ80 и П80—восемь.

2. Описываемый объем указан при частоте вращения вала 24,2 с^-1 (1450 об/мин).

 

 

Конденсатор

Рассчитаем поверхность нагрева конденсатора по формуле, м²

, (3.20)

где ∆t- средняя разность температур между рабочим веществом и водой, ˚C;

k- коэффициент теплопередачи (выбираем k=700 Вт/м²˚C).

По формуле (27)

Тогда

F=26650/(700·12,43)=3,06 м².

Таблица 4.

Характеристики горизонтальных кожухотрубных конденсаторов с наружным оребрением труб.

Конденсаторы	Площадь наружной поверхности, м2	Диаметр обечайки, мм	Длина труб, м	Число труб	Максималь­ная нагрузка, кВт	Число ходов
КТР-4	4,8		1,0		15,4	4;2
КТР-6	6,8		1,5		21,5	4;2
КТР-12	12,8	377; 325	1,0; 1,2		43,3	4;2
КТР-18		377; 325	1,8		62,8	4;2
КТР-25			1,5
КТР-35			2,0
КТР-50	49,6		2,5
КТР-65			2,0			4.2
КТР-85	92,5		3,0			4;2
КТР-110			2,5
КТР-150			3,5
КТР-200			3,0			4;2
КТР-260			4,0

Примечание. В конденсаторах применены медные накатные трубы диаметром 20x3 мм.

По табл.4 выбираем кожухотрубный горизонтальный конденсатор КТР-4 с площадью наружной поверхности 4,8 м².

 

 

Заключение

В процессе выполнения курсовой работы, были выполнены расчеты энергетического баланса теплового насоса и подобрано оборудование для теплового насоса.

При выполнении расчетов был определен коэффициент трансформации равный 2.9, что означает, что количество тепла, полученное в тепловом насосе в 2,9 раза больше количества подведенной электрической энергии. Так как для производства определенного количества электроэнергии затрачивается большее количество тепловой энергии (ввиду предельного КПД всего энергетического оборудования всегда меньшего единице), то полное технико-экономическое обоснование внедрения теплового насоса для отопления требует более подробного экономического анализа. Однако применение тепловых насосов для отопления отдаленных от системы центрального отопления зданий очевидно, так как при этом не требуется прокладка труб для отопления или топливопроводов для снабжения уставленного оборудования. Так же при использовании тепловых насосов в промышленности для административных и других зданий и цехов возможна использование более нагретых потоков сбросного тепла, чем рассмотренного в данной работе тепла речной воды, что увеличит коэффициент трансформации и сделает проект более прибыльным.

Таким образом, использование тепловых насосов для отопления при определенных условиях это довольно экономичная и эффективная альтернатива традиционной системе отопления.

 

Список используемой литературы

 

1. Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. М: «Энергия», 1970.

2. Соколов Е. Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. М., «Энергия», 1968

3. Клецкий А.В. Теплофизические свойства фреона -22.-Москва -1970.-76с.

4. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача.- М.: «Высшая школа»,1975.-489с.

5. Кунтыш У.Б., Пятровiч А.В. Цеплавыя разлiкi энергазерагальнага абсталявання сушыльных установак ляснога комплексу.- Мiнск: БГТУ, 2007.-92с.

6. Янтовский Е.И., Левин Л.А. Промышленные тепловые насосы.- М.:Энергоатомиздат,1989.-128 с.

7. Теплообменные аппараты холодильных установок[под ред. А.А.Гоголин]. Л, «Машиностроение».:1973.-328с

8. Свердлов, Явнель Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. М.:»пищевая промышленность» 1978.-264с.

9. Андрижиевский, Володин Преддипломная практика и дипломное проектирование. Мн.: БГТУ 2003.