Робота в прикладній програмі Coolpack

Найбільш зручним засобом розрахунку КОП, а також інших параметрів циклу, є прикладна програма Coolpack. Це застосування дозволяє робити різні розрахунки, у тому числі з використанням діаграм. Опишемо лише найнеобхідніші процедури, що дозволяють розраховувати КОП теплового насоса.

Після завантаження Coolpack вибираємо вкладку Refrigeration utilities (кнопка, на якій намальована сніжинка). Потім у вікні, що відкрилося, на панелі інструментів натискуємо кнопку із змальованою Log(p)-h діаграмою (при наведенні курсора з'являється найменування кожної кнопки). У вікні, що відкрилося, вибираємо холодоагент, що цікавить, – з'являється зображення діаграми Log(p)-h. Щоб ввести параметри циклу натискуємо кнопку Cycle. У вікні, що відкрилося, вводимо температури випару (Evaporating temperature), конденсації (Condensing temperature), перегріву після випарника (Superheat), переохолодження після конденсатора (Subcooling) і ізоентропійний ККД компресора (Isentropic efficiency).

Всі перераховані параметри мають бути або прийняті, або розраховані перед побудовою циклу. Якщо перегрів пари після випарника здійснюється за рахунок теплоти охолоджування рідини після конденсатора (що часто використовується в теплових насосах), то величина переохолодження має бути визначена за допомогою Coolpack, що буде пояснене нижче.

Для більшої точності розрахунку циклу можна вказати, хоч би орієнтовно, втрати тиску у випарнику і конденсаторі, а також в трубопроводах (перші з перерахованих можна прийняти 0,15 бара, другі – 0,05 бара).

Коли всі вказані параметри введені, потрібно натиснути кнопку Draw cycle – накреслити цикл. Для збереження цього циклу можна використовувати пункт Save Image меню File, і вказати дорогу до носія, на який буде записаний цей цикл у вигляді картинки. Якщо натиснути кнопку Show info панелі інструментів, буде виведена інформація про навантаження випарника, конденсатора, роботу компресора і значення КОП. Необхідно відзначити, що приведене значення КОП - це КОП холодильного циклу, а КОП теплового насоса, як вказано вище, приблизно на 1,0 більше. Відмінність цієї різниці від 1,0 пов'язана з тим, що при розрахунку КОП холодильного циклу переохолодження конденсату враховується, а в КОП теплового насосу - ні. Механічний ККД компресора в цьому значенні не врахований. Натиснув тепер кнопку Coordinates of points, ми побачимо значення параметрів в деяких характерних точках циклу. Нумерацію цих точок можна побачити, натиснув кнопку Help. Натиснув у вказаних вікнах кнопку Copy, можна зберегти дані в буфер, звідки вони можуть бути записані, наприклад, в Блокнот.

Відзначимо ще дві важливі функції, представлені на панелі інструментів. Кнопка Saturation table дозволяє вивести на екран параметри точок пограничної лінії (наприклад, закінчення випару або початку і кінця конденсації). Натиснув її, потрібно у вікні, що відкрилося, вказати холодоагент, максимальну і мінімальну температури, а також крок по температурі, з яким буде виведена на екран таблиця параметрів.

Кнопка Table дозволяє вивести параметри будь-якої точки діаграми. Для цього у вікні, що відкрилося, потрібно вказати для даного холодоагенту нижні і верхні межі зміни температури і тиску, що цікавлять, а також крок їх варіювання. Потім в таблиці, що з'явилася, в третій незаповненій колонці потрібно вибрати в падаючому меню параметр, що цікавить. Відзначимо, що слово saturated означає насичений, vapour – пара, liquid – рідина, gas відноситься до перегрітої пари.

За допомогою цих двох таблиць можна визначити переохолодження рідини після конденсатора. Оскільки в теплових насосах звичайне це переохолодження відбувається в теплообміннику, що нагріває пару перед компресором, то можна записати баланс:

;

 

або

 

Q_перегр. визначається як різниця ентальпій крапок 5 і 5`. Першу з цих ентальпій hисп. можна знайти в таблиці Saturation table (значення h_g при температурі випару), а друга (h_перегр.) вказується в параметрах циклу, заздалегідь побудованого без врахування переохолодження конденсату (таблиця. Coordinates of points, там це крапка 1). Значення Ср можна знайти в таблиці Table для температури конденсації.

Для визначення ентальпії переохолодженої рідини hпереохл. віднімаємо з ентальпії сконденсованої рідини h_к (див. таблиці. Coordinates of points, крапка 4) значення Q_{переохл}., рівне Q_перегр. Ентальпію в точці закінчення конденсації і тиск конденсації можна знайти також по відомій температурі конденсації, використовуючи Saturation table.

По набутого значення h_{переохл} в таблиці Saturation table знаходимо температуру на лівій частині пограничної кривої. Ця температура дорівнює температурі закінчення процесу переохолодження конденсату (оскільки зліва від пограничної кривої ізотерми йдуть вертикально, так само як і лінії постійної ентальпії). Різниця між температурою конденсації і отриманою температурою дає нам величину переохолодження (Subcooling) для побудови циклу (див. вищий).

Покажемо це на прикладі. Хай задані наступні параметри циклу R22:

t_исп. = 10 ^о С

 

t_конд. = 50 ^о С

 

Δt_перегр. = 10 ^о С

 

η_изот. = 0,7.

 

Для простоти приймемо перепади тиску в теплообмінниках і трубопроводах рівними 0.

Спочатку будуємо цикл без врахування переохолодження, і з таблиці Coordinates of points виписуємо значення:

Крапка 1: h = 416,45 кДж/кг – ентальпія перегрітої пари;

Крапка 4: p_к = 19,42 бар – тиск конденсації;

h_к = 263,25 кДж/кг – ентальпія конденсату.

Значення ентальпії насиченої пари після випарника визначаємо з таблиці параметрів лінії насичення (кнопка Saturation table). Для температури 10 ^о С виписуємо:

h_g = 408,84 кДж/кг.

Таким чином

Q_перегр = 416,45 - 408,84 = 7,61 кДж/кг.

Отже Q_{переохол} = 7,61 кДж/кг.

Ентальпія шуканої крапки рівна:

h_{переохол}. = 263,25 – 7,61 = 255,64 кДж/кг.

Тепер відкриваємо таблицю Saturation table, в якій для ентальпії 255,64 кДж/кг виписуємо температуру 44,5 ^о С. Таким образом, переохолодження конденсату рівне:

Δt_{переохол} = 50 – 44,5 = 5,5 ^о С.

Всі параметри для побудови циклу відомі.