Паро-компрессорный цикл теплового насоса

 

Паро-компрессорный цикл можно использовать для получения теплоты высокого температурного потенциала. В таком цикле в качестве рабочего тела используется аммиак или обычная вода. Поскольку в таком цикле за счет совершения внешней работы теплота перебрасывается с низкого температурного уровня на высокий, а полезным продуктом является теплота высокого температурного потенциала, то его назвали циклом теплового насоса.

Рассмотрим схему простейшего теплового насоса и его цикл в T,s- диаграмме (рис. 10.12 и 10.13).

В данном тепловом насосе в качестве рабочего тела используется обычная вода, а в качестве холодного источника водоем внешней среды (например, река). Водяной пар при низком давлении поступает в компрессор, где он адиабатно сжимается до давления, обеспечивающего необходимую температуру тепловому потребителю (процесс 1-2 рис. 10.13). В теплообменнике, изобарно охлаждаясь до состояния жидкости в состоянии насыщения (процесс 2-3), пар передает теплоту потребителю (например, для отопления дома) и поступает в редуктор. В редукторе происходит снижение давления воды (процесс 3-4), в результате такого дросселирования вода переходит в пар и поступает в теплообменник, где в качестве источника теплоты выступает внешняя среда (река). При изобарном

подводе теплоты от внешнего источника (процесс 4-1) степень сухости пара увеличивается и он поступает в компрессор.

Удельная работа компрессора определяется выражением

, (10.29)

где – адиабатный коэффициент компрессора.

Удельная теплота, отводимая от рабочего тела в теплообменнике (полезный продукт цикла), рассчитывается как

. (10.30)

Интересно отметить, что за счет необратимости процесса в компрессоре величина q_1i увеличивается (заштрихованная площадь рис. 10.13)

Удельная теплота, подводимая к рабочему телу со стороны внешней среды (из реки), рассчитывается исходя из процесса 14

. (10.31)

Удельная работа, затраченная на реализацию реального цикла теплового насоса, равна работе компрессора

. (10.32)

Эффективность цикла теплового насоса характеризуется отопительным коэффициентом

. (10.33)

Этот коэффициент всегда больше единицы, т.е. полезной теплоты всегда получается больше, чем затрачено работы на реализацию цикла.

 

 

Вопросы для самоподготовки к главе 10

 

1. Какие условия необходимы для передачи теплоты от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой?

2. Перечислите основные элементы схемы воздушной холодильной установки и поясните назначение этих элементов.

3. Покажите, от каких параметров зависит холодильный коэффициент идеального цикла воздушной холодильной установки.

4. Какие величины определяют экономичность идеального цикла воздушной холодильной установки?

5. Покажите, от каких величин зависит холодильный коэффициент реального цикла воздушной холодильной установки.

6. Покажите на основании, каких величин выбирается оптимальное значение степени повышения давления воздуха в компрессоре для реального цикла воздушной холодильной установки.

7. Изобразите в Т,s- диаграмме идеальный цикл паро-компрессорной холодильной установки и поясните почему он вынужден отличаться от цикла Карно.

8. Нарисуйте схему и цикл в Т,s- диаграмме реальной паро-компрессорной холодильной установки, поясните назначение ее элементов.

9. Напишите расчетное выражение холодильного коэффициента реальной паро-компрессорной холодильной установки и поясните определение всех величин, входящих в это выражение.

10. Нарисуйте схему и цикл в Т,s- диаграмме теплового насоса, работающего по реальному паро-компрессорному циклу, поясните назначение его элементов.

11. Напишите расчетное выражение отопительного коэффициента реального паро-компрессорного цикла теплового насоса, работающего на воде, и поясните определение всех величин, входящих в это выражение.