СВОЙСТВА РАБОЧИХ ВЕЩЕСТВ И ДИАГРАММЫ ИХ СОСТОЯНИЙ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Утверждено на заседании
кафедры теплогазоснабжения
24 декабря 2003 г.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по расчету тепловых насосов для теплоснабжения
Ростов-на-Дону
2004
УДК 697.1 (07)
Методические указания по расчету тепловых насосов для теплоснабжения. – Ростов-на-Дону: Рост. гос. строит. ун-т., 2004. – 19 с. с ил.
Излагается методика расчета теплонасосных циклов для теплоснабжения. Приводится характеристика рабочих веществ для теплонасосных циклов.
Предназначено для студентов всех форм обучения специальности 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция» по дисциплине «Теплогенерирующие установки».
Составитель: канд. техн. наук, ассист. О.К. Мазурова
Редактор Н.Е. Гладких
Темплан 2004 г., поз. 64
ЛР № 020818 от 13.01.99. Подписано в печать 22.03.04.
Формат 60х84/16. Бумага писчая. Ризограф.
Уч.-изд.л. 1,8. Тираж 50 экз. Заказ 143.
Редакционно-издательский центр Ростовского государственного строительного университета
344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.
© Ростовский государственный
строительный университет, 2004
ВВЕДЕНИЕ
В системах теплоснабжения все шире применяются тепловые насосы. Однако для рационального использования недостаточно простой замены нагревательных котлов тепловыми насосами. Для эффективной эксплуатации тепловых насосов необходимо учитывать внутренние условия протекания процесса и внешние условия их применения.
|
|
|
НАЗНАЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ И ОСНОНВЫЕ ПРИНЦИПЫ ИХ РАБОТЫ
Тепловые насосы (ТН), или термотрансформаторы, – это экологически чистые компактные фреоновые установки, позволяющие получать тепло для отопления и горячего водоснабжения за счет использования тепла низкопотенциального источника.
В качестве источника низкопотенциального тепла можно использовать промышленные и очищенные бытовые стоки, воду технологических циклов, тепло грунтовых, артезианских, термальных вод, воды естественных водоемов (рек, озер, морей), тепло, получаемое при очистке дымовых газов, и любых других сбросных тепловых потоков.
Принцип работы ТН основан на трансформации (передаче) тепла от низкотемпературных источников тепла окружающей среды к высокотемпературному теплопотребителю за счет фазовых превращений рабочих веществ (озонобезопасных хладагентов).
Тепловой насос передает внутреннюю энергию от энергоносителя с низкой температурой к энергоносителю с более высокой температурой.
В соответствии со вторым законом термодинамики такой процесс не может происходить самопроизвольно. Для осуществления теплонасосного цикла необходимо использовать приводную энергию. Процесс передачи энергии происходит в круговом цикле, где рабочим веществом служит хладагент.
|
|
|
Энергоносители, поставляющие тепловую энергию с низкой температурой, называют источниками теплоты. Они отдают тепловую энергию путем теплопроводности, конвекции или излучения.
Энергоносители, воспринимающие тепловую энергию путем теплопроводности, конвекции или излучения, называют приемниками теплоты.
Энергоноситель – источник теплоты, поступает в испаритель, где испаряется жидкий хладагент. Теплота испарения отбирается от источника теплоты. Пары испаряющегося хладагента всасываются компрессором и сжимаются до высокого давления. При сжатии их температура повышается, что и создает возможность отдачи тепловой энергии теплоприемнику.
Пары хладагента 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 в испаритель, и цикл замыкается. В регулирующем вентиле высокое давление хладагента снижается до давления в испарителе. Одновременно снижается его температура.
|
|
|
На рис.1 показана принципиальная схема действия парокомпрессорного теплового насоса, состоящая из четырех основных элементов любого трансформатора теплоты.
Рис. 1
В испаритель 1 поступает вода или воздух (а – вход энергоносителя, в – выход энергоносителя) из низкопотенциального источника тепла. За счет тепла охлаждения этой воды (или воздуха) в испарителе происходит кипение хладагента (процесс изобарический). Пары хладагента поступают в компрессор 2, где происходит их сжатие с повышением температуры и давления (процесс политропный). Затем сжатые пары хладагента поступают в конденсатор 3 и конденсируются под влиянием охлаждающей среды – теплоносителя (процесс изобарический). Вход теплоносителя – с, выход теплоносителя d.
Термодинамический цикл теплового насоса завершается дросселированием жидкого хладагента в регулирующем вентиле 4 (дросселе), после которого хладагент со сниженным давлением поступает в испаритель 1 (процесс дросселирования практически изоэнтальпийный).
|
|
|
Таким образом с помощью теплового насоса возможна передача тепловой энергии от источника теплоты с низкой температурой к приемнику теплоты с высокой температурой при подводе механической (электрической) энергии для привода компрессора.
СВОЙСТВА РАБОЧИХ ВЕЩЕСТВ И ДИАГРАММЫ ИХ СОСТОЯНИЙ
Для расчета трансформации теплоты в реальных установках необходимо знать свойства рабочих веществ, их параметры в различных состояниях.
Рабочие вещества кипят при атмосферном давлении с низкими (как правило, отрицательными) температурами. Они называются «хладагентами» (русский термин) или фреонами (международный термин) и обозначаются буквой R (от англ. слова Refrigeration – охлаждение) или буквой Н (от англ. слова Heat – нагрев), иногда RН.
Применяемые для трансформации теплоты вещества исследованы при различных давлениях и температурах и их параметры помещены в таблицы или представлены на диаграммах.
Рабочее вещество (хладагент) для эффективного решения конкретной задачи следует выбирать с учетом следующих основных требований:
- температуры кипения и конденсации хладагента, диктуемые внешними условиями, должны быть такими, чтобы степень повышения давления в одной ступени компрессора не превышала 10, т.е. 
< 10,
- соответствующий указанному условию хладагент должен быть доступен для использования и быть достаточно дешевым.
- намечаемое к применению вещество должно отвечать экологическим требованиям и быть безопасным для персонала.
По этим условиям оценивают свойства основных хладагентов, применяемых в настоящее время (как правило, фторорганических соединений и аммиака).
Прежде всего проверяют применимость выбранного рабочего агента по отсутствию озоноразрушающего действия в атмосфере Земли по показателю ОDР. ОDР – потенциал истощения озонового слоя (ozone depleting potential , от англ. deplete – истощать, исчерпывать).
Для сильно разрушающего атмосферу R-11 (фтортрихлорметана СFCl3) этот показатель равен 1. Соединения с ОDР>0,1 запрещены к использованию по Международному (Монреальскому) протоколу.
Все хладагенты разделены на 3 группы:
- группа А – озоноопасные, вызывают истощение озонового слоя, запрещены к использованию.
Эта группа включает хлорфторуглероды и бромфторуглероды, в том числе: R11, R12, R13, R111-R115;
- группа B – могут вызывать слабое истощение озонового слоя (ОDР<0,01), разрешены к использованию на ближайшие 30 лет.
К этой группе отнесены хлорфторуглеводороды, в том числе: R21, R 22, R31, R131-R133, R141, R142, R151, R221-R225, R231-R235, R241-R244, R251, R252, R271;
- группа С – озонобезопасные (ОDР=0). К этой группе отнесены фторуглеводороды и фторуглероды (т.е. хлор в молекулах отсутствует), а именно: R23, R32, R41, R125, R134, R 143.
Расчет циклов любых трансформаторов тепла, в том числе и тепловых насосов, очень удобно производить по диаграммам состояний рабочих веществ.
Наиболее удобными координатами для потребления циклов тепловых насосов являются два варианта:
- диаграмма s-T (энтропия – температура);
- диаграмма i (h) – Р (энтальпия-давление).
Следует отметить, что возможны варианты обозначений энтальпии – «i» или «h», а по оси ординат могут быть отложены давления в отрезках, пропорциональных не самим давлениям, а логарифмам их величин. Тогда такая диаграмма называется i-lgP или h-lgP. В диаграмме s-T (рис.2) критическая точка часто отсутствует (отрезана вместе с верхушками пограничных линий – и правой, и левой). На рис.2 показаны также изобары, изохоры и изоэнтальпийные линии; средняя часть области влажного пара бывает вырезана (показано на рисунке штрихпунктиром), шкала температур обычно представлена не в кельвинах, а в градусах Цельсия – 0С.
Рис. 2
Некоторые из s-T диаграмм вместо значений давлений на линиях изобар имеют шкалу давлений, размещенную внизу под шкалой энтропии. В этом случае для нахождения величины давления на диаграмму нанесена номограммная кривая (рис.3).
Рис. 3
Для определения величины давления следует: по заданной линии изобары продвинуться до области насыщения; далее по горизонтали найти точку пересечения с номограммной линией; от этой точки по вертикали прочесть внизу величину давления.
На рис.3 показаны два примера: точка А на изобаре в области перегретого пара - выше линии номограммы и точка Д - ниже линии номограммы.
На диаграмме i(h)-lgP критическая точка (К) обычно помещается (рис.4); на оси ординат lgP обычно – нелинейный масштаб давлений, на оси энтальпий – шкала линейная.
Рис. 4
Изобары в этих координатах – горизонтальные линии в любой области диаграммы. Изотермы в области умеренных давлений практически совпадают с вертикалями, т.е. с изоэнтальпийными линиями. Для некоторых хладагентов при повышенных давлениях изотермы могут быть несколько изогнуты; в области влажного пара изотермы совпадают с изобарами, т.е. горизонтальны. В области перегретого пара изотермы круто уходят вниз. Изоэнтропийные линии – наклонные кривые. Изохоры на рис.4. показаны пунктиром.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 645; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!