Показатели энергетической эффективности рассчитанных вариантов

Схема	Парокомпрес­сионная ТНУ (схема № 1)			Парокомпрес­сионная ТНУ с регенерацией теплоты (схема № 2)			Парокомпрес­сионная ТНУ с регенерацией теплоты и переохладителем (схема № 3)
Наименование фреонов
Удельная тепловая нагрузка теплового насоса qтн
Удельная энергия, потребляемая электродвигателем W
Степень сжатия в компрессоре 
Коэффициент преобразования теплоты 
Коэффициент преобразования электроэнергии э
Удельный расход первичной энергии ПЭ
Эксергетический КПД э

Таким образом наилучший вариант будет с наибольшим . Для вариантов с близким  наилучшим будет тот, который обеспечивает наименьшую степень сжатия и наибольшие эксергетический КПД _э и удельную тепловую нагрузку q_тн. Весь комплекс этих параметров учитывается в экономическом показателе ТНУ – его сроке окупаемости

 = (С_Т – ТЗ)/КЗ,

где C_Т – стоимость теплоты, получаемой из системы теплоснабжения при отсутствии теплового насоса, руб./год; ТЗ – затраты на эксплуатацию теплового насоса, руб./год; КЗ – стоимость теплового насоса и затраты на его монтаж, руб.

Для выбранной схемы рассчитываются тепловая нагрузка в узлах установки и эксергетический баланс теплонасосной установки.

Тепловая нагрузка теплонасосной установки Q_тн, Вт или кВт, – это количество теплоты, получаемой в установке горячим теплоносителем. Для установок теплоснабжения за счет использования теплоты окружающей среды тепловая нагрузка задается. Если тепловой насос используется для утилизации сбросной теплоты, то тепловая нагрузка определяется по заданному расходу теплоносителя и его температуре:

Q_тн = с_н(t_н1 – t_н2)G_н ^{, Вт,}

где с_н – теплоемкость низкопотенциального теплоносителя.

Массовый расход хладагента G_ха, кг/с, определяется по тепловой нагрузке установки (количестве теплоты, получаемой горячим теплоносителем), и удельной тепловой нагрузке:

G_ха = ^.

Полная нагрузка узлов теплового насоса составит:

– в компрессоре:

N = WG_ха;

– в испарителе:

Q_и = q_и G_ха;

– в конденсаторе:

Q_к = q_к G_ха;

– в переохладителе:

Q_по = q_по G_ха;

– в промежуточном теплообменнике:

Q_пто = q_пто G_х.а.

Оценка эффективности работы узлов теплового насоса производится на основании эксергетического расчета. Удельные эксергетические потери в компрессоре:

– внешние эксергетические потери в компрессоре и электродвигателе, вызванные механическим трением:

Dе = (W – l_сж);

– внутренние эксергетические потери в компрессоре, вызванные необратимостью процесса сжатия хладоагента:

Dе= T₀(S₂ – S_1а) ;

Эксергетические потери в теплообменниках определяются по разности эксергии хладоагента, определяемой по формуле h – T₀S, и эксергии, подведенной или отобранной у теплоносителя, равной q. Таким образом

– экергетические потери в испарителе:

Dе_и = _н q_и – [(h₁ – h₄) – T₀(S₁ – S₄)] = е_н – [q_и – T₀(S₁ – S₄)];

– эксергетические потери в конденсаторе:

Dе_к = [(h₂ – h₃) – T₀(S₂ – S₃)] – _н q_и = [q_к – T₀(S₂ – S₃)] – е_в;

– эксергетические потери в переохладителе:

Dе_по = [(h₃ – h_3а) – T₀(S₃ – S_3а)] – _вп q_по = [q_по – T₀(S₃ – S_3а)] – е_вп.

Эксергетические потери в промежуточном теплообменнике определяются по разности отданной эксергии горячим фреоном и полученной эксергии холодным френом. Для схемы без переохладителя они имеют вид:

Dе_пто = [(h₃ – h_3б) – T₀(S₃ – S_3б)] – [(h_1а – h₁) – T₀(S_1а – S₁)],

или, так как h₃ – h_3б = h_1а – h₁,

Dе_пто = T₀(S_1а – S₁ – S₃ + S_3б ).

Для схемы с переохладителем

Dе_пто = T₀(S_1а – S₁ – S_3а + S_3б ).

Энтальпия фреона при дросселировании не изменяется, и эксергетические потери в дросселе:

Dе_д = T₀(S₄ – S_3б).

Сумма эксергетических потерь в тепловом насосе:

Dе = Dе + Dе + Dе_и + Dе_к + Dе_по + Dе_пто + Dе_д.

Проверка расчета производится по равенству полученных эксергетических потерь и разности эксергии на входе и выходе теплового насоса:

Dе = (е_н + е_э) – (e_в + e_вп).

Для оценки эксергетических потерь в узлах теплового насоса строится диаграмма, на которой в масштабе изображаются потоки эксергии (рис. 20).

Рис. 20. Эксергетический баланс теплового насоса

Узлы, в которых эксергетические потери наибольшие, требуют совершенствования и повышения эффективности работы.