Показатели энергетической эффективности рассчитанных вариантов

№ схемы	1	2	3
Удельная тепловая нагрузка теплового насоса qтн, кДж/кг	289,50	315,5	328,0
Удельная энергия, потребляемая электродвигателем W, кДж/кг	105,7	125,0
Степень сжатия в компрессоре 	6,49
Коэффициент преобразования теплоты 	3,63	3,71	3,86
Коэффициент преобразования электроэнергии э	2,76	2,82	2,93
Удельный расхол первичной энергии ПЭ	0,95	0,93	0,90
Эксергетический КПД э	0,411	0,378	0,401

Для дальнейших расчетов выбираем схему № 3.

Массовый расход хладагента G_ха:

G_ха = = 3/328 = 0,00915 кг/с.

Полная нагрузка узлов теплового насоса:

– в компрессоре:

N = WG_ха = 125·0,00915 = 1,144 кВт;

– в испарителе:

Q_и = q_и G_ха = 243·0,00915 = 2,223 кВт;

– в конденсаторе:

Q_к = q_к G_ха = 315,5·0,00915 = 2,886 кВт;

– в переохладителе:

Q_по = q_по G_ха = 12,5·0,00915 = 0,114 кВт;

– в промежуточном теплообменнике:

Q_пто = q_пто G_х.а = 20,9·0,00915 = 0,191 кВт.

Удельные эксергетические потери в компрессоре:

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

Dе = (W – l_сж) = 125,0 – 85,0 = 40,0 кДж/кг;

– внутренние эксергетические потери в компрессоре, вызванные необратимостью процесса сжатия хладоагента (энтропия определяется по p, h-диаграмме):

Dе= T₀(S₂ – S_1а) = 263·(2,26 – 2,21) = 13,15 кДж/кг;

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, определив энтропии по таблицам свойств фреона в состоянии насыщения или по p, h-диаграмме, получаем:

– эксергетические потери в испарителе:

Dе_и = е_н – [q_и – T₀(S₁ – S₄)] = 8,89 – [243 – 263(2,1421 – 1,22)] =

= 8,40 кДж/кг;

– эксергетические потери в конденсаторе:

Dе_к = [q_к – T₀(S₂ – S₃)] – е_в = [315,15 – 263(2,26 – 1,3003)] – 51,74 =

= 11,01 кДж/кг;

– эксергетические потери в переохладителе:

Dе_по = [q_по – T₀(S₃ – S_3а)] – е_вп = [12,5 – 263(1,3003 – 1,26)] – 1,89 =

= 0,01 кДж/кг;

Эксергетические потери в промежуточном теплообменнике

Dе_пто = T₀(S_1а – S₁ – S_3а + S_3б ) = 263(2,22 – 2,1421 – 1,26 + 1,20) =

= 2,08 кДж/кг.

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

Dе_д = T₀(S₄ – S_3б) = 263(1,22 – 1,20) = 5,26 кДж/кг.

Сумма эксергетических потери в тепловом насосе:

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

= 40,0 + 13,15 + 8,40 + 11,01 + 0,01 + 2,08 + 5,26 = 79,91 кДж/кг.

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) = (8,89 + 125,0) – (51,74 + 1,89) =

= 80,26 кДж/кг.

Отличие эксергетических потерь (79,91 и 80,26 кДж/кг или 0,4%) обусловлено неточностью определения энтропии по p, h-диаграмме.

Наибольшие эксергетические потери происходят в компрессоре из-за необратимости процесса сжатия и в конденсаторе из-за необратимости процесса теплообмена. Поэтому для повышения эксергетического КПД необходимо приближаться к изотермическим условиям сжатия (то есть интенсивно охлаждать фреон в компрессоре) и снижать разность температур в конденсаторе (увеличивать его поверхность теплообмена).