3.3.Определение оптимального теплового режима теплообменников

Одним из недостатков ТНУ является их высокая стоимость. Поэтому оптимизация узлов и, в частности, теплообменников, является актуальной задачей.

Тепловой режим работы теплообменников задается перепадом температур между теплоносителями на выходе из него. Снижение температурного перепада приводит к повышению площади поврехности теплообмена и увеличению стоимости теплообменника. Но при этом повышается коэффициент преобразования теплоты в тепловом насосе, так как снижается разница между температурами испарения и конденсации фреона. В программе при проектировании ТНУ определялся оптимальный температурный перепад для испарителя t_и, конденсатора t_к и переохладителя t_по. При этом для комплексной оценки работы теплового насоса использовался интегральный экономический показатель – срок окупаемости.

Зависимость эффективности ТНУ от перепада температур в теплообменниках для одного из вариантов представлена на рис. 37.

Рис. 37. Показатели эффективности ТНУ отопительной мощности 180 кВт с грунтовым теплообменником при изменении температурного напора в теплообменниках

В результате расчетов для рассматриваемых условий можно рекомендовать следующие температурные перепады:

а) для ТНУ, использующего теплоту окружающей среды:

– в испарителе 5 °С;

– в конденсаторе 4°С;

– в переохладителе 1°С;

б) для ТНУ, утилизирующего сбросную теплоту:

– в испарителе 7 °С;

– в конденсаторе 6°С;

– в переохладителе 2°С.

Можно сделать вывод, что оптимальное проектирование теплообменников ТНУ позволяет заметно снизить срок их окупаемости.

3.4.Работа теплонасосной установки в нерасчетных условиях

Тепловые насосы предназначены для работы только в одном режиме. При отклонении параметров цикла теплового насоса от расчетных эффективность установки заметно снижается. Поэтому при проектировании теплонасосных установок обязательно должна оцениваться их работа при возможных отклонениях режимов, которые могут быть вызваны изменением: 1) тепловой мощности, отдаваемой потребителям; 2) требуемой температуры горячего теплоносителя; 3) температуры получаемого холодного теплоносителя.

Для расчета режимов работы ТНУ, отличающихся от номинальных, предлагается следующая методика. При проектировании теплового насоса по заданным температурам теплоносителей определяется площадь поверхности и конструктивные характеристики теплообменников. Расчет работы теплового насоса в других условиях заключается в определении неизвестных температур теплоносителей в теплообменниках при их известных характеристиках и производится в следующем порядке:

1) по­верочный расчет теплообменников и определение температур конденсации и испарения рабочего агента;

2) расчет цикла рабочего агента;

3) определение коэффициентов  и k.

В этом случае оптимизация режима работы теплового насоса (изменение скорости движения хладагента и теплоносителей) позволяет улучшить эффективность ТНУ при снижении нагрузки (табл. 25).

Таблица 25

Режимы работы теплового насоса при снижении нагрузки

Тепловая нагрузка		Коэффи­циент преобра­зования теплоты 	Эксергети­ческий КПД э	Коэффи­циент сжатия 	Мощность, потреб­ляемая электрод­вигателем Nэдв	Перепад температур, °C
% от номинальной	удельная q, кДж/кг					в конденсаторе tк	в испари­теле tи
100	3613	4,00	0,57	6,55	1130	4	8
80	2890	4,19	0,60	6,07	861	2	5,5
60	2170	4,36	0,61	5,73	622	0,7	3,5
40	1450	4,49	0,63	5,51	404	0,1	1,7

Эти результаты не противоречат практике, так как ТНУ, рассчитанный на меньшую номинальную нагрузку имел бы лучшие показатели, чем более мощный ТНУ, работающий с меньшей нагрузкой.