2. Исходные данные

Рис. 1. Принципиальная схема одноступенчатой теплонасосной

установки для системы горячего водоснабжения:

И – испаритель; ОЖ – отделитель жидкости; КМ – компрессор;

К – конденсатор; ПО – переохладитель; РВ – регулирующий вентиль

Рассмотрим пример расчета схемы одноступенчатой компрессионной теплонасосной установки для следующих условий:

1. расчетная теплопроизводительность системы горячего водоснабжения Q_гвс = 0,45 МВт;

2. температуры воды в системе ГВС:

   горячая	tг = 70С;
   холодная	tх = 39 С;

3. температура воды после переохладителя на входе в конденсатор

t_по = 40 С;

4. в качестве источника тепла низкого потенциала используются промышленные сточные воды;

5. температура сточных вод:

   на входе в испаритель	t1и = +30 С;
   на выходе из испарителя	t2и = +22 С;

6. холодильный агент – R-12;

7. тепловая диаграмма R-12, см. приложение;

8. схема установки выполняется по рис. 1.

После конденсатора перед регулирующим вентилем последовательно по теплоносителю целесообразно устанавливать переохладитель жидкого рабочего агента. Теплоноситель сначала проходит через переохладитель, а затем через конденсатор. При такой схеме снижаются потери в установке от дросселирования и необратимого теплообмена, так как теплоноситель охлаждает рабочий агент и поступает в конденсатор предварительно подогретым.

При определении температуры конденсации t_к и испарения t_и рабочего агента необходимо учитывать изменение температуры потоков в испарителе и конденсаторе, см. рис. 2.

Рис. 2. Изменение температуры потоков в испарителе (а), конденсаторе (б) и переохладителе (в)

3. Расчет параметров работы конденсатора и переохладителя

теплового насоса

3.1. Теплопроизводительность конденсатора теплового насоса определяется по формуле

, (1)

где G_в – расход воды в системе горячего водоснабжения, кг/с;

с_в = 4187 Дж/(кгК) – теплоемкость воды;

t_г –температура воды на выходе из конденсатора теплового насоса, С;

t_по – температура воды после переохладителя на входе в конденсатор теплового насоса, С.

3.2. Теплопроизводительность переохладителя теплового насоса определяется аналогично:

, (2)

t_х – температура на входе в переохладитель теплового насоса, ^оС.

Так как вся тепловая нагрузка системы горячего водоснабжения обеспечивается за счет работы теплового насоса, то

. (3)

3.3. Тогда расход воды в системе горячего водоснабжения G_в определяется из уравнения

GB= Q ГВС/Cв * (tг – tx)= 450000/129797=3.46 кг/с (4)

3.4. Теплопроизводительности конденсатора и переохладителя согласно (1) и (2):

Qк = GB * CB * (tг – tпо) = 3.46*4187*(79-40) = 0.435 МВт

Qпо = GB * CB * (tпо – tх) = 3.46*4187*(40-39) = 0.145 МВт

.3.5. С другой стороны, теплопроизводительность конденсатора теплового насоса равна

, (5)

где k_к = 600 Вт/(м²К) – средний коэффициент теплопередачи конденсатора теплового насоса НТ-80;

F_к – суммарная площадь поверхности конденсаторов теплового насоса, м²;

_к – среднелогарифмическая разность температур в конденсаторе, ^оС, определяется по формуле (6).

На основании практического опыта принимаем _к = 8 С.

^оС. (6)

3.6. Тогда суммарная площадь поверхности конденсаторов теплового насоса:

Fк = Qк/ Kk * к = 90,5 м². (7)

3.7. Температура конденсации хладагента R-12, соответствующая заданному режиму работы теплового насоса, определяется по формуле

, (8)

где ; – интенсивность теплопередачи в конденсаторе, которая принимается неизменной.

Следовательно, интенсивность теплопередачи:

Кк * Fк = Qк/к = 434610.6 / 8 = 54326 Вт/^оС. (9)

Величина параметра теплообмена m1:

ml = Kк * Fк/GB * CB = 54326 / 3.41 * 4187 = 3.749 (10)

Температура конденсации хладагента согласно (8):

t_k = e^mlt^г – t^по/ e^ml – 1= e^1.004 * 79-40 / e^1.004 – 1 = 101.5 ^{о о}С.