4. Расчет параметров работы испарителя теплового насоса

4.1. Обычно бывает известным соотношение площади поверхностей конденсаторов F_к и испарителей F_и. Для данного теплового насоса это соотношение равно F_и/F_к = 1,44. Отсюда общая площадь поверхности испарителей:

F_и = 1.44 * 90.5 = 130.32 м². (11)

4.2. Массовая холодопроизводительность испарителя определяется по формуле

Q_{0 =} К_и * F_и * _и = 500 * 130.3 * 5= 0.3257 МВт, (12)

где k_и =500 Вт/(м²К) – средний коэффициент теплопередачи в испарителе теплового насоса НТ-80;

_и – среднелогарифмическая разность температур в испарителе. На основании практических данных принимаем равной 5^оС.

^оС. (13)

4.3. С другой стороны, массовая холодопроизводительность испарителя равна

. (14)

Откуда расход воды, проходящей через испаритель:

G_u = Q₀ / C_в * (t₁^u * t₂^u) = 0.3257 / 33496 = 9.75 кг/с. (15)

4.4. Температура кипения хладагента в испарителе определяется из уравнения

, (16)

где ; а – интенсивность теплопередачи в испарителе, которая принимается постоянной.

Интенсивность теплопередачи в испарителе:

K_u * F_u = Q₀ / _и = 61150 Вт/^оС. (17)

Параметр теплообмена m2:

m₂ = K_u * F_u / G_u * C_в = 65150 / 40823 = 1.59 (18)

Тогда температура кипения рабочего агента по (16):

t₀ = t₁^u – t₂^u * e^m2 / 1 * e^m2 = 19. 95 ^оС.

5. Расчет и построение термодинамического цикла теплонасосной установки в (p – I)-диаграмме

При расчете режимов работы реальной паровой компрессионной теплонасосной установки удобно использовать тепловую диаграмму в координатах p-i (рис. 3).

Рис. 3. Процесс работы реального компрессионного теплового насоса

в (P – i)-диаграмме

5.1. Предварительно задается значение разности температур рабочего агента на входе и выходе из переохладителя t_по = 10 ^оС.

5.2. Определяется температура рабочего агента после переохладителя по формуле

^оС, (19)

где t₃ – температура рабочего агента после конденсатора на входе в переохладитель, принимается равной t₃ = t_к =57,7 ^оС.

5.3. Зная температуры конденсации и испарения хладагента, построим термодинамический цикл теплонасосной установки в тепловой диаграмме для хладагента R-12. Находим следующие параметры рабочего агента в характерных точках схемы:

1) t1= t0= +3оС;	Р1= Р0= 3,5 ат;	i1= 137,3 ккал/кг = 574,9 кДж/кг;
2) t2'= 69оС;	Р2= 15,5 ат;	i2'= 144,1ккал/кг = 603,4 кДж/кг;
3) t3= tк= 60,1оС;	Р3= Рк= 15,5 ат;	i3= 114,5 ккал/кг = 479,4 кДж/кг;
4) t4= 50,1оС;	Р4= 15,5 ат;	i4= 112,0 ккал/кг = 468,9 кДж/кг;
5) t5= t0= +3оС;	Р5= Р0= 3,5 ат;	i5= 112,0 ккал/кг = 468,9 кДж/кг.

5.4. Индикаторный (адиабатный) к. п. д. компрессора приближенно

. (20)

5.5. Принимаем электромеханический к. п. д. компрессора равным

.

5.6. Удельная внутренняя работа компрессора определяется по формуле

кДж/кг. (21)

5.7. Энтальпия рабочего агента на выходе из компрессора:

кДж/кг = 145,5 ккал/кг. (22)

5.8. Удельный подвод тепла в испарителе (удельная холодопроизводительность):

кДж/кг. (23)

5.9. Удельный отвод тепла в конденсаторе (удельная теплопроизводительность):

кДж/кг. (24)

5.10. Удельный отвод тепла в переохладителе:

кДж/кг. (25)

5.11. Проверяем баланс тепла:

кДж/кг. (26)

5.12. Массовый расход рабочего агента:

кг/с. (27)

5.13. Объемная производительность компрессора:

, (28)

где ₁ – удельный объем паров хладагента после испарителя во всасывающем трубопроводе компрессора, который определяется по уравнению состояния:

, (29)

R=8314 Дж/(кмоль^оС) – универсальная газовая постоянная;

=120,92 кг/кмоль – молярная масса фреона R-12.

Откуда удельный объем:

м³/кг. (30)

м³/с.

5.14. Расчетная тепловая нагрузка испарителя:

кВт. (31)

5.15. Расчетная тепловая нагрузка конденсатора:

кВт. (32)

5.16. Расчетная тепловая производительность переохладителя:

кВт. (33)

5.17. Удельный расход энергии на единицу полученного тепла:

. (34)

5.18. Электрическая мощность компрессора:

кВт. (35)

5.19. Коэффициент трансформации теплового насоса:

. (36)

5.20. К.п.д. теплового насоса:

, (37)

где э_в – удельный расход энергии в идеальном теплонасосном цикле, рассчитываемый по формуле:

, (38)

где Т_н.ср и Т_в.ср – абсолютные средние температуры нижнего и верхнего источников тепла. Поскольку разности температур и невелики, то величины Т_н.ср и Т_в.ср можно определить как среднеарифметические значения температур нижнего и верхнего источников тепла:

К;

К.

Тогда удельный расход электрической энергии в идеальном цикле:

.

Полный к.п.д. теплонасосной установки:

.