2. Тепловой расчет установки

В основе работы реального теплового насоса находится обратный цикл Ренкина, изображенный на рис.5.

Рис. 4. Принципиальная схема реального теплового насоса.

Рис.5. Изображение цикла ТН в TS диаграмме.

Процесс 1-2’- изоэнтропное сжатие пара;

2-3-процесс изобарного охлаждения перегретого пара до сухого насыщенного и далее процесс конденсации сухого пара, который завершается в точке 3;

4-5- охлаждение жидкого рабочего агента;

5-6- процесс дросселирования жидкости в регулирующем вентиле;

6-1- процесс испарения (кипения) холодильного агента в испарителе.

Задаемся перепадом температур в испарителе ∆t_и=3˚С и в конденсаторе

∆t_к=5˚С.

Строим графики изменения температур вдоль поверхности теплообмена (рис.6) и определяем температуры испарения t_и и температуру конденсации t_к рабочего агента.

Рис.6. Графики изменения температур вдоль поверхности теплообмена

4,75.

По значениям температур t₀ и t_к находим на TS диаграмме фреона R-22 давление испарения P_и и давление конденсации P_к.

Находим по TS диаграмме параметры агента в характерных точках цикла.

Точка 1: t₁=t_и=-3˚C;

P₁=0,475 МПа;

V₁=0,051 м³/кг;

h₁=708 кДж/кг.

Точка 2΄(идеальный процесс):

P₂=P_к=3,3 МПа;

h₂΄=755 кДж/кг.

t₂=110˚C

Точка 2:

, (2.1)

где, η_к- КПД компрессора (η_к =0,8).

h₂=708+67,1=775,1 КДж/кг;

Точка 3: P₃=P_к=3,3 МПа

t₃=t_к=75˚C

h₃=712 кДж/кг;

Точка 4: t₄=75˚C;

P₄=P₂=3,3 МПа;

h₄=600 кДж/кг.

Точка 5: P₅=3,3 МПа;

t₅=55˚C;

h₅=578 кДж/кг.

Точка 6: P₆=4,75 МПа;

t₆=-3˚C;

h₆=578 кДж/кг.

Рассчитаем удельные нагрузки (в кДж/кг) на аппараты ТН.

Удельная тепловая нагрузка в испарителе

q_и=h₁-h_{5 ,} (2.2)

q_и=708-578=130 кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка в конденсаторе

q_к= h₂-h_{4 ,} (2.3)

q_к =775-600=175 кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка на переохладителе

q_по= h₄-h_{5 ,} (2.4)

q_по =600-578=22 кДж/кг.

Удельная работа компрессора

l_вкм= h₂-h_{1 ,} (2.5)

l_вкм =775-708=67 кДж/кг.

Составим баланс

q_и+ l_вкм= q_по+q_к , (2.6)

130+67=175+22;

197=197.

Расчеты были произведены верно.

Массовый расход рабочего агента, кг/с

, (2.7)

где Q_в- теплопроизводительность ТН, кВт.

G=30/(175+22)=0,152 кг/с.

Расчетная тепловая нагрузка испарителя, кВт

Q_и=G·q_{и ,}

(2.8)

Q_и=0,152·130=19,79 кВт.

Расчетная тепловая нагрузка переохладителя, кВт

Q_по= G·q_по,

(2.9)

Q_по=0,152·22=3,35 кВт.

Электрическая мощность компрессора, кВт

N_км= G_ф22· l_вкм,

(2.10)

N_э=0,152·67=10,20 кВт

Коэффициент трансформации

μ=(q_к+ q_по)/ l_вкм

(2.11)

μ=175+22/67=2,94