1.1.5. Реальный цикл ктну и классификация потерь.

Рис. 1 – 11. Действительный цикл тепло­вого насоса в Т – S - диаграмме.

На рис. 1 – 11 условно изображен в Т – s - диаграмме дей­ствительный процесс, происходящий в КТНУ (контур 1 – a – 2 – x – 3 – 4 – 5 – 1). Он отличается от идеального цикла КТНУ наличием дополнительных потерь, в частности, потери от необратимого сжатия в компрессоре и потери, связанной с изменением состоя­ния агента при всасывании в компрессор. Помимо этого, сам идеальный цикл КТНУ обладает определенным числом потерь [12]. Рассмотрим все виды потерь более подробно.

Необратимость процесса сжатия агента в компрессоре.

Действительный процесс сжатия зна­чительно отличается от обратимого адиабатического про­цесса, принятого в эталонном цикле. Как сама линия сжа­тия, так и ее начало и конец не будут совпадать с теоре­тической линией. Этот источник необратимых потерь при­водит к наиболее существенному отступлению от теорети­ческого процесса и к значительной затрате дополнительной работы по сравнению с обратимым образцом.

Внешняя необратимость при отнятии перегрева от агента.

Теплообмен между агентом и теплоносителем при отнятии перегрева (процесс 2 – x) про­исходит со значительной разностью температур. Средняя разность температур в этом теплообмене обозначена на рис. 1 – 11 как dT '.

Отсюда ясно, что хотя и небольшая доля тепла от об­щего количества передается в процессе отнятия перегрева, но влияние этого необратимого теплообмена на общие энер­гетические затраты довольно ощутимо.

В этом смысле аммиак — неблагоприятный агент, так как температура в конце сжатия получается высокой и, следовательно, велика разность температур dТ '. Но вслед­ствие значительной теплоты парообразования аммиака влияние этого источника потерь несколько уменьшается. Эта потеря может быть уменьшена, если тепло перегрева используется при более высокой температуре, чем темпера­тура конденсации.

Внешняя необратимость вследствие на­личия конечной разности температур меж­ду конденсирующимся агентом и теплоно­сителем.

Разность температур в процессе конденсации обозначена через dТ". Вследствие изменения температуры приемника тепла разность температур несколько меняется. Но когда эта величина невелика, ее можно считать прак­тически постоянной. Для аммиака влияние этого источника потерь на общие энергетические затраты достаточно замет­но, так как тепло конденсации аммиака составляет значи­тельную часть всего тепла, отнимаемого от агента.

С энергетической точки зрения целесообразно было бы стремиться к предельно малому значению разности темпе­ратур dТ", но, с другой стороны, это привело бы к увели­чению поверхности конденсатора и, следовательно, к росту металловложений и единовременных затрат при постройке установки.

Так как значения коэффициентов теплоотдачи при кон­денсации для различных рабочих агентов неодинаковы, то и значения коэффициентов теплопередачи для них будут также разными. Поэтому при одинаковой поверхности кон­денсатора потребуется поддержание для различных аген­тов неодинаковых разностей температур dТ". Агент, обла­дающий высоким коэффициентом теплоотдачи, при прочих равных условиях будет работать при малой разности температур, что приведет к меньшим энергетическим за­тратам.

Фреоны, обладающие по сравнению с другими рабочими агентами малыми значениями коэффициента теплоотдачи, в этом отношении менее благоприятны, чем аммиак.

Внешняя необратимость в процессе пе­реохлаждения.

При переохлаждении агента необра­тимый теплообмен в малой степени сказывается на энерге­тических затратах ввиду незначительной разности темпера­тур dT'", а также вследствие того, что тепло переохлажде­ния составляет небольшую часть тепла конденсации.

Внутренняя необратимость от дроссели­рования агента.

Этот источник потерь колеблется для различных агентов в довольно широких пределах и принимает наибольшее значение для веществ с низким по­ложением критической точки.

В циклах теплонасосных установок эта потеря может иметь большее значение, чем для холодильных машин, так как интервал температур для первых лежит ближе к крити­ческой точке, чем для вторых. Но в теплонасосных установ­ках эта потеря может быть в значительной мере устранена применением глубокого переохлаждения агента до темпе­ратуры, близкой к температуре среды. В предельном слу­чае, когда температура агента в конце переохлаждения будет равна температуре среды и полезно используется теплота переохлаждения, дроссельная потеря будет сведе­на к нулю.

Необратимость теплообмена в испари­теле.

Аналогична потерям от внешней необратимости вследствие на­личия конечной разности температур меж­ду конденсирующимся агентом и теплоно­сителем. Вызвана наличием разности между температурой НПИТ и температурой кипения рабочего агента в испарителе.

Потеря, связанная с изменением состоя­ния агента при всасывании в компрессор.

Можно считать, что состояние агента после испарителя ха­рактеризуется точкой, лежащей на верхней пограничной кривой (точка К на рис. 1 – 11). В начале сжатия состояние агента иное, оно характеризуется точкой а. Изменение со­стояния вызвано как процессом, происходящим во всасы­вающем трубопроводе, соединяющем испаритель с ком­прессором, так и процессом, происходящим в самом ком­прессоре до начала сжатия.

Теплообмен со стенками трубопровода и со стенками цилиндров компрессора, смешение с агентом, находящимся во вредном пространстве компрессора, и процесс дроссели­рования при проходе клапанов приводят к значительному изменению состояния, которое, в свою очередь, вызывает дополнительный расход энергии и, следовательно, понижает значение действительного коэффициента преобразования .

Перечисленные источники потерь в той или иной степе­ни могут иметь место при реализации обратных циклов теп­лонасосных установок, но удельный вес каждой из потерь зависит от свойств применяемого рабочего вещества и от конструк­ций аппаратов и компрессора теплонасосной установки.