книги / Эксергетические расчеты технических систем

Рис. 7.10. Принципиальная тепловая схема 1-й очереди Нововоронежской АЭС

Следовательно, при продолжительности кампании т часов расход ДОизо­ топа 235U составляет

Последний член в выражении (7.14) представляет потерю эксергии ядерного горючего с нейтрино. Потеря эксергии ядерного горючего в результате об­ разования неделящихся изотопов

которое делится на эксергию и анергию, а затем в процессе преобразования эксергии в электрическую энергию часть эксергии также переходит в анер­ гию, поступая в окружающую среду в виде эксергетических потерь. Таким об­ разом, и для АЭС удается построить диаграмму потоков эксергии.

В качестве примера рассмотрим эксергетический баланс первой очереди Нововоронежской АЭС [780], принципиальная схема 1-го блока которой пред­ ставлена на рис. 7.10, а его эксплуатационные показатели — в табл. 7.3. В со­ ответствии с параметрами в узловых точках схемы, приводимыми в [780], рас­ считан эксергетический баланс установки в двух вариантах: без учета воспро­ изводства вторичного ядерного горючего и потерь первичного горючего и с их учетом. Баланс представлен в табл. 7.4, а на рис. 7.11 дана его графическая ин­ терпретация. Результаты расчета показывают, что учет воспроизводства горю­ чего значительно повышает эксергетические показатели установки. Более то­ го, установка, предназначенная для воспроизводства горючего, будет иметь еще

§ 3. Анализ систем кондиционирования воздуха, отопления и вентиляции

Уровень отсчета эксергии и границы систем кондицио­ нирования воздуха, отопления и вентиляции при проведении эксергетического анализа определяются исходя из цели исследования. Особенность этих систем в том, что исходный материал, подвергаемый переработке в них,— это наруж­ ный воздух, параметры которого могут быть различны как по температуре, так и по влажности. В результате работы системы кондиционирования воздух приобретает необходимые температуру и влажность. Соответствующие значе­ ния эксергии воздуха вычисляются по формулам (4.70) — (4.74) или по номо­ грамме [ 133]. Анализируемые системы должны включать только те узлы, иссле­ дование работы которых совпадает с поставленной задачей. Поэтому в боль­ шинстве случаев нецелесообразно объединять в систему трубопроводы и агрегаты теплосети, водопровода, холодильной станции и т. п.

Аналитические методы

Эксергетический анализ систем аналитическими метода­ ми можно проводить по размерным и безразмерным показателям. Преимущест­ ва эксергетической оценки систем кондиционирования в первом случае состоят в простоте получения результата и взаимосвязи его с технико-экономическими характеристиками системы, дающими возможность проведения термоэкономиг

ческого анализа (см. § 4 гл. 9). В качестве размерного показателя рекоменду­ ется использовать полные затраты эксергии на функционирование системы. В некоторых случаях целесообразно оценивать систему по удельным затра­ там эксергии, например на 1 м2 или 1 м3 обслуживаемого помещения. Приме­ нение для оценки систем размерных разностных показателей (например, разнос­ ти между затраченной и выработанной эксергиями) нужно каждый раз строго термодинамически обосновывать и предварительно анализировать для всех возможных режимов работы, чтобы исключить значения, лишенные физическо­ го смысла. В то же время численное значение размерного показателя, фикси­ рующего лишь полученный результат, не дает представления о том, в какой сте­

рег

пени оцениваемое решение близко к оптимальному при данных исходных усло­ виях.

В качестве безразмерного показателя наиболее целесообразно использо­ вать эксергетический КПД.

Анализ по размерным показателям — полным затратам эксергии — про­ веден на примере трех систем кондиционирования воздуха, схемы которых при­ ведены на рис. 7.12, а процессы обработки воздуха на /, d-диаграмме — на рис. 7.13. Они предназначены для поддержания в холодный период года в Моекве (/н = —25 °С; абсолютная влажность dH= 0,25 г/кг) заданных условий микроклимата в некоем помещении (tB= 22 °С; относительная влажность фв = = 0,3 -г- 0,45; избыточные теплопоступления QH3б = 40,5 кВт; минимально до­ пустимое количество наружного приточного воздуха GH.rnin = 2,8 кг/с; угловой коэффициент луча процесса в помещении е = 7,6 кДж/кг).

Схема 1 — прямоточная, с обводом камеры орошения без воздухонагре­ вателя II подогрева, количество приточного воздуха равно GH.min; в помещении поддерживаются параметры iB= 22 °С, <рв = 0,3.

Схема 2 — прямоточная, без обводов, количество приточного воздуха

превышает GH.min и равно 6,53 кг/с, в помещении поддерживаются параметры tB = 22 °С, Фв = 0,37.

Схема 3 — с рециркуляцией перед воздухонагревателем I подогрева, ко­ личество приточного воздуха то же, что в схеме 2, а наружного воздуха — рав­ но GH.min. Параметры воздуха в помещении и приточного совпадают с парамет­ рами по схеме 2.

Результаты расчета затрат эксергии на функционирование систем конди­ ционирования воздуха по схемам 1—3 даны в табл. 7.5.

Лучшей из рассмотренных является схема 1 (£ 3атр = 62,3 кВт), несколько

и выбор наилучшего варианта системы отопления или вентиляции.

Таким образом, анализ по размерным показателям позволяет при неболь­ шом количестве вычислений сравнивать различные системы кондиционирования

воздуха, отопления и вентиляции.

Анализ по безразмерным показателям — эксергетическим КПД — свя­ зан с необходимостью выбора принципа построения КПД применительно к рассматриваемым системам. Возможны два подхода к расчету КПД — по от­ ношению получаемого полезного эффекта к затратам и по отношению эксергетических характеристик идеализированного и реального процессов.

В первом основная сложность состоит в выражении полезного эффекта в единицах эксергии. П о л е з н ы й эффект систем кондиционирования воздуха, отопления и вентиляции — комфортные (или заданные из технологических соображений) условия в помещении. Поскольку задача учета комфортных условий в единицах эксергии пока не решена, ниже рассмотрены альтернатив­ ные формулировки полезного эффекта.

Если в соответствии с изложенной в § 4 гл. 5 методикой однозначного определения эксергетического КПД при сравнении систем в качестве показате­ ля полезного эффекта рассматривать эксергию потока воздуха, выходящего из

системы (приточного воаДУха)> то>как бУДет показано в табл. 7.7, это может привести к неправильном выводам. Одни и те же комфортные условия могут быть достигнуты при различных параметрах приточного воздуха и, следователь-

но, разном полезном эффекте. Поэтому использовать данный показатель мож­ но только для сравнения систем с одинаковыми параметрами приточного воз­ духа или различных конструкций какого-либо одного узла системы независима от эффективности работы системы в целом.

Следует очень осторожно подходить к записи полезного эффекта в виде разности эксергий двух потоков, поскольку такая запись в ряде случаев проти­ воречит условиям определения КПД технической системы (§ 4 гл. 5) и, следо­ вательно, не может быть признана корректной, С другой стороны, если этого

случаях при анализе узла, еще не включенного в какую-либо систему (при не­ известном значении £ 3 атр). Во всех остальных случаях анализ узлов системы

рекомендуется проводить по эксергетическим КПД х$1.

Это противоречие объясняется тем, что хотя фактический полезный эффект от всех систем одинаков (в помещении создаются заданные комфортные условия)^ эксергия приточного воздуха по схемам 2 и 3 превышает эту величину в схе­ ме 1. В то же время

причем

(7.25)

I гР ф № .

Следовательно, эксергетические КПД т]^ могут быть использованы при анализе систем кондиционирования воздуха, отопления и вентиляции только при одинаковых параметрах приточного воздуха в сравниваемых системах.

Нужно также учитывать, что абсолютные значения не отражают фактиче­ ской эффективности системы, так как основаны на недостаточно корректном

определении полезного эффекта. Эксергетические КПД rif* могут применяться независимо от параметров приточного воздуха, характеризуя фактическое отли­ чие системы от идеализированной.

Анализ рассматриваемых систем кондиционирования воздуха по эксерге­ тическим КПД позволяет сделать ряд выводов.

1) Лучшей является схема 1 (г\?)] = 0,143), несколько хуже схема 3 (TI?* = 0,132), схема 2 значительно им уступает (т]?)2 = 0,054).