Ефимова, Корычев Теплотехника-2012

прессионными холодильными установками. Однако абсорбционное охлаждение и сейчас иногда применяется в холодильной технике (в том числе в некоторых типах бытовых холодильников). Абсорбционные холодильные установки целесообразно применять в том случае, когда для выпаривания аммиака из раствора в генераторе аммиачного пара может быть использован отработавший пар или другие теплоносители низкого потенциала.

18.6. Тепловой насос

По обратному циклу могут работать не только холодильные машины, задачей которых является поддержание температуры охлаждаемого помещения на заданном уровне, но и так называемые тепловые насосы, с помощью которых теплота низкого потенциала, забираемая от окружающей среды с помощью затраченной извне работы, при более высокой температуре отдается внешнему потребителю.

Характеристикой совершенства работы теплового насоса является отношение отданного внешнему потребителю удельного количества теплоты к за-

траченной на это удельной работе: q1 . Коэффициент называется или l

отопительным коэффициентом, или коэффициентом теплоиспользования, или коэффициентом преобразования теплового насоса.

Работа теплового насоса в принципе не отличается от работы холодильной установки. Тепловой насос для нужд отопления применяют в тех случаях, когда имеется источник теплоты с низкой температурой (например, вода в различных водоемах; вода, получаемая после охлаждения гидрогенераторов, и др.), а также источник дешевой работы. Использование теплоты источников с низкой температурой может иметь определенное значение в районах, где будет производить-

ся огромное количество дешевой электрической энергии на гидроэлектростанциях. Применение теплового насоса для целей отопления и коммунального теплоснабжения с использованием электроэнергии от обычных конденсационных электростанций экономически нецелесообразно.

Работа теплового насоса состоит в следующем. За счет теплоты источника с низкой температурой в испарителе 1 происходит процесс парообразования рабочего тела с низкой температурой кипения (аммиак, фреон) (рис. 112). Полученный пар направляется

в компрессор 2, в котором температура рабочего тела повышается от T2 до T1. Пар с температурой T1 поступает в конденсатор 3, где при конденсации отдает свою теплоту жидкости, циркулирующей в отопительной системе. Образовав-

181

шийся конденсат рабочего тела направляется в дроссельный вентиль 4. Там он дросселируется с понижением давления от p1 до p2. После дроссельного вентиля жидкое рабочее тело снова поступает в испаритель 1.

Идеальный цикл теплового насоса аналогичен циклу паровой компрессорной холодильной установки (см. рис. 106). Если обозначить удельное количество теплоты, получаемое фреоном в испарителе, через q2, а удельное количество теплоты, отданное в отопительную систему, – через q1 и затраченную удельную работу в компрессоре – через l, то q1 q2 l.

Из рассмотрения цикла следует, что q1 i2 i4 i2 i5 , q1 i1 i5 .

Удельная энтальпия рабочего тела в результате дросселирования не изме-

350 280

сос передает количество теплоты в отопительную систему в пять раз больше, чем затрачивается работы.

В ряде случаев благоприятные условия применения теплового насоса получаются, если осуществить привод компрессора непосредственно от поршневого двигателя внутреннего сгорания. В таких установках в качестве источника теплоты с низкой температурой используют воду, охлаждающую цилиндры двигателей, а теплоту отходящих газов используют в котлах-утилизаторах отопительной системы.

Контрольные вопросы

1.На какие группы делятся холодильные установки?

2.Чем отличаются пароэжекторные и абсорбционные холодильные установки от паровых компрессорных установок?

3.Что такое холодильный коэффициент?

4.Описать воздушную холодильную установку. В чем ее недостатки?

5.Описать пароэжекторную холодильную установку.

6.Описать абсорбционную холодильную установку. Каковы ее преимущества?

7.Описать паровую компрессорную холодильную установку.

8.Изобразить идеальный цикл паровой компрессионной холодильной установки в T,S- диаграмме.

9.В каких случаях целесообразно применять тепловой насос для отопления зданий?

10.Описать идеальный цикл теплового насоса.

11.Что такое отопительный коэффициент? Его определение.

12.Какие преимущества имеет тепловой насос по сравнению с непосредственным использованием электроэнергии для отопления?

13.Особенности и преимущества теплового насоса при применении двигателя внутреннего сгорания в качестве привода для компрессора.

182

Задачи

Задача 1. Рассчитать воздушную холодильную установку при следующих условиях. Воздух поступает из холодильной камеры при давлении p1 = 0,1 МПа и температуре t1 = –15 C. В компрессоре воздух сжимается по адиабате до давления p2 = 0,4 МПа, откуда направляется в охладитель, где в изобарном процессе снижает свою температуру до t3 = +10 C. Отсюда воздух поступает в турбодетандер, где расширяется по адиабате до начального давления, после чего направляется в холодильную камеру. В камере воздух, отнимая теплоту от охлаждаемых тел, нагревается до t1 = –15 C и вновь поступает в компрессор. Определить температуру воздуха, поступающего в холодильную камеру; теоретическую работу, затрачиваемую в цикле, холодопроизводительность воздуха и холодильный коэффициент для данной установки и для установки, работающей по циклу Карно для того же интервала температур.

Решение

Температуру воздуха, поступающего в холодильную камеру, определяем из адиабатного процесса 3–4 после расширительного цилиндра:

Температуру сжатого воздуха, выходящего из компрессора, определяем из адиабатного процесса 1–2:

k 1 1,4 1

Работа, затраченная в цикле, равна разности работ: затраченной в компрессоре и полученной в турбодетандере.

Удельная работа, затраченная в компрессоре:

Удельная работа, полученная в турбодетандере:

183

Холодильный коэффициент установки, работающей по циклу Карно, для

Если холодопроизводительность установки равна Q 170 кДж, а удель- c

ная холодопроизводительность воздуха q2 67 кДж , то расход холодильного

кг

агента составит G Q 170 2,54 кг .

Теоретическая мощность, необходимая на привод компрессора:

Nтеор G l 2,54 34,4 87,38 кВт.

Задача 2. Тепловой насос подает в отапливаемое помещение при t1 = 20 C

Q 800 МДж теплоты. Определить, какое количество теплоты тепловой насос

ч

будет получать из окружающей среды, если ее температура t0 = 0 C. Принять степень совершенства теплового насоса = 0,4.

Решение

Действительное значение коэффициента преобразования:

Работа, затрачиваемая тепловым насосом:

L Q 800000 136518 кДж .

Теплота, получаемая из окружающей среды:

Q2 Q1 L 800000 136518 663482

кДж .

кг

184

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Высокие темпы развития техники, тесная связь научных исследований с современной промышленностью делают актуальной подготовку высококвалифицированных кадров. Изучение дисциплины «Теплотехника» необходимо для правильного понимания принципов расчета и конструирования технологического оборудования тепло- и массообменных аппаратов и систем.

Теплотехника как учебная дисциплина претерпевает в настоящее время существенные изменения. Если 15–20 лет назад в задачу этого курса входило прежде всего ознакомление неэнергетиков с основами превращения тепловой энергии в механическую и электрическую, то в последние годы он все заметнее приобретает прикладную направленность, все более сближаясь с отраслевой или промышленной теплотехникой.

В учебном пособии лаконично и последовательно изложены теоретические основы технической термодинамики, составляющие необходимый и достаточный объем информации для того, чтобы в дальнейшем специалист мог самостоятельно углублять знания в тех или иных областях прикладной теплотехники. Теоретический материал изложен отдельными главами, структурированность и последовательность изложения которых диктуется внутренней логикой, сопровождается иллюстрациями в виде рисунков, графиков, блок-схем и таблиц в объеме, требующем пояснения качественной или количественной связи параметров технологических процессов или физических явлений. Предназначено для студентов инженерных специальностей.

185

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Рекомендуемая лиитература

1.Левин, А. Б. Теплотехнический справочник студента [Текст] : учеб. пособие для студ. вузов, обучающихся по спец. 2602 «Технология деревообработки» и 170400 «Машины и оборудование лесного комплекса» / А. Б. Левин, Ю. П. Семенов ; Моск. гос. ун-т леса . – 2-е изд. – М. : МГУЛ, 2005. – 96 с.

2.Теплотехника [Текст] : учеб. для студ. вузов, обучающихся по напр. «Энергомашиностроение» / под ред. А. М. Архарова, В. Н. Афанасьева. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М. : Изд-во МГТУ, 2004. – 712 с.

3.Теплотехника [Текст] : учеб. для студ. техн. спец. вузов / под ред. В. Н. Лу-

канина. – 5-е изд., стер. – М. : Высш. шк., 2006. – 671 с.

4.Техническая термодинамика и теплотехника [Текст] : учеб. пособие для студ. вузов / под ред. А. А. Захаровой. – 2-е изд., испр. – М. : Академия, 2008. –

272с.

Использованная литература 1.Луканин, В. Н. Теплотехника [Текст] / В. Н. Луканин. – М. : Высш. шк., 2000. – 671 с.

2.Кудинов, В. А. Техническая термодинамика [Текст] / В. А. Кудинов,

Э. М. Карташов. – М. : Высш. шк., 2005. – 261 с.

3.Ерофеев, В. Л. Теплотехника [Текст] / В. Л. Ерофеев. – М. : Академкнига, 2006. – 488 с.

4.Нащокин, В. В. Техническая термодинамика и теплопередача [Текст] /

В. В. Нащокин. – М. : Высш. шк., 1980. – 469 с.

5.Рипс, С. М. Основы термодинамики и теплотехники [Текст] / С. М. Рипс. –

М. : Высш. шк., 1967. – 347 с.

6.Кузовлев, В. А. Техническая термодинамика [Текст] / В. А. Кузовлев. – М. :

Транспорт, 1964. – 222 с.

7.Лариков, Н. Н. Теплотехника [Текст] / Н. Н. Лариков. – М. : Стройиздат, 1985. – 432 с.

8.Баскаков, А. П. Теплотехника [Текст] / А. П. Баскаков, Б. В. Берг, О. К. Витт. – М. : Энергоатомиздат, 1991. – 224 с.

9.Дрыжаков, Е. В. Техническая термодинамика [Текст] / Е. В. Дрыжаков, С. И. Исаев, И. А. Кошинов. – М. : Высш.шк., 1981. – 439 с.

10.Кириллин, В. А. Техническая термодинамика [Текст] / В. А. Кириллин, В. В. Сычев, А. Е. Шейндлин. – М. : Энергия, 1974. – 430 с.

186