Актуальность работы. Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов представляет собой одну из актуальных проблем. Одним из перспективных путей решения этой проблемы является применение новых энергосберегающих технологий и оборудования, использующих вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) и нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ) [1].
Теплонасосные установки (ТНУ), используя возобновляемую низкопотенциальную энергию окружающей среды и повышая ее потенциал до уровня, необходимого для теплоснабжения, затрачивают в 3–8 раз меньше первичной энергии, чем при сжигании топлива традиционными способами [1].
Повышение эффективности ТН за счет совершенствования их рабочих циклов и схем составляет основу современных исследований в области теплонасосных технологий. В целом термодинамическое совершенство обратных циклов ТН в значительной степени определяет технико-экономическую и экологическую эффективность теплонасосных технологий [2].
Цель работы. Определение эффективности работы теплового насоса в зависимости от начальной температуры низкопотенциального теплоносителя.
Для проведения исследований была разработана экспериментальная установка, позволяющая моделировать температуру низкопотенциального источника и мощность компрессоров. Полученные результаты эксперимента представлены в таблице 1.
Таблица 1
|
Номер режима |
Тепловая нагрузка |
|
|
|
|
|
|
1 |
1,75 |
8 |
3 |
60 |
65 |
18 |
|
2 |
1,75 |
24 |
19 |
60 |
65 |
18 |
|
3 |
1,75 |
40 |
35 |
60 |
65 |
18 |
ТМ, кВт
н1, 0C
Эксергетическое исследование теплонасосной системы, учитывающее их системные связи с внешним окружением, для широкого диапазона изменения рабочих параметров проводилось согласно методики [3,4]. Результаты исследования представлены на графиках (рисунок 1).
Рис. 1. Потери эксергии в тепловом насосе на R134a
Из анализа рисунка 1 видно, что для холодильного агента R134a при увеличении температуры низкопотенциального источника эксергетические потери, происходящие в тепловом насосе, уменьшаются. Однако для эксергетических потерь в испарителе наблюдается экстремумы функций, для агента R134a при температуре 160C (до этой температуры наблюдается повышение потерь). Это можно объяснить малым тепловым запасом низкопотенциального источника (для R134a). Исходя из этого следует, что R134a выгодно использовать при температурах низкопотенциального источника выше 160C.
Рис. 2. Потери эксергии в тепловом насосе на R404a
Из анализа рисунка 2 видно, что для холодильного агента R404a при увеличении температуры низкопотенциального источника эксергетические потери, происходящие в тепловом насосе, уменьшаются. Однако для эксергетических потерь в испарителе наблюдается экстремумы функций, для агента R404a при температуре 240C (до этой температуры наблюдается понижение потерь). Это можно объяснить малым тепловым запасом низкопотенциального источника и особенностью фазового перехода холодильного агента R404a. Исходя из этого следует, что R404a выгодно использовать при температурах низкопотенциального источника выше 240C.
В результате математической обработки экспериментальных данных были получены аналитические зависимости суммарных эксергетических потерь от температуры низкопотенциального источника (рисунок 3).
Для R134a
(1)
Для R404a
(2)
Рис. 3 Сумма эксергетических потерь в тепловом насосе на R134a и R404a
На основании полученных данных были построены графики суммарных эксергетических потерь из анализа рисунка 3 видно: для холодильного агента R404a целесообразно использовать при температуре низкопотенциального источника до 24оC, а R134a — для температуры низкопотенциального источника выше 24оC.
Заключение
В результате проведенных исследований было установлено: при повышении температуры теплоносителя эксергетические потери в тепловом насосе уменьшаются; для наиболее эффективной работы теплового насоса необходимо использовать более высокую температуру низкопотенциального источника теплоты.
Литература:
1. Алимгазин А. Ш., Бахтиярова С. Г., Бергузинов А. Н. Экологические аспекты применения теплонасосных технологий для теплоснабжения различных объектов в Республике Казахстан // Вестник ПГУ. 2010. — № 1. — с. 42–52.
2. Бродянский В. М., Фратшер В., Михалек К. Эксергический метод и его приложения. Под ред. В. М. Бродянского. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 288 с.
3. Николаев, Ю.Е., Бакшеев, А. Ю. Определение эффективности тепловых насосов, использующих теплоту обратной сетевой воды ТЭЦ // Промышленная энергетика. 2007. — № 9. — С. 14–17.
4. Бубялис Э., Шкема Р. Перспектива ретрофита R22 и энергетические характеристики теплового насоса на базе компрессора КХГ-14.-1 // Промышленная теплотехника, 2001.– Т.23, № 1–2.– С. 79–83.
