Тепловой насос − агрегат, при помощи которой осуществляется перенос энергии в форме теплоты от тела с более низкой к телу с более высокой температурой.

Независимо от типа теплового насоса и типа привода компрессора на единицу затраченного исходного топлива потребитель получает, по крайней мере, в 1,12,3 раза больше тепла, чем при прямом сжигании топлива.

Определение основных параметров теоретического цикла итребуемой объёмной производительности (подачи) компрессора.

Рис. 1. Цикл работы ТН в р-i координатах

Удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента:

(1)

Удельное количество теплоты, отдаваемое конденсатором в окружающую среду:

q ₁ = i ₂ — i ₄(2)

q ₁ = 435–266=169 · Дж/кг.

Удельное количество низкопотенциальной теплоты, подведенное из окружающей среды к испарителю:

q ₂ = i ₇ — i ₆(3)

q ₂ = 396–259=137· Дж/кг.

В процессе дросселирования работа не производится, поэтому работа цикла равна работе компрессора.

Удельная работа компрессора:

(4)

Холодопроизводительность теплового насоса:

(5)

где N = I U; ; 𝛈 = 0,6 – КПД для малых компрессоров

.

Теоретический массовый расход хладагента :

(6)

где = 629 Вт; q₀ =137·

Требуемая теоретическая объёмная производительность :

(7)

где ; λ=0,6 – коэффициент подачи компрессора.

Действительный массовый расход хладагента в компрессоре :

(8)

где – объёмная подача которого на 20% больше требуемого отсюда

Действительная холодопроизводительность компрессора Q_o:

(9)

Мощность привода компрессора.

Определение теоретической (адиабатической) мощности сжатия N_т:

(10)

Определение действительной (индикаторной) мощности сжатия N_i:

(11)

где – индикаторный КПД (для малых компрессоров )

Определение мощности на валу компрессора (эффективная мощность) N_e:

(12)

где – механический КПД компрессора;

Определение электрической мощности N_э:

(13)

где – КПД электродвигателя (для малых компрессоров )

Определение количества теплоты, отдаваемое конденсатором и испарителем.

Количество теплоты, отдаваемое конденсатором в окружающую среду:

= q₁(14)

= 169 · 0, 0046 = 0,7774 кВт = 777,4 Вт.

Количество низкопотенциальной теплоты, подведенное из окружающей среды к испарителю:

= q₂(15)

= 137 · 0, 0046 = 0, 6302 кВт = 630,2 Вт.

Полезная (действительная) мощность компрессора:

(16)

= 24000 · 0,0046 =110,4 Вт.

Потребляемая мощность компрессора:

(17)

= 0,8 · 230 = 184 Вт.

КПД компрессора:

(18)

Посчитанный КПД совпадает с заданным, значит расчет проведен правильно.

Холодильный и отопительный коэффициенты теплового насоса.

Холодильный коэффициент теплового насоса:

ε = q₂/ l_k= q₂/ (q₁ - q₂) = T₂ / (T₁ - T₂)

(19)

Отопительный коэффициент ϴ равен:

ϴ = q₁/ l_k= q₁/ (q₁ - q₂) = T₁/ (T₁ - T₂)

(20)

Значение отопительного коэффициента должно быть больше единицы, что показывает, что в систему отопления помещения отдано теплоты больше, чем работа компрессора в ϴ раз, за счет использования низкопотенциальной теплоты наружного воздуха.

Гидравлический расчет капиллярной трубки.

Длина трубки l = 26 cм = 0,26 м

Диаметр трубки d = 0,6 мм = 0,0006 м

λ = 0,03

Плотность ρ = 1,7·10³ кг/м³

Перепад давления на капиллярной трубке:

(21)

Определение скорости движения жидкого фреона внутри капиллярной трубки:

(22)

(23)

Из уравнения (22) и (23) получаем формулу:

(24)

Перепад на капиллярной трубке примерно равен разности давлений нагнетания и всасывания в компрессоре. Отсюда вывод, что расчет произведен правильно.

Литература:

1. Везиришвилли О. Ш. Энергосберегающие теплонасосные системы тепло- и хладоснабжения / О. Ш. Везиришвилли, Н. В. Меладзе. — М.: МЭИ, 1994.
2. Явнель Б. К. «Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха». — 3-е издание, — М.: Агропромиздат, 1989.
3. Справочник по теплообменникам. Т. 1: Пер. с англ.; Под ред. Б. С. Петухова, В. К. Шикова. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 560 с.
4. Васильев Г. П. Теплонасосные системы теплоснабжения (ТСТ) для потребителей тепловой энергии в сельской местности // Теплоэнергетика. — 1997.