ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ТЕОРИЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ из "Тепловые насосы" Назначение этой главы — дать читателю достаточные теоретические основы для анализа и сравнения различных теплонасосных циклов с различными рабочими телами. Хорошее понимание теории поможет оценить ограничения возможностей тепловых насосов, поскольку эти ограничения накладываются не только техническими проблемами, но также и законами природы. [c.15] Большая часть этой главы посвящена теплонасосному цик с механической компрессией пара, поскольку такие тепловые н сосы наиболее распространены. Затем обсуждаются два цикл куда энергия поступает только в форме тепла абсорбционнь цикл и двойной цикл Ренкина, которые авторам представляют весьма перспективными. Кратко описаны некоторые другие ци лы, которые в настоящее время вызывают интерес. [c.16] В 1824 г. Карно впервые использовал термодинамический ци1 для описания процесса, и этот цикл остается фундаментальш основой для сравнения с ним и оценки эффективности теплов насосов. [c.16] Термодинамическая схема теплового насоса н теплового двигателя. [c.16] Тепловой насос можно рассматривать как обращенную тепл вую машину. Тепловая машина получает тепло от высокотемпер турного источника и сбрасывает его при низкой температуре, о давая полезную работу. Тепловой насос требует затраты работ для получения тепла при низкой температуре и отдачи его при лее высокой (рис. 2.1). [c.16] Никакой тепловой насос, созданный в пределах нашей Вселенной, не может иметь лучшей характеристики, и все практические циклы реализуют стремление максимально приблизиться к этому пределу. [c.17] С целью приближения к простому циклу Карно, а фактически это значит — с целью создания практически полезного теплового насоса, необходимо стремиться к подводу тепла при условиях, близких к изотермическим. Для этого подбираются рабочие тела, изменяющие агрегатное состояние при необходимых температурах и давлениях. Они поглощают тепло при испарении и отдают при конденсации. Эти процессы образуют изотермы цикла. Сжатие пара, как правило, требует, чтобы пар был сухим, что вызвано особенностями механики большинства компрессоров (см. гл. 3). Попадание жидкости вместе с паром на вход компрессора может повредить его клапаны, а поступление большого количества жидкости в компрессор может вообще вывести его из строя (если не приняты предохранительные меры, например подпружиненная головка цилиндра). [c.17] Цикл с механической компрессией пара и его изображение на Т—5 (температура — энтропия) диаграмме показаны на рис. 2.3. [c.17] Теперь продемонстрируем цикл другим способом, с помощь широко применяемой на практике для парокомпрессионных цик нов диаграммы давление — удельная энтальпия (р Н), что пока зано на рис. 2.4. Далее в главе будет использоваться только така диаграмма. [c.18] Подчеркнем второе важное преимущество р—к диаграммы. Поскольку на горизонтальной оси откладывается энтальпия, она допускает прямой отсчет Qн, QL и Простое соотношение Qн=QL + W из диаграммы очевидно. В то же время диаграмма позволяет сразу оценить значение КОП. Для получения высокого КОП значение Рн должно быть велико, а (работа сжатия) должна быть мала. Пригодность того или иного рабочего тела можно быстро оценить при взгляде на его р—к диаграмму . [c.19] Описанный парокомпрессионный цикл одинаков и для теплового насоса и для холодильной машины. Его часто называют обратным циклом Ренкина или, менее точно, просто циклом Ренкина. В действительности цикл Ренкина относится к процессу в паровых турбинах при выработке электроэнергии. На Т—8 диаграмме он протекает по часовой стрелке, включая испарение и конденсацию. Подчеркнем два различия между циклом Ренкина и механическим парокомпрессионным. Первое состоит в направлении цикл Ренкина— это энергетический цикл, отдающий мощность при расширении пара в турбине. Второе различие в том, что в цикле Ренкина сжимается 100% жидкости. Действительно, обратимым по отношению к циклу Ренкина был бы цикл с расширительной машиной-, а не с необратимым расширением в дросселе. На практике, однако, разница не очень существенна. [c.19] Рабочие циклы, описанные в предыдущих разделах, существенно идеализированы. Хотя в них и учитывались практические ограничения, связанные с необходимостью сжатия только сухого пара, а также отсутствие расширительной машины, предполагалось, что КПД всех элементов составляет 100%. Покажем теперь, чем реальная машина отличается от идеальной. [c.19] Обычно ОН равен 95%. Заметим, что оба эти КПД одинаково ва ны, так как они влияют на КОП реального теплового насоса. [c.20] Его типичное значение также около 95%. [c.20] Потери имеются и в других элементах рабочего цикла, а только в компрессоре. Когда рабочее тело проходит через тепло менник, давление несколько падает. Скорость обычно стремя поддерживать достаточно высокой и исключить застойные 301 в которых собирается масло. Влияние этого падения давлен проявляется в отклонении от изотермических условий при теп. обмене (см. рис. 2.5). Фактически отклонение обычно не превос дит градуса, и на рисунке его влияние несколько преувеличе Оно проявляется как в испарителе, так и в конденсаторе. [c.20] Заметим, что переохладнтель не влияет непосредственно на КОП, поскольку избыток энтальпии, полученный при высокой температуре между точками 3 и 3, не отдается потребителю, а используется внутри цикла между точками 5 и 5 (см. рис. 2.5). Однако косвенно переохладнтель повышает КОП, поскольку позволяет воспринимать тепло при Ть более близко к изотерме. [c.21] В этом разделе рассмотрены типичные величины, характерные для теплового насоса, применяемого с целью восстановления тепла. Возможные показатели реального цикла связывают с показателями цикла Карно. [c.21] Вернуться к основной статье