Як випливає з попереднього розділу, енергоефективність теплового насоса головним чином залежить від температурних рівнів Тк і Тв.
У свою чергу, вказані температури пов'язані з температурами середовищ, які вступають у теплову взаємодію з холодоагентом у тепловому насосі.
З урахуванням недорекуперації при теплообміні температура кипіння холодоагента у випарнику обчислюється за залежністю
, (2.14)
де - температура утилізованого середовища на вході у випарник;
- охолоджування утилізованого середовища у випарнику;
- різниця температур між утилізованим середовищем на виході з випарника і температурою кипіння холоадагента, обумовлена недорекуперацією теплоти.
Що стосується величини , то її визначення залежить від умов використання утилізованого середовища після випарника. Якщо дане середовище є потоком води системи оборотного водопостачання, то в цьому випадку температура відома за технологічним регламентом, і величина однозначно визначена.
При використанні як утилізованого середовища рідких або газоподібних речовин із скиданням їх після випарника в природні водоймища або навколишнє середовище, величина підтримується в межах 5-8оС відповідно забезпеченню мінімальних втрат на зовнішню незворотність при теплообміні у випарнику.
Величина залежить в основному від конструкції випарника і для кожухотрубних апаратів «вода-холодоагент» береться такою, що дорівнює 5оС. Для випарників трубчасто-ребристого або пластинчасто-ребристого типу «повітря-холодоагент» =8-10оС. У будь-якому випадку вибір типу випарника повинен переслідувати мету підтримки мінімуму , що, зрештою, призводить до зниження споживаної потужності привода теплового насоса.
Аналогічний підхід використовується і для вибору температури конденсації холодоагента.
, (2.15)
де - температура середовища споживача теплового навантаження на виході з конденсатора теплового насоса. У переважній більшості випадків ця температура задається при розрахунку або виборі теплового насоса;
- недорекуперація в зоні початку конденсації; для рідких середовищ 5оС, для газоподібних 10оС.
Окрім температур кипіння і конденсації, при розрахунку циклу теплового насоса необхідно вибрати температуру всмоктування в компресор і температуру переохолодження конденсату Т4.
Температура всмоктування визначається з урахуванням перегріву холодоагента в регенеративному теплообміннику за залежністю
. (2.16)
Температура переохолодження конденсату пов'язана з температурою входу середовища споживача у вигляді дотримання умови, обумовленого неповнотою теплообміну
, (2.17)
де менше значення береться для рідких середовищ, а більше - для газоподібних.
Приклад 2.1
Визначити орієнтовні значення теплопродуктивності, коефіцієнта перетворення і ступеня термодинамічної досконалості теплового насоса за таких умов:
- утилізоване середовище - вода річки, розрахункова температура на вході у випарник 10оС, масова витрата 10 т/год;
- середовище споживача теплового навантаження - водопровідна вода системи гарячого водопостачання з температурою надходження 15оС і випуску 45оС.
Розв’язання
За рівняннями (2-14) і (2-15) визначаємо: Тв=10-5-5=0оС (273 К) – при виборі випарника кожухотрубного типу; Тк=45+5=50оС (323 К). За рівнянням (2.11) обчислюємо
Беремо і теплоємність води в інтервалі температур і такою, що дорівнює су=4,19, кДж/кг?К визначаємо тепловий потік у випарнику:
=кВт.
Для визначення теплопродуктивності використовуємо рівняння (2.13): кВт;