загрузка...
 
4.2.2. Схеми ексергетичних перетворень
Повернутись до змісту

4.2.2. Схеми ексергетичних перетворень

         Для бівалентної теплонасосної установки з догрівом середовища споживача в бойлері за рахунок використання теплоносія від централізованої тепломережі схема ексергетичних перетворень наведена на рисунку 4.5.

             а)                                                 б)

 

Рисунок 4.5 - Схема ексергетичних перетворень для БТНУ (ТН+Б):

а) – установки в цілому; б) – за послідовністю компонентів;

ТН- тепловий насос; Б- бойлер

         Для даної установки можна записати:

- потік ексергії палива: ЕF =(Е1,Т/Н-Е2,Т/Н)++(Е1У-Е2У)

- потік ексергії продукту: ЕР= Е2П-Е1П,

         Величина  враховує потужність привода компресора теплового насоса, а також насоса або вентилятора для подачі у випарник утилізованого середовища.

         Ексергетична ефективність БТНУ даної комбінації у загальному випадку записується у вигляді

         .       (4.41)

         Після відповідних перетворень і з урахуванням прийнятих раніше в розділі 3.3.7 позначень отримаємо

                    (4.42)

         Тут - теплопродуктивність установки в цілому.

         Для компонентів БТНУ:

         Тепловий насос: ,

                                      .

         Бойлер:                         ,

                                      .

         Ексергетична ефективність компонентів БТНУ:

         ,                               (4.43)

         ,                   (4.44)

де- частка приросту ексергії середовища споживача в тепловому насосі:

                                             (4.45)

         .                                  (4.46)

         Для умов  і якщо  розглядається як величина віднесена до деструкції і втрат, величина  У цьому випадку

         ,                 (4.47)

         .                             (4.48)

         Розглянемо бівалентну теплонасосну установку з догрівом середовища споживача в бойлері з теплоелектронагрівачем, для якої на рисунку 4.6 представлена схема ексергетичних перетворень.

             а)                                        б)

 

Рисунок 4.6 - Схема ексергетичних перетворень для БТНУ (ТН+ТЕН)

а) - установки в цілому; б) - за послідовністю компонентів; ТН- тепловий насос; ТЕН- теплоелектронагрівач

         Для розглядуваної бівалентної теплонасосної установки маємо:

         - потік ексергії палива ;

         - потік ексергії продукту ;

         - ексергетична ефективність

         ;            (4.49)

- потужність теплоелектронагрівача

         .                        (4.50)

         Враховуючи часткові відношення теплопродуктивності за компонентами, отримаємо

         .              (4.51)

         Ексергетична ефективність компонентів БТНУ

         -теплового насоса:

;                               (4.52)

         -теплоелектронагрівача:

.                              (4.53)

         Необхідно відмітити, що ексергетична ефективність теплового насоса, що входить до складу БТНУ, як і слід було чекати виражається одним і тим самим рівнянням, якщо другий компонент (бойлер або теплоелектронагрівач) не пов'язаний з тепловим насосом іншими матеріальними або енергетичними потоками, окрім потоку середовища споживача, що нагрівається (рівність рівнянь (4.43) і (4.52))

         Схема ексергетичних перетворень для бівалентної теплонасосної установки з догрівом у теплогенераторі показана на рисунку 4.7.

             а)                                        б)

 

Рисунок 4.7 - Схема ексергетичних перетворень для БТНУ (ТН+ТГ):

а) - установки в цілому; б) - за послідовністю компонентів;

ТН- тепловий насос; ТГ- теплогенератор

         Основні показники ексергетичних перетворень:

- потік ексергії палива ;

         - потік ексергії продукту ;

         - ексергетична ефективність

         .    (4.54)

         З урахуванням перетворень рівняння (4.54) для газоподібного палива записується у вигляді

         ;                 (4.55а)

для твердого і рідкого палива:

         ,                      (4.55б)

де вирази для розрахунку (ФТГ)ГАЗ і ФТГ беруться за (3.44) і (3.46).

         Ексергетична ефективність компонентів розглядуваної бівалентної теплонасосної установки:

         - теплового насоса за рівнянням (4.43);

         - теплогенератора із споживанням паливного газу

         ;                  (4.56а)

         - теплогенератора із споживанням твердого або рідкого палива

         .                        (4.56)

         Перейдемо до розгляду схеми БТНУ з газовим нагрівом утилізованого середовища, рис.4.4. При складанні схеми ексергетичних перетворень потужності привода вентилятора і компресора теплового насоса представлятимемо роздільно на відмінну від попередніх схем БТНУ, рисунок 4.8.

 

Рисунок 4.8 - Схема ексергетичних перетворень для БТНУ з газовим підігрівом утилізованого середовища:

         а) - установки в цілому; б) - за послідовністю компонентів;

         ВТ-вентилятор; КЗ- камера згорання; ТН- тепловий насос.

         У даній схемі вузол змішування продуктів згорання з повітрям після вентилятора віднесений до компонента під назвою "камера згорання". Представимо вираз для ексергетичних показників розглядуваної БТНУ:

-потік эксергії палива:

 ;

         - потік ексергії продукту    

         - ексергетична ефективність

         ,               (4.57)

де ; - теплопродуктивність БТНУ;  ,

                                                                  ,                         (4.58)

де -питома об’ємна витрата газоподібного палива у камері згорання стосовно до повної теплопродуктивності:

         .                                       (4.59)

         При виведенні рівняння (4.57) припустимо,що Ев=Ео.с=0.

         Алгоритм визначення об’ємної витрати газу на камеру згорання  і відповідно визначення  полягає в такому:

- для вибраної температури  визначається значення коефіцієнта перетворення теплового насоса  на задану теплопродуктивність і параметри середовища споживача;

- на базі рівнянь теплового навантаження на випарник теплового насоса:

                            ,

                            ;

-визначається масова витрата утилізованого середовища  після змішування з продуктами згорання КЗ;

- на базі рівнянь матеріального і теплового балансів вузла змішування визначена необхідна масова витрата продуктів згорання:

                           

         Для визначення ентальпії продуктів згорання й інших параметрів процесу спалювання палива використовуються методики, викладені в [16] [51].

- після визначення щільності продуктів згорання і питомої витрати повітря для процесу горіння знаходять шукану величину .

         Необхідно відзначити, що збільшення ексергетичної ефективності даної БТНУ в порівнянні з тепловим насосом без підігріву утилізованого середовища можливо тільки при дотриманні умови

         .                 (4.60)

         Проте, дотримується чи ні дана умова, застосування даної схеми БТНУ дозволяє розширити діапазон застосовності атмосферного повітря в зимовий період  як утилізованого середовища.

         Перевагу даної схеми у порівнянні із звичайним варіантом теплового насоса можна встановити тільки у рамках повного ланцюга енергетичних перетворень. Для фіксованого значення теплопродуктивності:

         - енергетичний баланс ТН: ;

         - енергетичний баланс БТНУ: ,

де - тепловий потік від утилізованого середовища;

          -тепловий потік продуктів згорання.

         З даних балансових рівнянь випливає, що

.

тобто зниження споживаної потужності привода компресора, що входить до складу теплового насоса, дорівнює тепловому потоку в камері згорання (без урахування втрат у навколишнє середовище).

         Зменшення витрат ексергії викопного палива при застосуванні підігріву утилізованого середовища виражатиметься рівнянням

         ,              (4.61)

а економія газоподібного палива еквівалентна

         .            (4.62)

         У кінці необхідно відзначити, що бівалентна теплонасосна установка, що працює з витратою палива на підігрів утилізованого середовища термодинамічно еквівалентна моновалентній при порівнянні за ідеальними циклами. Вплив урахування необоротностей вимагає свого вивчення у теоретичному і експериментальному плані.



загрузка...