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 табл. 1.
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 (рис. 1).
Из анализа рис. 1 видно, что для холодильных агентов R134a и R404a 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 16°C (до этой температуры наблюдается повышение потерь), а при 24°C для агента R404a (до этой температуры наблюдается понижение потерь). Это можно объяснить малым тепловым запасом низкопотенциального источника (для R134a) и особенностью фазового перехода холодильного агента R404a. Исходя из этого следует, что R134a выгодно использовать при температурах низкопотенциального источника выше 16°C, а R404a – до температуры 24°C.
На основании полученных данных были построены графики суммарных эксергетических потерь и после математической обработки были получены аналитические зависимости суммарных эксергетических потерь от температуры низкопотенциального источника (рис. 2).
|
Номер режима |
Тепловая нагрузка QТМ, кВт |
tн1, оC |
tн2, оC |
tв1, оC |
tв2, оC |
t0, оC |
|
1 |
1,75 |
8 |
3 |
60 |
65 |
18 |
|
2 |
1,75 |
24 |
19 |
60 |
65 |
18 |
|
3 |
1,75 |
40 |
35 |
60 |
65 |
18 |
Рис. 1. Потери эксергии в тепловом насосе на R134a и R404a
Рис. 2. Сумма эксергетических потерь в тепловом насосе на R134a и R404a
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; холодильный агент R404a целесообразно использовать при температуре низкопотенциального источника до 24°C, а R134a – для температуры низкопотенциального источника выше 24°C.