Цикл теплового насоса
Выработка тепла с помощью теплового насоса как альтернатива традиционным способам теплоснабжения. Определение количества низкопотенциальной теплоты, отбираемой у окружающей среды и общего количества теплоты, передаваемой в систему отопления помещения.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.02.2013 |
| Размер файла | 90,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Лабораторная работа № 4
Цикл теплового насоса
План
1. Цель работы
2. Общие сведения
3. Экспериментальная установка
4. Порядок выполнения работы
5. Методика расчета
6. Контрольные вопросы по лабораторной работе № 4
1. Цель работы
Изучение цикла теплового насоса. Определение отопительного коэффициента цикла . Определение количества низкопотенциальной теплоты Q2, отбираемой у окружающей среды. Определение количества теплоты Q1, передаваемой в систему отопления помещения.
2. Общие сведения
Альтернативой традиционным способам теплоснабжения, основанным на сжигании топлива, является выработка тепла с помощью теплового насоса. насос теплоснабжение отопление низкопотенциальный
Тепловой насос ? установка, при помощи которой осуществляется перенос энергии в форме теплоты, от более низкого к более высокому температурному уровню, необходимому для теплоснабжения.
Независимо от типа теплового насоса и типа привода компрессора на единицу затраченного исходного топлива потребитель получает по крайней мере в 1,12,3 раза больше тепла, чем при прямом сжигании топлива.
Такая высокая эффективность производства тепла достигается тем, что тепловой насос вовлекает в полезное использование низкопотенциальное тепло естественного происхождения (тепло грунта, природных водоемов, грунтовых вод) и техногенного происхождения (промышленные стоки, очистные сооружения, вентиляция и т.д.) с температурой от +3 до +40 С, т.е. такое тепло, которое не может быть напрямую использовано для теплоснабжения.
Естественно, что тепловые насосы довольно интенсивно вытесняют традиционные способы теплоснабжения, основанные на сжигании органического топлива.
Согласно прогнозам Мирового энергетического комитета (МИРЭК) к 2020 г. 75 % теплоснабжения (коммунального и производственного) в развитых странах будет осуществляться с помощью тепловых насосов.
Этот прогноз успешно подтверждается. В настоящее время в мире работает 15-18 млн. тепловых насосов различной мощности - от нескольких киловатт до сотен мегаватт. В США более 30 % жилых домов оборудованы тепловыми насосами. В Швеции с 1984 г. по 1986 г. введены в эксплуатацию 74 крупные (от 5 до 80 МВт) теплонасосные станции. Наиболее крупной теплонасосной установкой является стокгольмская установка мощностью 320 МВт, работающая на принципе охлаждения воды, поступающей из Балтийского моря. Эта установка, расположенная на причаленных к берегу баржах, использует и зимой морскую воду с температурой 4 С, охлаждая ее до 2 С. Себестоимость тепла от этой установки на 20 % ниже себестоимости тепла, получаемого от газовой котельной. Общее количество тепла, вырабатываемого тепло насосными установками в Швеции, составляет около 50 % от потребного.
Результатом работы всякого холодильного цикла является охлаждение холодного источника и нагрев горячего за счет подвода внешней работы. Кельвин (1852 г.) предложил применить обратный цикл для целей отопления, используя его в качестве теплового насоса, который перекачивал бы теплоту, отобранную от холодного источника (внешней среды) в горячий.
Введем следующие обозначения:
q2 - удельная теплота, отбираемая от холодного источника, кДж/кг (низко потенциальная теплота);
q1 - удельная теплота (теплота, приходящаяся на единицу массы), передаваемая горячему источнику, кДж/кг (теплота, передаваемая в систему отопления помещения);
lцикла - удельная работа, подводимая от внешнего источника, кДж/кг.
Можно записать
;(4.1)
,(4.2)
где - коэффициент преобразования или отопительный коэффициент цикла. Этот коэффициент характеризует эффективность цикла теплового насоса.
Рабочий цикл теплового насоса представлен на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Рабочий цикл теплового насоса
Низко потенциальная теплота Q2 поступает в испаритель теплового насоса, где ее воспринимает рабочее тело (хладагент), циркулирующее в цикле. Источником низко потенциальной теплоты могут быть наружный воздух, природные водоемы, грунт, питьевая вода, промышленные стоки, вентиляционные выбросы и т.д. В качестве хладагентов в циклах используются теплоносители с низкой температурой кипения - углекислота, аммиак, фреоны. Хладагент поступает в испаритель в жидком состоянии. В процессе подвода теплоты Q2 к жидкому хладагенту происходит его превращение в пар (при постоянном давлении и температуре). Пары хладагента поступают в компрессор, где сжимаются, повышается их давление и температура. При сжатии в компрессоре от внешнего источника (электродвигателя) подводится работа lцикла. Нагретые пары хладагента поступают в конденсатор, где отдают свое тепло Q1 в систему отопления помещения и за счет отдачи теплоты конденсируются (превращаются в жидкость) при постоянном давлении и температуре. Жидкий хладагент поступает в дроссель, где его давление падает до давления в испарителе, а температура снижается до температуры низко потенциального источника. Цикл замыкается.
3. Экспериментальная установка
Рис. 4.2. Схема экспериментальной установки: 1 - компрессор; 2 - конденсатор; 3 - дроссельный вентиль; 4 - испаритель; 5 - электродвигатель; 6 - манометры; 7 - хромель-копелевые термопары; 8 - переключатель термопар; 9 - милливольтметр; 10 - барометр; 11 - термометр.
4. Порядок выполнения работы
1. Включить установку в сеть.
2. Дождаться выхода работы установки на стационарный режим, о котором свидетельствует неизменность показаний манометров.
3. Измерить при помощи манометров давление за компрессором и за дроссельным вентилем перед испарителем. Результаты занести в табл. 4.1.
4. С помощью барометра измерить атмосферное давление барометром В, Па. Результаты занести в табл. 4.1.
5. Измерить температуру окружающей среды термометром t о с,С. Результаты занести в табл. 4.1.
6. При помощи термопар и милливольтметра измерить температуры в конденсаторе и испарителе в милливольтах и, пользуясь градуировочной таблицей (Приложение 2), перевести их в градусы Цельсия с учетом поправки на холодный спай термопар (к табличному значению температуры в С прибавить температуру окружающей среды). Результаты занести в табл. 4.1.
Выключить установку из сети.
Таблица 4.1
|
Р 1ман, ати |
Р 2ман, ати |
В, Па |
Р 1,МПа |
Р 2,МПа |
t 1,мВ |
t 2,мВ |
t о с,С |
t 1,С |
t 2,С |
|
Рассмотренный цикл теплового насоса в Т, s-диаграмме выглядит следующим образом (рис. 4.3). Координаты Т - абсолютная температура, К;
s = dq/Т
- удельная энтропия - термодинамический параметр состояния, кДж/(кгК).
Рис. 4.3. Цикл теплового насоса: 1-2 адиабатное сжатие хладагента в компрессоре; 2-3 отвод теплоты из конденсатора в систему отопления помещения (Р 2 = соnst, t2 = соnst); 3-4 - дросселирование; 4-1 подвод низкопотенциальной теплоты из окружающей среды к испарителю (Р 1 = соnst, t1 = соnst)
В таблице термодинамических свойств хладагента (фреона-12) (Приложение 3) параметры на линии кипения (нижней пограничной кривой) обозначены параметрами с одним штрихом; на линии сухого насыщенного пара (верхней пограничной кривой) - с двумя штрихами. Между линиями кипения и сухого насыщенного пара находится область влажного насыщенного пара.
Степень сухости влажного насыщенного пара (х) - отношение массы сухого насыщенного пара к массе влажного насыщенного пара. Значение х изменяется от 0 (кипящая жидкость) до 1 (сухой насыщенный пар).
По полученным значениям температур t1 и t2 заполняется табл. 4.2.
Таблица 4.2
|
Параметры Температура |
h', кДж/кг |
h'', кДж/кг |
s', кДж/(кгК) |
s'', кДж/(кгК) |
|
|
t 1 |
|||||
|
t 2 |
Величина h - удельная энтальпия, s - удельная энтропия термодинамические параметры состояния.
5. Методика расчета
Манометры измеряют избыточное давление (давление, превышающее атмосферное). Абсолютное давление - сумма манометрического (избыточного) и барометрического (атмосферного) давления. Для определения абсолютного давления воспользуемся формулой
Р = В + Р ман,
где В - атмосферное давление, измеренное барометром, Па.
Соответственно
Р 1 = Р 1 ман 9,81 10 4 + В, Па;
Р 2 = Р 2 ман 9,81 10 4 + В, Па.
(1 МПа = 106 Па.)
Определив температуры t1 и t2, С, и давления Р 1 и Р 2, воспользуемся таблицей теплофизических свойств фреона-12 (Приложение 2).
Из рис. 4.3 видно, что точка 2 лежит на линии сухого насыщенного пара:
h 2 = h'' (t 2),, кДж/кг;
s 2 = s'' (t 2), кДж/(кгК).
Точка 3 лежит на линии кипения:
h 3 = h' (t 2), кДж/кг;
s 3 = s' (t 2), кДж/(кгК).
Процесс 3-4 - дросселирование, h = const, следовательно
h 4 = h 3, кДж/кг.
Для того, чтобы найти параметры в точке 1, надо вначале найти степень сухости в этой точке. Это можно сделать исходя из
s 1 = s 2, кДж/(кгК);
x 1 = .
Значение х 1 находится в пределах 0,91 (для проверки). Тогда
h 1 = h''(t 1) x 1 + h'(t 1) (1 - x 1), кДж/кг.
Удельное количество теплоты, отдаваемое конденсатором в систему отопления помещения:
q 1 = h 2 - h 3, кДж/кг.
Удельное количество низкопотенциальной теплоты, подведенное из окружающей среды к испарителю:
q 2 = h 1 - h 4, кДж/кг.
Удельная работа цикла
lцикла = q 1 - q 2 = h 2 - h 1, кДж/кг.
В процессе дросселирования работа не производится, поэтому работа цикла равна работе компрессора. Мощность компрессора N = 0,2 кВт.
Расход хладагента
G = N / l цикла, кг/с,
где N - кВт; l цикла - кДж/кг.
Количество теплоты, отдаваемое конденсатором в систему отопления помещения:
Q1 = q1 G, кВт.
Количество низкопотенциальной теплоты, подведенное из окружающей среды к испарителю:
Q 2 = q2 G, кВт.
Отопительный коэффициент
= q1 / l цикла.
Значение отопительного коэффициента должно быть больше единицы, что показывает, что в систему отопления помещения отдано теплоты больше, чем затрачено работы, в раз за счет использования низкопотенциальной теплоты наружного воздуха. Это следует отразить в выводах.
6. Контрольные вопросы по лабораторной работе № 4
1. Цель лабораторной работы и объект исследования.
2. Для чего нужны тепловые насосы, область их применения?
3. Устройство и принцип работы теплового насоса.
4. Источники низко потенциальной теплоты.
5. Какие вещества можно использовать в качестве хладагента в тепловых насосах?
6. Каким образом хладагент поглощает теплоту, а затем отдает ее?
7. Могут ли использоваться для теплоснабжения низко потенциальные источники теплоты напрямую без специальных устройств?
8. Является ли целесообразным обогрев помещения с помощью теплового насоса? Если да, то почему?
9. В каком направлении тепловой насос переносит теплоту (от холодного источника к горячему или наоборот)?
10. Что происходит при испарении хладагента (выделение или поглощение тепловой энергии)?
11. Что происходит при конденсации хладагента (выделение или поглощение тепловой энергии)?
12. Что характеризует отопительный коэффициент теплового насоса? Порядок его величины.
13. За счет чего происходит повышение температуры хладагента в тепловом насосе?
14. В какой части установки осуществляется подвод энергии?
15. Основные элементы экспериментальной установки и их назначение.
16. Перечислить величины, измеряемые в лабораторной работе, единицы измерения.
17. С помощью каких приборов проводились измерения?
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие теплового насоса, классификация. Источники низкопотенциальной тепловой энергии. Область применения насосов, нагнетателей и компрессоров. Решение проблемы теплового перекоса с помощью циркуляционного насоса. Пассивное и активное кондиционирование.
реферат [669,9 K], добавлен 26.12.2011Тепловой расчет здания. Расчет теплопотерь через наружные стенки, окна, полы, расположенные на грунте, и двери. Система теплоснабжения с применением теплового насоса. Выбор источника низкопотенциального тепла. Расчет элементов теплонасосной установки.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 16.10.2011Проектирование системы теплоснабжения с использованием теплового насоса (отопление и горячее водоснабжение). Теплотехнический расчет системы. Расчет системы теплового насоса, теплопередающая поверхность конденсатора и производительность хладагента.
контрольная работа [158,3 K], добавлен 04.03.2012Система отопления как совокупность конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества теплоты в обогреваемые помещения. Рассмотрение особенностей электрификации жилого дома с разработкой теплоснабжения.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 14.05.2013Характеристики элементов энергетической установки судна. Расчет теплового баланса главных двигателей. Определение количества теплоты, которое может быть использовано в судовой системе утилизации теплоты. Расчет потребностей в тепловой энергии на судне.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 01.11.2013Определение тепловой мощности системы отопления. Выбор и обоснование схемного решения системы отопления. Выбор компрессора. Компоновка теплонасосной установки. Предохранительный клапан в контуре теплового насоса. Виброизоляция оборудования установки.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 25.12.2015Изучение теоретической базы составления материального и теплового баланса парового котла теплоэлектростанции. Определение рабочей массы и теплоты сгорания топлива. Расчет количества воздуха, необходимого для полного горения. Выбор общей схемы котла.
курсовая работа [157,8 K], добавлен 07.03.2014Исследование возможности и целесообразности утилизации теплоты, отводимой кристаллизатором и роликами. Рассмотрение и характеристика основных способов получения горячей воды в кристаллизаторе и роликах при существующей геометрии охлаждаемых каналов.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 10.07.2017Определение параметров цикла со смешанным подводом теплоты в характерных точках. Политропное сжатие, изохорный подвод тепла, изобарный подвод тепла, политропное расширение, изохорный отвод тепла. Количество подведённого и отведённого тепла, КПД.
контрольная работа [83,3 K], добавлен 22.04.2015Выявление наиболее экономичного вида отопления жилых помещений. Расчет количества теплоты, которое необходимо для отопления. Сравнительный анализ различных систем отопления. Формула для внутренней энергии для идеального газа. Отопление тепловыми сетями.
реферат [53,9 K], добавлен 21.11.2010Удельная теплоемкость - отношение теплоты, полученной единицей количества вещества, к изменению температуры. Зависимость количества теплоты от характера процесса, а теплоемкости - от условий его протекания. Термодинамические процессы с идеальным газом.
реферат [81,5 K], добавлен 25.01.2009Понятие и методика измерения механического эквивалента теплоты как работы, совершение которой позволяет изменить внутреннюю энергию тела на столько же, на сколько ее изменяет передача этому телу количества теплоты 1 ккал. Формирование закона Джоуля.
презентация [678,8 K], добавлен 27.01.2015График центрального качественного регулирования отпуска теплоты. Определение расчетных расходов тепла и сетевой воды, отопительной нагрузки. Построение графика расходов тепла по отдельным видам теплопотребления и суммарного графика расхода теплоты.
курсовая работа [176,5 K], добавлен 06.04.2015Определение массовой, объемной и мольной теплоемкость газовой смеси. Расчет конвективного коэффициента теплоотдачи и конвективного теплового потока от трубы к воздуху в гараже. Расчет по формуле Д.И. Менделеева низшей и высшей теплоты сгорания топлива.
контрольная работа [117,3 K], добавлен 11.01.2015Тепловой баланс, характеристика системы теплоснабжения предприятия. Расчет и подбор водоподогревателей систем отопления и горячего водоснабжения. Расчет установки по использованию теплоты пароконденсатной смеси для нужд горячего водоснабжения и отопления.
курсовая работа [194,9 K], добавлен 18.04.2012Определение условий эксплуатации наружных ограждений. Уравнение теплового баланса здания. Тепловые потери через ограждающие конструкции. Расчет теплоты, необходимой для нагрева инфильтрующего воздуха. Гидравлический расчет главного циркуляционного кольца.
курсовая работа [911,6 K], добавлен 24.12.2014Оценка расчетных тепловых нагрузок, построение графиков расхода теплоты. Центральное регулирование отпуска теплоты, тепловой нагрузки на отопление. Разработка генерального плана тепловой сети. Выбор насосного оборудования системы теплоснабжения.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 13.10.2012Процесс превращения пара в жидкость. Расчет количества теплоты, необходимого для превращения жидкости в пар. Температура конденсации паров вещества. Конденсация насыщенных паров. Определение теплоты фазового перехода при квазистатическом процессе.
презентация [784,4 K], добавлен 25.02.2015Общее понятие теплофикации и когенерации. Условия эффективности использования газа в процессе теплофикации. Устройство теплофикационного прибора. Возникновение идеи централизованного теплоснабжения. Принцип работы и области применения теплового насоса.
реферат [26,0 K], добавлен 16.09.2010Принципиальная схема двигателя внутреннего сгорания и его характеристика. Определение изменения в процессах цикла внутренней энергии и энтропии, подведенной и отведенной теплоты, полезной работы. Расчет термического коэффициента полезного действия цикла.
курсовая работа [209,1 K], добавлен 01.10.2012
