Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние вопроса использования тну в системах теплоснабжения 11
1.1. Современный уровень развития теплонасосной техники 11
1.2. Основные направления развития теплонасосной техники 22
1.2.1 Совершенствование конструкций компрессоров ТН 24
1.2.2 Создание новых хладагентов для ТНУ 26
1.2.3 Совершенствование конструкции теплообменных аппаратов ТН 28
1.2.4 Исследование эффективности использования различных НПИТ 31
1.2.5 Использование низкотемпературных систем отопления 37
1.2.6 Оптимизация энергоэкономических параметров ТСТ 38
1. 3. Выводы и постановка задач исследований 39
Глава 2. Обоснование возможности совершенствования термодинамического цикла и конструкции теплового насоса на основе эксергетического анализа 41
2.1. Анализ термодинамического цикла традиционного теплового насоса 41
2.1.1 Определение внутренних и внешних потерь эксергии в ТН 44
2.1.2 Определение собственных и технических потерь эксергии в ТН 51
2.1.2.1 Потери эксергии в компрессоре ТН 53
2.1.2.2 Потери эксергии в конденсаторе 54
2.1.2.3 Потери эксергии в регенеративном ТОА 58
2.1.2.4 Потери эксергии в испарителе ТН 61
2.2 Методы повышения эффективности конденсатора 64
2.3 Сравнительный анализ предложенных методов 72 2.4. Анализ термодинамического цикла теплового насоса при модификации его конструкции 75
Глава 3. Экспериментальное исследование работы двухцелевого теплового насоса 81
3.1 Схема экспериментальной установки 81
3.2 Методика проведения экспериментов 88
3.3 Обработка опытных данных и оценка погрешностей 95
3.4 Анализ результатов исследований 100
Глава 4. Децентрализованные системы теплоснабжения на базе тепловых насосов 128
4.1. Децентрализованная система теплоснабжения на базе традиционного (одноцелевого) теплового насоса 131
4.2. Децентрализованная система теплоснабжения на базе двухцелевого ТН 156
Основные результаты работы 175
Литература 177
Приложения:
Приложение 1. Экспериментальные данные и результаты обработки экспериментальных данных. 195
Приложение 2. Акты внедрения результатов исследований в производство и учебный процесс
- Основные направления развития теплонасосной техники
- Использование низкотемпературных систем отопления
- Определение внутренних и внешних потерь эксергии в ТН
- Методика проведения экспериментов
Введение к работе
Актуальность темы. Снижение энергоемкости экономики России рассматривается в федеральной программе ЭС-2020 как ключевой фактор сокращения затрат общества на энергообеспечение, повышение конкурентоспособности продукции отечественных товаропроизводителей и уменьшение нагрузки на окружающую среду. Исходя из этого были определены основные приоритеты научно-технической политики в этом направлении: разработка новых энергосберегающих технологий и оборудования; использование вторичных энергетических ресурсов; использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, в том числе энергетического потенциала существующих в природе градиентов температур.
Как известно, одним из эффективных энергосберегающих устройств является тепловой насос (ТН), в котором низкопотенциальная теплота различных природных и промышленных источников преобразуется в теплоту, пригодную для использования на нужды теплоснабжения.
Исследованию термодинамических процессов, происходящих в ТН, в настоящее время посвящено большое количество научных публикаций. К ним относятся работы Н.И. Гельперина, А.Ф. Иофе, Г.Ф.Ундрица, А.М.Регирера, В.А.Зысина, Е.И.Янтовского, Ю.В. Пустовалова, B.C. Мартыновского, В. М. Бродяиского, Е. Я. Соколова и многих других. Однако, как показал проведенный анализ, возможности модернизации элементов тепло-насосных систем теплоснабжения и поиска современных энергосберегающих технических решений далеко не исчерпаны. В связи с этим усовершенствование термодинамического цикла и конструкции ТН, оптимизация теплона-сосных систем теплоснабжения и режимных параметров этих систем являются актуальными задачами.
Настоящая работа выполнялась в рамках научного направления Воронежского государственного технического университета "Физико-технические
проблемы энергосбережения и экологии ", тема ГБ 01.12 (№ гос. per. 01200117677).
Цель и задачи исследования. Повышение эффективности ТН за счет рационализации термодинамического цикла и усовершенствование его конструкции, создание инженерной методики расчета оптимального распределения тепловой нагрузки между основным (ТН) и пиковым источниками теплоты в системах теплоснабжения. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
обоснование возможности усовершенствования термодинамического цикла и модернизации конструкции ТН за счет более эффективного использования потенциала перегретых паров рабочего тела на выходе из компрессора;
создание экспериментальной установки для исследования энергетических параметров теплового насоса;
проведение экспериментальных исследований для проверки адекватности выводов теоретического исследования, а также получения эмпирических соотношений для определения энергетических характеристик теплового насоса;
- разработка и реализация методов оптимизации и инженерных расче
тов параметров децентрализованных систем теплоснабжения на базе тради
ционного и усовершенствованного тепловых насосов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
по результатам анализа термодинамического цикла ТН при использовании эксергетического метода обоснована и экспериментально подтверждена необходимость усовершенствования его конденсатора;
разработаны принципиальная схема двухцелевого теплового насоса (ДТН) и конструкция его конденсатора, отличающегося тем, что он состоит
из двух теплообменников, предназначенных для охлаждения перегретых паров рабочего тела (ОП) и их последующей конденсации (К);
в результате обобщения опытных данных получены эмпирические соотношения для определения энергетических характеристик ТН и ДТН;
разработана инженерная методика расчета и оптимизации децентрализованных систем теплоснабжения на базе ТН и ДТН, отличающаяся тем, что в качестве целевой функции принят расход топлива, а в качестве параметра оптимизации - температура конденсации рабочего тела Тк.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
Подтверждается использованием фундаментальных методов анализа и совершенствования термодинамических циклов, а также результатами экспериментальных исследований в лабораторных и промышленных условиях.
Практическая значимость и реализация результатов.
Разработана схема ДТН с улучшенными технико-экономическими показателями, которая позволяет одновременно производить теплоноситель двух температурных уровней: 45 + 60 С и 60+- 80 С. Предложены инженерные методики расчета и оптимизации параметров децентрализованных систем теплоснабжения на базе ТН и ДТН.
Материалы диссертационной работы внедрены в практику промышленных предприятий, а также использованы в учебном процессе при изложении лекционного курса и проведении практических занятий по дисциплине "Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий", а также в курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы представлялись на 5-й школе-семинаре "Эксергетический метод анализа технических систем и экономия энергетических и материальных ресурсов" (Запорожье, 1992), 6-й школе-семинаре "Рациональное использование энергетиче-
ских и материальных ресурсов: прикладной энергетический анализ" (Николаев, 1994), международной научной конференции "Проблемы энергетики Казахстана" (Павлодар, 1994), выставке "МЭИ — 94. Экология и медицина" (Москва, 1994), Второй Международной научно-практической конференции "Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы)" СЭТТ - 2005 (Москва. 2005), научно-технических конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов. Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения (Воронеж, 2004 - 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит: [1] - развитие метода эксергетического анализа теплонасосных установок; [2, 13]- разработка энергосберегающих систем теплоснабжения на базе ТН; [3]- анализ возможности практического использования ТН на предприятиях химического профиля; [4-6, 10, 14] - обоснование возможности повышения эффективности ТН за счет разделения конденсатора на две секции: конденсации и охлаждения перегретых паров рабочего тела; 17] - экспериментальное исследование ДТН; [8. 9] - разработка схемы ДТН и конструкции конденсатора; [11, 12] - разработка инженерной методики расчета и оптимизации параметров децентрализованных систем теплоснабжения на базе ДТН и ТН.
Объем и структура работы. Материалы диссертации изложены на 206 страницах. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов работы, библиографического списка, включающего 200 наименований, двух приложений и содержит 42 рисунка и 32 таблицы.
Автор благодарит коллективы кафедры Теоретическая и промышленная теплоэнергетика" Воронежского государственного технического университета и кафедры "Промышленные теплоэнергетические системы" Московского энергетического института (ТУ) за содействие и помощь, оказанные ему в процессе проведения работ, за ценные советы и консультации.
Основные направления развития теплонасосной техники
Принципиальная схема традиционного ТН показана на рис. 1.1 Основными элементами парокомпрессионного ТН являются компрессор КМ с газомоторным или электроприводом, конденсатор К, регенеративный теплообменник РТ, испаритель И, дроссель ДР. Эти элементы, связанные между собой системой трубопроводов, создают единый замкнутый циркуляционный контур. Термодинамические основы работы парокомпрессионных ТН подробно изложены в работах [72-77].
По аналогии с ХМ, определяющими энергетическими характеристиками ТН являются: теплопроизводительность конденсатора (QK, КВТ); тепловая нагрузка (холодопроизводительность) испарителя (Qo, кВт); потребляемая мощность привода компрессора (NKM КВТ).
Принципиальная схема теплового насоса: КМ - компрессор; К конденсатор: РТ - регенеративный ТОА: ПР - привод: ДР - дроссель: И - испаритель: t„i - температура НПИТ до испарителя; -температура НПИТ после испарителя; tBt - температура теплоносителя после конденсатора; — температура теплоносителя до конденсатора; QK -теплопроизводительность конденсатора, кВт; Qo - холодопроизводительность испарителя, кВт; NKM - потребляемая мощность привода компрессора; 1, 2, 3, 4, 5, 6 - точки схемы, характеризующие состояние рабочего тела
Коэффициент преобразования \х может изменяться от 2 до 7, а эксерге-тический КПД Г] тн, который характеризует качество произведенной теплоты и степень отклонения реального термодинамического процесса от идеального, составляет 25- -70 %. Как показывают оценки [75, 78, 79], применение ТСТ становится экономически эффективным при среднегодовом Д, 2,3-i- 2,7. Теплонасосные системы тепло - и теплохладоснабжения состоят из следующих структурных элементов: собственно ТН, система теплоснабжения, НПИТ или система холодоснабжения (СХС). Кроме них в системе тепло HI снабжения могут быть дополнительно использованы резервные и пиковые источники теплоты и баки-аккумуляторы (теплоаккумуляторы).
Схемное решение ТСТ определяет выбор основных и дополнительных элементов системы, связь между элементами и эффективность ее работы в целом. Технические характеристики отдельных элементов и степень их автоматизации оказывают влияние на энергоэкономические показатели системы. Рассмотрим основные направления совершенствования теплонасосной техники.
Совершенствование конструкций компрессоров ТН. На протяжении многих лет производство ТН базировалось на элементной базе холодильных машин, что связано с аналогией термодинамических процессов, лежащих в основе их работы. Однако различный уровень рабочих температур и давлений рабочего тела (хладагента) предъявляет ряд специфических требований к этим конструкциям. Самым распространенным типом компрессора в настоящее время является поршневой и происходящие в нем процессы изучены достаточно подробно [7, 73, 80 - 90]. В результате исследований последних лет выявлены возможности дальнейшего улучшения характеристик компрессоров путем обеспечения плавного регулирования их производительности, повышения надежности, снижения шума, уменьшения энергоемкости, весогабаритных и стоимостных показателей [7]. Неравномерный график тепло - и холодопотребления в системах теплохладоснабжения требует одновременного регулирования отпуска теплоты и холода, что в ряде случаев обеспечивается путем использования дополнительных источников теплоты и теплоаккумуляторов. Регулирование производительности компрессоров чаще всего осуществляется ступенчато путем их периодического пуска и останова, однако это приводит к сокращению сроков их службы и не позволяет в полной мере использовать энергосберегающий потенциал ТН вследствие их работы в нерасчетных переходных режимах. Наиболее прогрессивным в настоящее время способом регулирования производительности компрессора является изменение скорости вращения вала с помощью элек -24 тронных микропроцессорных устройств [8, 91]. Такое регулирование обеспечивает эксплуатацию ТН в расчетном режиме и сокращает до минимума число пусков компрессора.
Как отмечалось выше, компрессоры ТН работают при более высоких температурах и давлениях, чем компрессоры ХМ. Если степень повышения давления в поршневых компрессорах ХМ (я = Р1ига / Рвсас) не должно превышать 6 -7, а разность между давлением нагнетания и всасывания АР = Рнагн -Рвсас (МПа) должно быть порядка 11, то в компрессоре ТН в нормальном режиме работы л = 9 -т- 10, а может достигать 15 - - 17. При этом весь шатунно-поршневой механизм, коленвал, масляный насос и механизм его привода работают в запредельном режиме. В итоге ресурс работы холодильной техники в теплонасосном режиме резко сокращается. Так из 7 поршневых холодильных компрессоров П-220 и трех П-110, которые фирма ЗАО "Энергия " в начале свой деятельности смонтировала в качестве ТН, ни один не отработал даже трети ресурса положенного при работе в холодильном режиме. В итоге ЗАО "Энергия " была вынуждена модернизировать компрессорные агрегаты для теплонасосного исполнения. Это поршневые компрессоры П-220 и П-110 с усиленным коленвалом, поршневой группой, маслонасосом и маслонасос-ным приводом. Также были разработаны винтовые компрессоры 21АТ-360-4-1, 21АТ-550-4-1, 21АТ-1400-1-3 и 21АТ-1100-4-1 с рабочими телами R-12 и альтернативным ему рабочим телом С-10 и R-142B - "высокотемпературным", позволяющие получать горячую воду, с температурой до 80 С [7]. Винтовые компрессоры выполнены совместно с предприятием ОАО "Пенз-компрессормаш" [92].
В более крупных установках используются высокоэкономичные винтовые (250 кВт NKM 3000 кВт) и центробежные (NKM 3 000 кВт) компрессоры, а в перспективе предполагается вытеснение поршневых компрессоров за счет расширения области применения винтовых.
Использование низкотемпературных систем отопления
Использование низкотемпературных систем отопления. Развитие производства ТН (которые имеют относительно невысокие рабочие температуры конденсации рабочего тела), низкотемпературных котлов (с конденсацией уходящих газов) и солнечных гелиоколлекторов требует системного подхода к разработке ТСТ. Использование низкотемпературных теплогенераторов, например, осуществляется в сочетании с низкотемпературными, чаще всего напольными, системами отопления [178-183]. Конструкции напольных систем отопления разделяются на "мокрые", в которых трубы замоноличены в дисперсный раствор с предварительным креплением их специальными зажимами, и "сухие", в которых трубы размещены в пазах ложементов с заполнением зазоров теплопроводной мастикой. Как показывает опыт, температура воздуха в помещении при напольном отоплении по сравнению с традиционными системами может быть уменьшена на 2 С без снижения комфортности, а нагрузка системы отопления уменьшена на 5-40% [24]. В то же время по гигиеническим и медицинским соображениям эта температура не должна превышать 28 С (для ванных комнат - 33 С). Рекомендуемые значения параметров напольных систем при наружном диаметре труб dH = 20 мм составляют: S 300 мм (где s - шаг труб), q 100 Вт/м2 (где q - плотность теплового потока от теплоносителя к воздуху в отапливаемом помещении), Rn 0,23 м2 -К / Вт (где Rn - термическое сопротив ление материала пола). При этом разность между температурой поверхности пола и температурой воздуха в помещении не должна превышать 5 С, а разность между температурой поверхности пола хПов и температурой внутренних поверхностей, не обогреваемых наружных ограждений - 10 С. В настоящее время низкотемпературные системы напольного отопления являются наиболее перспективными в ТСТ вследствие обеспечения высоких технико-экономических показателей и наиболее комфортных условий в помещениях.
Оптимизация энергоэкономических параметров ТСТ. Экономический эффект от применения ТН в системах теплохладо-снабжения достигается за счет экономии органического топлива, повышения уровня комфортности проживания, а также сокращения ущерба от загрязнения окружающей среды продуктами сгорания. Однако, капиталоемкость ТСТ в сочетании с неблагоприятным (для России) соотношением стоимостей топлива и электроэнергии являются серьезными сдерживающими факторами для их широкого внедрения. Так при работе солнечно-теплонасосной системы теплоснабжения [139] достигнуто снижение расхода энергии на 55 %, однако вследствие значительности капиталовложений в нетрадиционную систему стоимость единицы произведенной тепловой энергии оказалась на 49 % выше, чем при использовании традиционной системы с топливным котлом. Таким образом, конкурентоспособность ТСТ может быть обеспечена лишь при комплексной оптимизации их энергетических параметров, к важнейшим из которых относятся, тепловая мощность и конструкция ТН, температуры кипения и конденсации рабочего тела, температурный уровень и тип системы отопления, степень замещения ТН тепловой нагрузки, параметры НПИТ. В работах [24, 27, 72 -74, 78, 184] достаточно подробно изложены методы расчета энергетических, эксергетических и экономических показателей ТН. Однако проведенный выше анализ показывает, что возможности совершенствования термодинамического цикла и конструкции ТН далеко не исчерпаны, инженерные методы оптимизации технико-экономических показателей ТСТ разработаны недостаточно.
Анализ современного состояния вопроса использования тепловых насосов в системах теплоснабжения позволяет сделать следующие выводы:
Эффективность применения ТН в системах тепло- и теплохладоснаб-жения в настоящее время доказана теоретически и подтверждена их практическим использованием. Определены наиболее перспективные области их внедрения, к которым относятся промышленные и сельскохозяйственные предприятия, а также курортно-оздоровительный сектор. Мировой опыт показывает целесообразность внедрения ТН в системах теплоснабжения индивидуальных зданий. В средней полосе России, в южных и некоторых других регионах страны, с мягким и умеренным климатом, складываются благоприятные условия для развития данного способа получения тепловой энергии. Обоснована возможность использования ХМ в режиме ТН, однако для получения оптимальных технических характеристик необходимо освоение производства специального теплонасосного оборудования (с учетом особенностей России).
Термодинамические процессы, происходящие в ТН, изучены достаточно подробно и в вопросах конструирования ТН, создания новых рабочих тел, исследования эффективности использования различных НПИТ, теплоакку-муляторов и низкотемпературных систем отопления накоплен значительный опыт. Однако возможности оптимизации конструкции отдельных элементов ТН, поиска современных, энергосберегающих технических решений, создания новых рабочих тел, далеко не исчерпаны. Созданы высокоэффективные ТОА, а именно: конденсаторы, испарители, переохладители, регенеративные теплообменники, маслоохладители. Они проектируются и изготавливаются с учетом специфических особенностей работы в составе ТНУ. Тем не менее, появление новых рабочих тел требует разработки ТОА с учетом их особен -39 ностей (термодинамических и теплофизических свойств) в каждом конкретном случае. В частности, недостаточное внимание уделяется эффективному использованию теплового потенциала перегретых паров рабочего тела после компрессора.
Разработанные методы расчета энергетических, эксергетических и экономических показателей ТН не позволяют в полной мере производить оценку эффективности применения теплонасосного варианта теплохладоснабжения, а инженерные методы оптимизации энергоэкономических показателей ТСТ разработаны недостаточно. Это ограничивает возможности проектирования высокоэффективных систем теплоснабжения и их широкое распространение. Исходя из этого, сформулирована цель настоящей работы - рационализация термодинамического цикла и конструкции ТН, создание инженерной методики оптимального распределения тепловой нагрузки между теплона-сосной установкой (основной источник теплоты) и пиковым источником теплоты в децентрализованных системах теплоснабжения.
Определение внутренних и внешних потерь эксергии в ТН
Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы. Внешние потери эксергии составляют всего 0,05 евх и соответствуют электромеханическим потерям эксергии в двигателе компрессора. Внутренние потери эксергии в ТН по элементам распределяются следующим образом: - компрессор (0,139евх); - дроссель (0,138евх); -конденсатор (0,093евх); - испаритель (0,064евх); - регенеративный теплообменник (0,034евх). Таким образом: в первую очередь необходимо устранять потери в компрессоре и дросселе, затем в теплообменных аппаратах (конденсаторе, испарителе, РТ). Однако такой анализ не является достаточно строгим, т.к. остается неясным в какой степени можно устранить потери эксергии в том или ином элементе ТН. Например: потери эксергии в ТОА и дросселе относятся к внутренним потерям и составляют значительную долю общих потерь в ТН. Снижение их величины позволило бы значительно повысить эксергетический КПД всего ТН. Потери в дросселе снизить, а тем более устранить полностью невозможно, т.к. эти потери соответствуют природе происходящего процесса в данном устройстве, т.е. относятся к собственным потерям. В ТОА можно устранить потери, которые вызваны несовершенством тепловой изоляции, гидравлическим сопротивлением и интенсивностью теплообмена (теплообменом при конечных разностях температур), т.е. относятся к техническим потерям.
Данный уровень анализа предполагает деление внешних и внутренних потерь эксергии на собственные и технические потери, т.е. в зависимости от вызывающих их причин. Определение собственных и технических потерь эксергии дает возможность установить степень совершенствования каждого элемента ТН [188, 189].
Собственные потери эксергии, в отличие от технических потерь, не могут быть устранены при данной схеме ТН. Технические потери эксергии могут, а следовательно должны устраняться различными режимными и конструктивными решениями. Так, например, в компрессоре к собственным потерям относятся потери, обусловленные нагревом рабочего тела от горячих поверхностей клапанов и стенок цилиндров, а к техническим потерям относятся потери, связанные с наличием мертвого пространства и неплотностей в цилиндре. В дросселе, как было отмечено выше, возникают только собственные потери. Собственные потери в ТОА обусловлены разностью температур теплообменивающихся сред вдоль поверхности аппаратов вследствие неэквивалентности потоков. Технические потери в ТОА - это потери, вызванные наличием конечной разности температур в них, что связано с конечными размерами поверхностей теплообмена, конечными значениями коэффициентов теплопередачи, а также гидравлические потери и потери через тепловую изоляцию.
С целью подтверждения этих утверждений проведем такой анализ для ТН и условий раздела 2.1, т.е. предполагая разделение собственных и технических потерь по отдельным элементам. При проведении расчетов приняты следующие допущения:
1. Конечные разности температур в зоне конденсации конденсатора и в испарителе равны нулю, т.е. AtK = О С и At„ = О С, а площадь их поверхности теплообмена стремится к бесконечности.
2. Конечные разности температур в зоне охлаждения перегретых паров рабочего тела конденсатора и в регенеративном ТОА считаем равными нулю, а площадь поверхностей теплообмена стремится к бесконечности.
3. Во всех элементах ТН отсутствуют гидравлические потери и потери теплоты в окружающую среду.
4. Так как рассматривается теоретический компрессор, с адиабатическим сжатием рабочего тела, то считаем, что в цилиндре отсутствует мертвое пространство, а также отсутствуют трение и потери давления, т.е. А = 1 (полная герметичность цилиндра КМ); Х« = 1 (коэффициент вредного пространства а = 0); х = 1; A v = Tj/TK (в неохлаждаемом КМ Ху, всегда будет меньше 1, вследствие нагрева паров рабочего тела при сжатии, т.к. процесс сжатия не изотермический).
Методика проведения экспериментов
В программу экспериментальных исследований входило: 1) исследование влияния разделения конденсатора ТН на два отдельных теплообменных аппарата (ОП и непосредственно сам конденсатор) на работу всего ТН и сравнение двух вариантов ТН (с ОП и без ОП). 2) исследование работы ТН при изменении расхода воды через ОП при фиксированных значениях всех остальных параметров. 3) исследование влияния режимов работы испарителя (температуры испарения Т0) на работу конденсатора и ОП. В процессе проведения экспериментов проводится измерение следующих параметров: - температур: tp перегретого пара фреона на входе в компрессор I; t2 перегретого пара фреона на входе в ОП IV; t3 - паров фреона после ОП IV; t3 -паров фреона после вентиля VII, на входе в конденсатор III; t4 - жидкого фреона на выходе из конденсатора III; ts - влажного пара фреона на входе в испаритель V; t6 - НПИТ на входе в испаритель V; t7 - НПИТ на выходе из испарителя V; t8 - воздуха в помещении; t9 - НПИТ на выходе из электрово донагревателя XIV; tio- нагреваемой воды на входе в конденсатор III; tn нагретой воды на выходе из конденсатора III; t - нагретой воды на входе в охладитель перегретых паров фреона IV; tn -горячей воды на выходе из охладителя перегретых паров фреона IV; tn- воды в системе, моделирующей потребителя нагретой воды, после теплообменника IX; ti5- воды в расширительной емкости X; ti6- НПИТ в расширительной емкости XV. - давлений: Pi - перегретого пара фреона на входе в компрессор I; Р2 перегретого пара фреона на выходе из компрессора I; Р3 - пара фреона на вы ходе из ОП IV; Р3- пара фреона на входе в конденсатор III; - расходов: GK - нагреваемой воды, поступающей в конденсатор III; GH -НПИТ, поступающего в испаритель V; Gon - горячей воды, выходящей из охладителя перегретых паров фреона IV; - потребляемых электрических мощностей: NKM - компрессора I и N3 -электроводонагревателя XIV.
Измерение температуры производилось с помощью термопар типа "хро-мель-копель" индивидуальной градуировки, холодные спаи которых находились при температуре t = О С в сосуде Дыоара. Измерение температур t8, tis и t]6 осуществлялось также с помощью образцовых ртутных термометров, размещенных в помещении и в расширительных емкостях X и XV. Термо-ЭДС термопар регистрировались универсальным цифровым вольтметром В7 - 21 класса 0.1. Последовательный "опрос" термопар осуществлялся вручную с помощью переключателей. Для устранения электрического контакта с трубопроводами "горячие" спаи термопар тщательно изолировались папиросной бумагой толщиной 20 мкм и наклеивались с помощью клея БФ-2 на стенки трубопроводов.
Измерение давлений Р2 перегретого пара фреона на выходе из компрессора I, Р3 пара фреона на выходе из ОП IV, Р3 пара фреона на входе в конденсатор III, Pi перегретого пара фреона на входе в компрессор осуществлялось с помощью образцовых манометров класса 0,5 с верхними пределами измерений 5 кгс/см (определение Pj) и 25 кгс/см (определение Р2, Рз И Р3 ). Потребляемая электрическая мощность NKM компрессора I ТН измерялась с помощью измерительного комплекта К - 50 класса 0,5. Измерение потребляемой электрической мощности N3 электроводонагревателя производилось по показаниям стрелочного амперметра типа Э8021 класса 2,5 и вольтметра типа Э421 класса 2,5.
В задачу исследования входило изучение влияния различных режимных параметров и применения ОП в конструкции ТН на потребляемую электрическую мощность компрессора NKM, теплопроизводительности ОП Qon и конденсатора QK, тепловую нагрузку испарителя Q„, коэффициент преобразования [і и эксергетический КПД Гтн ТН. В процессе проведения опытов установление очередного режима работы обеспечивалось путем фиксации определенных давлений кипения Р0 = const и конденсации Рк = const фреона. Эксперименты проводились в следующей последовательности:
1. Открываются вентили В12, ВІЗ в системе конденсатора III и В14,В15 в системе НПИТ испарителя V, в линии подачи холодной воды В2 - В4, причем устанавливается некоторое промежуточное положение вентиля ВЗ. Закрываются вентили В10, В11 в байпасных линиях насосов VIII и XIII, соответственно. Т. к. в ТН отсутствует РТ, а компрессор ФВ6 - поршневой, то для предварительного подогрева фреона в испарителе открывается вентиль В8 в линии горячей воды XVI системы горячего водоснабжения лаборатории.
