Расчетно-экспериментальное исследование термодинамической эффективности теплонасосных установок на новых рабочих веществах

• Автор: Антаненкова, Ирина Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 164 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБЛЕМ И ВОПРОСОВ, СВЯЗАННЫХ С ВЫБОРОМ РАБОЧЕГО ВЕЩЕСТВА ТЕПЛОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ
1.1 Обзор и характеристика известных рабочих веществ
1.2 Обзор и характеристика требований к рабочим веществам
1.2.1 Законодательные ограничения
1.2.2 Термодинамическая эффективность
1.2.3 Технико-экономические требования
1.2.4 Требования к безопасности
1.3 Обзор и характеристика перспективных рабочих веществ
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЦИКЛА ТЕПЛОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ И ВЫБОР РАБОЧЕГО
ВЕЩЕСТВА
2.1 Методы повышения термодинамической эффективности цикла
2.1.1 Базовый цикл
2.1.2 «Внешняя» регенерация
2.1.3 Перераспределение тепловой нагрузки
2.1.4 «Внутренняя» регенерация
2.2 Методика сравнения термодинамической эффективности
обратных парокомпрессионных циклов
2.3 Рекомендации по выбору рабочего вещества
на основе сопоставления термодинамической эффективности
ГЛАВА 3. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
3.1 Теплонасосная установка на рабочем веществе 1
3.1.1 Экспериментальная установка
3.1.2 Результаты испытаний
3.2 Теплонасосная установка на смеси ІІСЗ18/11
3.2.1 Экспериментальная установка
3.2.2 Результаты испытаний
3.3 Теплонасосная установка на диоксиде углерода
3.3.1 Экспериментальная установка
3.3.2 Результаты испытаний
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК
4.1 Термодинамический анализ энергетической эффективности
4.2 Анализ теплотехнических характеристик
4.2.1 Теплонасосная установка на рабочем веществе ІГ
4.2.2 Теплонасосная установка на смеси КС318/Я846 (94,08/5,92).
4.2.3 Теплонасосная установка на диоксиде углерода
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Поиск рационального способа преобразования энергии посредством той или иной энергетической установки - это, прежде всего, исследование возможностей повышения ее термодинамической эффективности.
Использование теплонасосных установок (ТНУ) представляется наиболее удачным способом реализации потенциальных возможностей эффективного преобразования низкопотенциальной тепловой энергии с целью теплоснабжения и (или) горячего водоснабжения, а также для получения технологического или другого полезного эффекта. Перспективность этого направления подтверждает высокий уровень мирового спроса на теплонасосную технику [54]. В США ежегодно производится около 1 млн тепловых насосов, при этом при строительстве общественных зданий во многих случаях используются исключительно ТНУ. В Швеции 70 % теплоты для нужд теплоснабжения вырабатывается ТНУ. В Стокгольме 12 % всего отопления обеспечивается ТНУ общей мощностью 520 МВт, использующими в качестве источника теплоты воду Балтийского моря с температурой 4 - 8 °С. В Германии до 1995 г. государство предоставляло дотацию при внедрении ТНУ в размере 350 марок за каждый 1 кВт установленной мощности. Общий объем продаж выпускаемых за рубежом ТНУ составляет 125 млрд долл. США. По прогнозам Мирового энергетического комитета, к 2020 г. в мире доля ТНУ в теплоснабжении составит 75 %. В России в настоящее время массового производства тепловых насосов нет.
Современный уровень мирового развития теплонасосной техники предлагает потребителю широкий ассортимент установок различной конструкции, мощности и эффективности, конкретный выбор которых зачастую определяется целью и возможностями теплового насоса. Важным фактором, оказывающим влияние на все характеристики ТНУ, а также на решение комплексной задачи их оптимизации, является выбор рабочего вещества теплового насоса.

Общепризнанной объективной оценкой совершенства той или иной системы служит общий термодинамический метод анализа — эксергетический [4,8].
Основным параметром, определяемым в ходе эксергетического анализа и служащим оценкой термодинамического совершенства теплоэнергетического устройства, является эксергетический КПД. Для теплонасосной установки он определяется соотношением:
где дт - тепловая мощность установки, кВт;

ге = 1- - эксергетическая температурная функция (коэффициент
работоспособности тепла);
Тк - средний температурный уровень теплоты, переданной теплоприемнику (среднеинтегральная температура конденсации рабочего вещества в ТНУ), К;
Та. - температура окружающей среды, К;
N - мощность, потребляемая установкой, кВт.
Величина дт характеризует поток энергии при термическом
взаимодействии; она не содержит сама по себе никаких качественных характеристик теплового потока. Величина ^ = 0Г • г, характеризует тепловой поток и с качественной стороны, являясь мерой его пригодности к превращению в работу при заданных Тк и Тос.
2.1.1 Базовый цикл
Принципиальная схема теплонасосной установки, работающей по базовому циклу, представлена на рис. 2.1 (а). Конфигурации циклов ТНУ в Т,з-диаграмме, работающих на хладагентах с докритическим давлением в конденсаторе установки и сверхкритическим давлением в газоохладителе, представлены, соответственно, на рис. 2.1 (б) и 2.1 (в).