Результаты исследования

Парокомпрессионный цикл:

Влияние температурного недогрева для конденсатора и испарителя на эксергетический КПД ТН показан на рисунке 23. Из приведенных зависимостей наглядно видно, что больший вклад в увеличение КПД вносит уменьшение недогрева в конденсаторе. На рисунке 23 изображены линии для трех наборов параметров и не отражают все возможные комбинации недогревов в испарителе и конденсаторе, в связи с чем была построена плоскость, для этого созданная программа была изменена на выполнение двойного цикла, было выполнено 400 вычислений, с шагом в один градус по каждой оси (рисунок 24). На плоскости и на рисунке 23 наблюдается «перегиб» соответствующий температурному перепаду на выходе из конденсатора 3 °С, природу которого на момент написания настоящей статьи установить не удалось.

Рисунок 23 - Зависимость эксергетического КПД парокомпрессионного цикла теплового насоса от температурного перепада на выходе из испарителя и конденсатора

Рисунок 24 - Плоскость значений эксергетического КПД парокопрессионного цикла теплового насоса

Цикл с промежуточным теплообменником:

Так как для цикла с промежуточным теплообменником количество варьируемых параметров составляет 3, задача определения КПД при всех совокупностях параметров становится трехмерной. В связи с этим были построены только некоторые зависимости, позволяющие наблюдать влияние на КПД цикла не только перегрева в ПТО, но и температурных перепадов на выходе из конденсатора и испарителя (рисунок 25). Отмечено, что для цикла с ПТО, так же как и для парокомпрессионного цикла, большее значение имеет перепад в конденсаторе.

Рисунок 25 - Зависимость эксергетического КПД цикла с промежуточным теплообменником от варьируемых параметров

Важным является также тот факт, что при увеличении перегрева в ПТО эксергетический КПД не растет, как можно было бы предположить, а падает. Связано это с тем, что работа сжатия фреона, а, следовательно и затраты электроэнергии на привод компрессора увеличиваются быстрее, чем эксергия, полученная высокопотенциальным теплоносителем в конденсаторе. В среднем, прирост КПД для цикла с ПТО по сравнению с парокомпрессионным циклом составляет для тех же температур приблизительно 1-2%, для некоторых значений перегрева в ПТО КПД может быть даже меньше, чем для парокомпрессионного цикла. Наиболее целесообразно применение ПТО при необходимости увеличения температуры фреона после компрессора.

Цикл с регенерацией теплоты и переохладителем:

Исследование аналогично циклу с ПТО за исключением добавления четвертого параметра – температурного перепада в переохладителе, кроме того, температурный перепад в переохладителе ограничен температурой высокопотенциального теплоносителя на входе в него, поэтому зависимости могут быть построены только в меньшем диапазоне температур (рисунок 26).

Рисунок 26 - Зависимость эксергетического КПД цикла с регенерацией теплоты и переохладителем от варьируемых параметров

Наибольшее влияние на КПД цикла также оказывает перепад температур на выходе из конденсатора, уменьшение перегрева в ПТО приводит к увеличению КПД, что согласуется с результатами в предыдущем пункте. Увеличение количества тепла, использованного в перегреохладителе способно значительно увеличить эксергетический КПД установки, однако, имеет ограничения по возможности увеличения.

Выводы

По результатам исследования сделаны следующие выводы и рекомендации:

- наибольшее значение для парокомпрессионного цикла, и большое значение для других циклов играет величина температурного перепада на выходе из конденсатора;

-применение ПТО целесообразно для достижения определенных целей, таких как повышение температуры фреона на выходе из компрессора, но не для повышения эксергетического КПД;

-использование переохладителя значительно повышает эксергетический КПД, который взрастает с ростом температурного перепада в нем.

В связи с изложенным, представляется нецелесообразным использование в качестве испарителя и конденсатора ТН теплообменников одинакового типоразмера, как это можно видеть на примере многих производимых ТН, так как в таком случаем либо не используется полностью располагаемый КПД, либо не используется возможность на экономии материала испарителя.

Кроме того, необходимо учитывать тот факт, что уменьшение температурного напора, увеличение использования количества теплоты в теплообменниках означает увеличение их габаритов и, соответственно, стоимости. При проектировании необходимы расчеты окупаемости для каждого конкретного случая. Также необходимо помнить, что все вышесказанное относится к тепловому насосу на фреоне R407C и может быть несправедливо по применению к ТН с другими рабочими телами.