НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК


НОВОСИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ISSN (печатн.): 1814-1196          ISSN (онлайн): 2658-3275
English | Русский

Последний выпуск
№3(72) Июль - Сентябрь 2018

Повышение термодинамической эффективности рабочих циклов парокомпрессионных тепловых насосов

Выпуск № 2 (71) Апрель - Июнь 2018
Авторы:

Миронова Нина Владимировна,
Елистратов Сергей Львович,
Овчинников Юрий Витальевич,
Томилов Виталий Георгиевич
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1814-1196-2018-2-143-156
Аннотация

В настоящей работе рассмотрены возможности повышения основных показателей эффективности рабочих циклов парокомпрессионных тепловых насосов – коэффициента преобразования и эксергетического КПД. Приведены два способа определения эксергетического КПД обратных термодинамических циклов Ренкина: на основе сравнения величин входящих и выходящих потоков эксергии различной природы; с учетом поэлементного и суммарного определения внутренних потерь эксергии. Показано, что оба подхода позволяют получить одинаковые конечные результаты. Представлены обобщенная схема, термодинамический цикл и подробное описание работы парокомпрессионного теплового насоса. Приведены расчетные формулы и результаты определения удельных тепловых нагрузок отдельных аппаратов, потерь эксергии в них для семи рабочих термодинамических циклов на озонобезопасном рабочем теле R-134a. На основе сравнительного анализа показателей эффективности циклов обнаружено, что основной причиной снижения коэффициента преобразования, холодильного коэффициента и эксергетического КПД рабочих циклов парокомпрессионных термотрансформаторов является процесс дросселирования горячего конденсата. Рассмотрены варианты снижения его температуры перед дросселированием за счет отвода теплоты на цели горячего водоснабжения, процессы внутрицикловой и внешней регенерации с подогревом низкопотенциального источника тепла. Внешняя регенерация за счет глубокой утилизации теплоты конденсата рабочего тела в отличие от внутрицикловой регенерации может производиться независимо от вида рабочего тела, режима эксплуатации теплового насоса и позволяет свести к минимуму неустранимые эксергетические потери от «горячего» дросселирования. Обнаружено, что для определения коэффициента преобразования цикла с внешней регенерацией тепла должна применяться особая процедура его определения. Предложено для повышения термодинамической эффективности до минимума сокращать потери от «горячего» дросселирования за счет оптимального сочетания процессов внутрицикловой и внешней регенерации тепла.


Ключевые слова: парокомпрессионный тепловой насос, низкопотенциальный источник тепла, термодинамический цикл, азеатропные и неазеатропное рабочие тела, коэффициент преобразования, холодильный коэффициент, эксергетический метод, эксергетические потери, эксергетический КПД, внутрицикловая и внешняя регенерация тепла

Список литературы

1. Применение тепловых насосов в теплоснабжении: монография / Г.Н. Петраков, В.Г. Стогней, А.В. Мартынов, О.Е. Работкина. – Воронеж: ВГТУ, 2007. – 259 с.



2. Бродянский В.М. О терминологической базе современной инженерной термодинамики // Известия РАН. Энергетика. – 2007. – № 1. – С. 21–27.



3. Янтовский Е.И. Потоки энергии и эксергии. – М.: Наука, 1988. – 143 с.



4. Мартыновский В.С. Анализ действительных термодинамических циклов. – М.: Энергия, 1972. – 216 с.



5. Овчинников Ю.В. Основы технической термодинамики. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. – 292 с.



6. Исследования и разработки Сибирского отделения Российской академии наук в области энергоэффективных технологий / В.Е. Накоряков, С.Л. Елистратов, А.М. Клер, А.Ю. Маринченко. – Новосибирск: Наука, 2009. – 400 с.



7. Мартыновский В.С. Тепловые насосы. – М.: Госэнергоиздат, 1955. – 191 с.



8. Мартыновский В.С. Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов. – М.: Энергия, 1979. – 285 с.



9. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы. – М.: Энергоиздат, 1982. – 220 с.



10. Radermacher R., Hwang Y. Vapor compression heat pumps with refrigerant mixtures. – New York: Taylor and Francis Group, 2005. – 307 p.



11. Stene J. Residental СO2 heat pump system for combined space heating and hot water heating // International Journal of Refrigeration. – 2005. – Vol. 28. – P. 1259–1265.



12. Herold K.E., Radermacher R., Klein S.A. Absorption chillers and heat pumps. – Boca Raton, FL: CRC Press, 1996. – 329 p.



13. Thermodynamic performance of R32/R152a mixture for water source heat pumps / H. Lee, H. Kim, D. Kang, D. Jung // Energy. – 2012. – Vol. 40, N 1. – P. 100–106.



14. Zhao L., Bao J. Thermodynamic analysis of organic Rankine cycle using zeotropic mixtures // Applied Energy. – 2014. – Vol. 130. – P. 748–756.



15. Exergy analysis of zeotropic mixtures as working fluids in Organic Rankine Cycles / S. Lecompte, B. Ameel, D. Ziviani, M. van den Broek, M. De Paepe // Energy Conversion and Management. – 2014. – Vol. 85. – P. 727–739.



16. Deethayat T., Asanakham A., Kiatsiriroat T. Performance analysis of low temperature organic Rankine cycle with zeotropic refrigerant by Figure of Merit (FOM) // Energy. – 2016. – Vol. 96, N 1. – P. 96–102.

Для цитирования:

Повышение термодинамической эффективности рабочих циклов парокомпрессионных тепловых насосов / Н.В. Миронова, С.Л. Елистратов, Ю.В. Овчинников, В.Г. Томилов // Научный вестник НГТУ. – 2018. – № 2 (71). – С. 143–156. – doi: 10.17212/1814-1196-2018-2-143-156.

 

For citation:

Mironova N.V., Elistratov S.L., Ovchinnikov Yu.V., Tomilov V.G. Povyshenie termodinamicheskoi effektivnosti rabochikh tsiklov parokompressionnykh teplovykh nasosov [Increasing thermodynamic efficiency of working cycles of steam compression heat pumps]. Nauchnyi vestnik Novosibirskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universitetaScience bulletin of the Novosibirsk state technical university, 2018, no. 2 (71), pp. 143–156. doi: 10.17212/1814-1196-2018-2-143-156.

Просмотров: 194