Тепловые насосы. 
Теплотехника и энергосиловое оборудование промышленных предприятий

Тепловыми насосами называются установки, в которых за счет затраты работы производится отъем энергии от тел с более низкой температурой Т и передача ее другим телам с более высокой температурой Г2. Применение тепловых насосов дает возможность использования энергии тел, имеющих сравнительно низкую температуру, например, окружающего воздуха, холодной воды и др.

Компрессорные тепловые насосы.

На рис. 2.22 изображены принципиальная схема и идеальный цикл компрессионных тепловых насосов. Рабочее тело (любое из употребляемых в холодильных установках) засасывается в компрессор /, где сжимается за счет затраты энергии двигателем до состояния сухого насыщенного или перегретого пара. Этому процессу соответствует изоэнтропа 1—2 идеального цикла. Сжатый пар нагнетается компрессором в конденсатор 2. Здесь при постоянных значениях давления и температуры пар конденсируется, отдавая определенное количество теплоты охлаждающей среде — воде или воздуху. За счет этой теплоты охлаждающая среда подогревается до такой температуры, при которой она может быть использована для различных бытовых нужд, в частности для отопления. Наиболее эффективная температура подогрева равна 60…70°С. Процессу в конденсаторе соответствует линия 2—3. После конденсатора рабочее вещество в идеальном цикле поступает в расширительный цилиндр, где понижаются его давление и температура — изоэнтропный процесс 3—4. Отсюда рабочее тело поступает в испаритель 4, в котором.

принципиальная схема (а): 1 — компрессор; 2 — конденсатор; 3 — дроссельный клапан; 4 — испаритель; идеальный цикл теплового насоса (б): 1…4 — точки диаграммы оно испаряется при неизменных значениях давления и температуры, отнимая определенное количество теплоты от тел, имеющих низкий температурный уровень, например от окружающего воздуха, холодной воды и т. д. Процессу в испарителе соответствует линия 4—1. Из испарителя влажный пар засасывается в компрессор, и работа установки повторяется. Идеальный цикл 1—2—3—4—1, представляющий собой обратный цикл Карно, замыкается в точке 1.

Если заменить расширительный цилиндр дроссельным клапаном 3, то цикл теплового насоса можно изобразить контуром 1—2—3—4—1.

Эффективность тепловых насосов оценивается отопительным коэффициентом, или коэффициентом преобразования у, под которым понимается отношение количества теплоты q_u отданного 1 кг рабочего вещества в конденсаторе, к теплоте q — q₂, эквивалентной работе, затраченной на осуществление цикла:

Коэффициент преобразования ц/ и холодильный коэффициент связаны простым соотношением.

В реальных установках теплового насоса у = 2…4.

Контрольные вопросы

• 1. Изобразите в р, v- и Г, 5-диаграммах основной цикл паросиловой установки (цикл Ренкина).
• 2. Каково влияние начальных и конечных параметров пара на термический КПД цикла паросиловой установки?
• 3. В чем заключается сущность повышения КПД паросиловой установки методом регенеративного подогрева питательной воды и применением промежуточного (вторичного) перегрева пара?
• 4. В чем заключается сущность теплофикации?
• 5. На каком принципе основана работа газотурбинной установки стационарного типа и воздушно-реактивного двигателя?
• 6. Опишите принципы работы и изобразите в р, r-диаграмме циклы ДВС со смешанным подводом теплоты, с подводом теплоты при постоянном давлении и с подводом теплоты при постоянном объеме. В чем заключается их основное различие?
• 7. Каковы основные принципы работы холодильной установки и теплового насоса?