Расчет термодинамических параметров

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Исходные данные

Тепловой насос VITOCAL 300/350 Тип BW 232 водоводяной модификации (А=26; Б=28 ; В=30; Г=32) - температура сетевой воды на входе в конденсатор;

- температура сетевой воды на выходе из конденсатора;

- температура сетевой воды после подогрева в бойлере;

- температура санитарной воды на входе и выходе из емкостного водонагревателя;

- глубина уровня жидкости в питающей скважине для тепловых насосов с использованием теплоты грунтовых вод;

- температура теплоносителя на входе и выходе из бойлера;

- расчетное число часов работы установки;

- давление сетевой воды на выходе из водонагревателя, точка ;

- давление теплоносителя на входе в бойлер;

- гидродинамическое сопротивление теплоносителя в бойлере;

- давление санитарной воды на входе в водонагреватель;

- гидродинамическое сопротивление санитарной воды в водонагревателе;

- давление в потоке утилизируемой среды.



Рисунок 1 - Расчетная схема бивалентной теплонасосной установки (БТНУ)

Условные обозначения: КМ - компрессор; КД - конденсатор; РТ - регенеративный теплообменник; РВ - регулирующий вентиль; И - испаритель; Б - бойлер; ВН - водонагреватель санитарной воды; Нс - насос сетевой; Нп - насос погружной.

I - линия подвода холодной санитарной воды; II - линия подачи горячей воды потребителю; III - линия подачи внешнего теплоносителя (прямая); IV - линия отвода внешнего теплоносителя (обратная).

Данная теплонасосная установка предназначена для системы горячего водоснабжения, а именно для нагрева санитарной воды в диапазоне состояний точек . Указанный нагрев реализуется за счет теплообмена с сетевой водой, которая нагревается в конденсаторе теплового насоса (процесс ). В свою очередь в бойлере подводится теплота от внешней сети теплоносителя районной котельной или теплоэлектроцентраль.

Подвод низкопотенциальной теплоты к рабочему веществу в испарителе обеспечивается путем прокачки с помощью грунтовой воды через приемную и сбросную скважины погружным насосом Нп.

2. Расчет термодинамических параметров рабочих сред компонентов БТНУ по граничным условиям

2.1 Расчет параметров контура сетевой воды (греющего контура)

Из каталога для заданного типа теплового насоса выбираем значения теплопроизводительности (тепловой мощности) , холодопроизводительности , потребляемой электрической мощности для рабочей точки:

Определяем расход сетевой воды для заданных 4-х значений (А, Б, В, Г)

где - средняя теплоемкость воды в интервале температур и , [2].

;

;

;

;

Определяем тепловую нагрузку на водонагреватель для тех же значений



где - характеризует полную теплопроизводительность бивалентной ТНУ

;

;

;

;

Определяем тепловую нагрузку на бойлер для всех значений .

;

;

;

;

Определяем соответственно массовые расходы нагреваемой санитарной воды и теплоносителя из внешней тепловой сети:

;

;

;

;

;

;

;

;

По четырем значениям и строим регулировочную зависимость вида .

Рисунок 2 - Регулировочная зависимость вида

Суммарное гидродинамическое сопротивление в контуре сетевой воды:

где - коэффициент потерь в потоке сетевой воды на участке от водонагревателя до входа в конденсатор;

- обобщенный коэффициент потерь в бойлере и на участке между конденсатором и бойлером;

- обобщенный коэффициент потерь в водонагревателе и на участке от бойлера до водонагревателя;

- гидродинамическое сопротивления теплового насоса по греющему контуру, которые соответствуют сопротивлению в конденсаторе =110 мбар = 11 кПа выбираем из каталога [1].

В свою очередь

Для расчета принимаем допущения:

Определяем значения давления в узловых точках:

Потребляемая мощность насоса сетевой воды (электрическая):



где - плотность сетевой воды при температуре ;

- КПД насоса (ориентировочно );

- КПД электродвигателя (выбирается из [4], приложение).

2.2 Расчет параметров в контуре грунтовой воды

Из каталога для защитного типа теплового насоса выбираем величину минимального расхода грунтовой воды в первичном контуре, , а также гидродинамическое сопротивление в испарителе (по потоку грунтовой воды), мбар = 12 кПа.

Максимально-допустимая разность температур грунтовой воды в испарителе для номинальной холодопроизводительности,

,

где - теплоемкость и плотность грунтовой воды при температуре входа в испаритель, .

Принимаем

Суммарное гидродинамическое сопротивление в первичном контуре ТНУ

,

где - гидродинамическое сопротивление подъема и перемещения грунтовой воды при перепаде геодезических высот, =30 м.

,

где - плотность грунтовой воды при температуре ;

- средняя скорость воды в напорном трубопроводе;

- обобщенный коэффициент потерь всасывающего узла (фильтра) и напорного трубопровода.

Давление грунтовой воды:

Массовый расход грунтовой воды

,

где - средняя удельная теплоемкость грунтовой воды в интервале температур и .

Объемный расход грунтовой воды:

,

где - плотность воды при температуре .

Потребляемая (электрическая) мощность погружного насоса для перекачки грунтовой воды через испаритель

где - КПД насоса (ориентировочно );

- КПД электродвигателя (выбирается из [4], приложение).

3. Расчет энергетических потоков

Рисунок 3 - Схема энергопотоков БТНУ

Рисунок 4 - Схема энергетических преобразований БТНУ

- Насос погружной

- Тепловой насос

- Насос сетевой



- Бойлер

- Водонагреватель

3.1 Расчет разности удельных энергий

- Насос погружной (Продукт)

(Топливо)

Энергетическая эффективность

Деструкция энергии:

Относительная деструкция:

.

Цена потока топлива:

Цена потерь:

Сумма цены потерь и стоимости компонента в единицу времени:

- Тепловой насос (Продукт)

(Топливо)

Энергетическая эффективность

Деструкция энергии:

Относительная деструкция:

.

Цена потока топлива:

Цена потерь:

Сумма цены потерь и стоимости компонента в единицу времени:

- Насос сетевой (Продукт)

(Топливо)

Энергетическая эффективность

Деструкция энергии:

Относительная деструкция:

.

Цена потока топлива:

Цена потерь:

Сумма цены потерь и стоимости компонента в единицу времени:

- Бойлер

(Продукт)

(Топливо)

Энергетическая эффективность



Деструкция энергии:

Относительная деструкция:

.

Цена потока теплой воды:

Цена потерь:

Сумма цены потерь и стоимости компонента в единицу времени:

- Водонагреватель

(Продукт)



(Топливо)

Энергетическая эффективность

Деструкция энергии:

Относительная деструкция:

.

Цена потока холодной воды:



Цена потерь:

Сумма цены потерь и стоимости компонента в единицу времени:

4. Расчет экономических показателей

Экономическая модель энергопреобразующей системы, применительно к термоэкономическому анализу характеризуется обобщенным параметром, , представляющим собой стоимость эксплуатации в единицу времени (час, год).

бивалентный теплонасосный термодинамический энергия

где - составляющая, связанная с капитальными (инвестиционными) затратами;

- составляющая, учитывающая затраты на входную энергию для функционирования системы (элемента);

- составляющая, учитывающая затраты на обслуживание.

В свою очередь часовая стоимость инвестиционных затрат записывается в виде

где - первоначальная стоимость капитальных затрат с учетом сопутствующих составляющих (транспортировка, монтаж и др.);

- расчетное число часов работы установки в течении одного года;

- фактор текущей дисконтируемой стоимости (учет динамических свойств инвестиционного капитала).

Расчет фактора выполняется по формуле

где - фактор дисконтирования;

- часовая ставка дисконта;

- число лет возврата инвестиций;

Для расчета принимать ; лет.

Для термоэкономических расчетов величину либо берут из прайс-листов на отдельные компоненты теплонасосной установки, либо рассчитывают через удельную стоимость по характерному параметру.

Первоначальная стоимость капитальных затрат:

;

;

;

;

где ; .

.

Часовая стоимость инвестиционных затрат:

.

Для составляющей при работе ТНУ в бивалентном режиме с бойлером расчетное уравнение имеет вид

где - цена электроэнергии с НДС, ;

- цена теплоносителя, ;

- расход теплоносителя, ;

Результаты расчетов экономических показателей для элементов БТНУ сведены в табл. 1.

Таблица 1 - Результаты расчета экономических показателей

	, грн		, грн/ч 0	, грн/ч	, грн/ч	, грн/ч
ТН	166175	0,5290	5,01	7855,91	1963,98	9824,90
Нс	334,8	0,0011	0,01	15,83	3,96	19,79
Нп	731,3	0,0023	0,02	34,57	8,64	43,24
ВН	55037	0,1752	1,66	650,47	3254,0	3254,00
Б	91806	0,2923	2,77	1085,03	1085,03	5427,92
Система	314084	1,0000	9,47	3712,08	3712,08	18569,85

Размещено на Allbest.ru