Тепловий розрахунок циклу одноступеневої парокомпресійоного теплового насосу
з регенеративним теплообмінником
Вихідні дані:
– холодильний агент R124;
– середовище споживача – вода;
– початкова температура середовища споживача
– кінцева температура середовища споживача
;– масова витрата середовища споживача
;– утилізоване середовище – повітря;
– початкова температура утилізуючого середовища
;– перегрівання холодильного агенту на всмоктуванні у компресор
– відносний внутрішній ККД компресора
.Задатися:
– недорекуперація: для рідких теплоносіїв
, для газоподібних теплоносіїв та грунту 
;– ККД передачі
;– ККД електроприводу
;– ККД механічний
.– охолодження утилізуючого середовища
для води 
, для грунту .Принцип дії.
Принципова схема та цикл у
координатах одноступеневого парокомпресійного теплового насосу з регенеративним теплообмінником (ПКТН з РТ) поданий на рис. 1.  |  |
| а) | б) |
Рисунок 1 – Принципова схема (а) та цикл у
координатах (б) ПКТН з РТУмовні позначення до рис. 1: КМ – компресор; КД – конденсатор; РТ – регенеративний теплообмінник; ДВ – дросельний вентиль; В – випарник
Одноступеневий ПКТН з РТ працює так: перегріта пара холодильного агенту стану точка 1 всмоктується компресором КМ, де стискається з підвищенням її тиску з тиску кипіння
до тиску конденсації 
. Стиснення може відбуватися теоретично за адабатою 1-2s зі споживанням питомої роботи 
або політропно 1-2 зі споживанням питомої роботи 
. При стисненні пара холодильного агенту нагрівається. Після компресора перегріта пара надходить до конденсатора КД, де спочатку відбувається процес зняття перегріву пари, потім пара конденсується до стану точка 3, який визначається тиском . Після конденсатора маємо рідину у стані насичення (х = 0). Подальше переохолодження рідини відбувається у регенеративному теплообміннику РТ за умови сталого тиску конденсації до стану 4. При цьому від рідкого холодильного агенту відводиться енергія зворотноним потоком пари, що йде від випарника В. За рахунок цього після випарника пара перегрівається від сухого насиченого стану (х = 1) у процесі 6-1. Таке перегрівання пари у РТ забезпечує підтримання стабільної температури кипіння у випарнику, а також захист компресора від потрапляння рідкої фази та можливого виникнення гідравлічного удару. З іншого боку, переохолодження конденсату у РТ забезпечує збільшення питомої холодопродуктивності циклу, що, за умови підтримання сталої величини холодопродуктивності, призводить до зменшення необхідної масової витрати холодильного агенту у циклі. У свою чергу, це позитивно впливає на магогабаритні показники холодильної машини та зменшує її вартість.Отже, переохолоджений конденсат після РТ подається до дросельного вентиля ДВ, де відбувається процес дроселювання холодильного агенту від тиску
до з одночасним переходом до стану вологої пари та зниженням температури до 
. Далі волога пара холодильного агенту стану 5 надходить до випарника В, сприймає тепло у вигляді холодопродуктивності 
та переходить до стану сухої насиченої пари (точка 6). Після В пара перегрівається у РТ та подається на всмоктування у компресор. Далі цикл повторюється.Розрахунок.
Визначення температур:
– температура кипіння
– температура конденсації
Теплопродуктивність ПКТН
Для заданих температур
і 
з використанням спеціалізованого програмного продукту REPROP будуємо в масштабі цикл теплового насосу для заданого холодильного агенту R600а (рис. 2) та визначаємо значення питомих ентальпій 
у вузлових точках циклу 6 і 3.За діаграмою з використанням програмного продукту REPROP (рис. 2) визначаємо значення питомих ентальпій в точках 1 і 2s, а також питомий об’єм,
, 
в стані точки 1.Питому ентальпію у точці 4 знайдемо з рівняння теплового балансу регенеративного теплообмінника РТ
.Результати визначення термічних параметрів холодильного агенту у характерних точках циклу заносимо до табл. 1.
Таблиця 1 – Параметри холодильного агенту у вузлових точках циклу одноступеневого ПКТН з РТ
| Точки |  |  |  |  |  |  |
| 1 | 10 | 0,131 | 0,29653 | 571,84 | 2,3848 | – |
| 2s | 62,8 | 0,773 | 0,052463 | 643,39 | 2,3848 | – |
| 2 | 73,1 | 0,773 | 0,055196 | 664,76 | 2,4474 | – |
| 3 | 55 | 0,773 | 0,0019602 | 335,25 | 1,4464 | 0 |
| 4 | 45,7 | 0,773 | 0,0019091 | 311,04 | 1,3715 | – |
| 5 | -5 | 0,131 | 0,096026 | 311,01 | 1,4147 | 0,34097 |
| 6 | -5 | 0,131 | 0,27833 | 547,63 | 2,2969 | 1 |
Рисунок 2 – Цикл ПКТН з РТ у
діаграмі R600а у масштабіПитомі роботу компресора та навантаження на теплообмінні апарати:
питоме теплове навантаження на випарник
питоме теплове навантаження на конденсатор
теоретична питома робота компресора
питома ентальпія холодильного агенту у стані 2
внутрішня питома робота компресора
Масова витрата холодильного агенту у циклі
Внутрішня потужність компресора
Ефективна потужність компресора
Електрична потужність компресора
Теплове навантаження на випарник
Необхідна витрата утилізованого середовища
Коефіцієнт термотрансформації теоретичного циклу
Коефіцієнт термотрансформації циклу
Електричний коефіцієнт термотрансформації циклу
