Modely tepelneho cerpadla

Modely tepelného čerpadla
Modely byly vytvořeny v rámci řešení projektu Pokročilé řízení a optimalizace provozu
tepelných čerpadel programu ALFA Technologické agentury České republiky a pracují
s volně přístupnou knihovnou termofyzikálních vlastností chladiv CoolProp, kterou lze získat
na http://www.coolprop.org/. Více informací na kontaktní adrese: [email protected].
Autoři softwaru nenesou žádnou zodpovědnost za případné škody způsobené jeho použitím.
Model 1 - Tepelné čerpadlo klasické a vícevýměníkové
Model lze aplikovat jak na tepelné čerpadlo klasického provedení, tzn. obsahující pouze
kompresor, kondenzátor, škrtící ventil a výparník, tak i na tepelné čerpadlo vícevýměníkové,
které má navíc instalován samostatný chladič par chladiva a dochlazovač, v němž je teplota
kapalného chladiva snížena výrazně pod teplotu sytosti odpovídající kondenzačnímu tlaku.
Použit může být libovolný typ objemového kompresoru s konstantními nebo proměnnými
otáčkami.
Vstupní údaje
Model je vytvořen v pracovním prostředí MS Excel. Pro jednotlivé komponenty jsou
k dispozici zadávací tabulky, jejichž ukázka je uvedena v následujícím:
Kompresor
Otáčky kompresoru [s-1]
n
60
Pracovní objem Vzd [m3]
c1
1.02E-11
c2
-2.68E-09
c3
0.000000231
c4
0.0000274
c5
0.0345
D1
0.771676683
D2
8.19043E-05
D3
-4.28367E-05
D4
0.006453852
D5
-0.01585644
D6
0.000949826
D7
0.002588654
μk
0
Vzd  C1  n 3  C2  n 2  C3  n  C4
Dopravní součinitel λd [1]
d  1  C5    1
Izoentropická účinnost komprese [1]
 k  D1  D2  n  D3  n 2  D4    D5   2  D6  n    D7  pout
 
1
ns
Tepelná ztráta kompresoru [%]
Výměníky tepla (kondenzátor, výparník, chladič par nebo dochlazovač)
Ohřívaná nebo chlazená látka:
Teplota na vstupu
tch1
20 °C
Hmotnostní průtok
mch
1.00 kg.s-1
Měrná tepelná kapacita
cpch
4.19 kJ.(kg.K)-1
Efektivní teplosměnná plocha výměníku
Ach
Součinitel prostupu tepla u výměníku
Uch
2.0 m2
1000 W.(m2.K)-1
Posledním vstupem do programu jsou okrajové podmínky výpočtu:






Druh chladiva
Vymezení pracovní oblasti kompresoru (viz obr. 1)
Velikost podchlazení v kondenzátoru
Velikost přehřátí ve výparníku
Přehřátí v sacím potrubí před kompresorem
Tlaková ztráta sacího potrubí
Teplota kondenzační [°C]
70
60
50
40
30
Pracovní bod
20
10
0
-10
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
Teplota vypařovací [°C]
15
20
25
30
Obr. 1 Příklad pracovní oblasti kompresoru
Hlavními výstupy jsou:
Tabulky výsledků
 Tabulka hlavních výkonů a příkonu tepelného čerpadla



Tabulka termodynamických vlastností chladiva v jednotlivých bodech oběhu chladiva
Přehled výstupů z modelu kompresoru
Kontrola jednotlivých výměníků
Grafy
 Průběh teplot obou látek v jednotlivých výměnících tepla
 Log(p)-h diagram
 T-h diagram
 T-s diagram
Ukázky výstupů:
1. Hlavní výkony a příkony TČ
Místo
Velikost
Jednotka
Topný výkon kondenzátoru
5.20 kW
Topný výkon chladiče par
3.44 kW
Topný výkon dochlazovače
1.93 kW
Chladicí výkon výparníku
7.33 kW
Příkon kompresoru
3.23 kW
Příkon ventilátoru
0 kW
Příkon čerpadla
0.05 kW
Příkon řídící jednotky
0 kW
COP
3.27 -
2. Termodynamický oběh chladiva
Místo
Teplota [°C]
Tlak [kPa]
Entalpie [kJ/kg]
Konec vypařování
-5.30
672
420
Výstup z výparníku
-0.30
672
425
Sání kompresoru
-0.30
672
425
Výtlak kompresoru
110.16
3679
501
Za chladičem par
59.48
3679
420
Počátek kondenzace
58.13
3679
416
Konec kondenzace
58.03
3679
304
Za kondenzátorem
56.03
3679
298
Za dochlazovačem
33.38
3679
253
Po seškrcení
-5.37
672
253
3. Kompresor
Příkon
Pk
3.23
kW
Kondenzační výkon
Qk
8.40
kW
Vypřovací výkon
Qv
5.41
kW
Dopravní součinitel
λd
0.845
-
Izoentropická účinnost
μie
0.651
-
Průtok chladiva
mch
0.043
kg/s
Kondenzátor
60
60
59
Teplota [°C]
59
58
58
57
57
56
Chladivo
56
Voda
55
55
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Předaný tepelný výkon [kW]
Model 2 - Tepelné čerpadlo s EVI kompresorem
Model tepelného čerpadla s EVI kompresorem vychází z Modelu 1 a má stejné členění.
Kompresor v současné verzi programu nemá řízení otáček. Model kompresoru je popsán v
[2]. Zadávání výměníků tepla je stejné, jako v případě Modelu 1. Oproti standardnímu
tepelnému čerpadlu obsahuje Model 2 ekonomizér, který je popsán pouze velikostí
teplosměnné plochy a součinitelem prostupu tepla. Další dodatečný parametr je velikost
přehřátí páry na ekonomizéru udržované expanzním ventilem. U modelu není uvažováno
použití dochlazovače, ten je nahrazen ekonomizérem.
Výstupy Modelu 2 jsou opět tabulkové a grafické.
Literatura:
[1]
PETRÁK, J. a kol. Model jednostupňového objemového kompresoru. Vytápění, větrání,
instalace, 2/2015.
[2]
Navarro, E., Redón, A., Gonzálvez-Macia, J., Martinez-Galvan, I.O a Corberán, J.M.
Characterization of a vapor injection scroll compressor as a function of low,
intermediate and high pressures and temperature conditions, International Journal of
Refrigeration, 2013, pp. 1821-1829, ISSN 0140-7007.