Тепловые насосы на CO2

Введение

Хладагенты и их свойства, используемые в системе теплового насо-са (ТС), работают на основе обратимого цикла Ренкина. Они использо-вались для обогрева домов или охлаждения систем в зимний и летний периоды, чтобы постоянно поддерживать благоприятную погоду. Рас-тущее количество установок в мире ведет к проблемам «потенциала гло-бального потепления» и «потенциала разрушения озонового слоя». Следовательно, возникает необходимость перейти на новые природные хладагенты, такие как диоксид углерода (CO2) в ТС. CO2 имеет достоин-ства, такие как отсутствие токсичности, негорючесть, недорогая, лучшие теплофизические характеристики и безопасная среда. Обычный хлада-гент CO2 был признан искусственным хладагентом [1].
Как правило, наиболее подходящее применение этого хладагента приходится на нагревании воды для бытовых нужд. ТС состоит из че-тырех компонентов, расширительного клапана, испарителя, компрессо-ра и конденсатора, и работает, используя характеристики хладагента на стадиях конденсации и испарения. Напротив, компрессор подает в кон-денсатор парообразный хладагент высокого давления и температуры [2]. Тепло будет поглощаться холодной водой, циркулирующей по по-крывающей поверхности, подобно методу встречного теплообмена. Хладагент направлялся в расширительный клапан, подобный капилляр-ной трубке, а затем отправлялся в испаритель при более низких значе-ниях в виде пара для снижения давления хладагента. Вентилятор, уста-новленный в испарителе, увеличивает теплообмен между воздухом и па-ром хладагента, переводя его на низкое давление для входа в компрес-сор. Таким образом, цикл повторяется.
Рассмотрим принцип работы теплового насоса на СO2.
 
Глава 1. Принцип работы тепловых насосов с на СO2

Рассмотрим установку, которая состоит из ТС с двумя модифици-рованными конденсаторами, компрессором, испарителем, капиллярной трубкой и резервуаром для воды. Жидкости проходят через теплооб-менник (конденсатор и испаритель), например хладагент (горячая жид-кость) в трубке и вода (холодная жидкость) в межтрубном пространстве конденсатора в режиме противотока. Хладагент, протекающий внутри трубок, нагревает воду в конденсаторе. Вентилятор, установленный в испарителе, используется для нагрева хладагента за счет отвода тепла от воздуха. Приборы для измерения температуры и давления закреплены в точках входа и выхода компонентов высокого давления. Два конденса-тора были оснащены регулирующими клапанами воды на входе и вы-ходе для управления массовым расходом воды и соединены с ТС (вклю-чая испаритель, капиллярную трубку компрессора, резервуар для воды, насос, счетчик энергии и вентилятор), как показано на Рис. 1.


Рис.1.Схема установки нагрева воды с тепловым насосом с СO2

Кроме того, использовался поршневой компрессор грузоподъемно-стью 1 тонна при 240 В, 50 Гц с температурой и давлением компрессора до 110 °C и давлением 21 бар. Регистрируются начальные показания манометров (как давления, так и температуры), а также регистрируется температура воды на входе в конденсатор. Водяной насос был запущен после заправки хладагента до давления 4 бара и после того, как он про-работал некоторое время для достижения устойчивого состояния. Вода из бака для воды подается в конденсатор через впускной клапан с по-мощью насоса. После достижения установившегося состояния экспери-мент начинается с регистрации значений в различных компонентах си-стемы с использованием датчиков температуры и давления. Регистриру-ется массовый расход на выходе с постоянным интервалом времени и температура воды из конденсатора. Эта процедура повторяется для разного давления наполнения (4.5 и 5 бар) хладагента, но при постоян-ном массовом расходе воды. Различные свойства CO2 перечислены в таблице 1.