Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний технічний університет України Київський політехнічний інститут
Інститут:
Не вказано
Факультет:
ЗІ
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Звіт до лабораторної роботи
Предмет:
Фізика
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ
імені ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО”
ЗВІТ
з лабораторної роботи №7
з навчальної дисципліни “Основи фізики традиційних та альтернативних джерел енергії”
Варіант 10
Лабораторна робота №7
Тема: Ефективність використання теплового насосу типу ґрунт-рідина потужністю 6 кВт
Мета: вивчити принцип роботи теплонасосної установки. Опанувати методику визначення СОР та розрахунок горизонтального ґрунтового теплообмінника
Завдання: вивчення принципу роботи теплового насосу типу ґрунт-рідина потужністю 6 кВт, оволодіння методикою визначення коефіцієнта перетворення тепла (СОР) та виконання розрахунку горизонтального ґрунтового теплообмінника.
Хід роботи
Тепловий насос (ТН) – це технічний пристрій, що реалізує процес переносу низькотемпературного тепла, не придатного для прямого використання, на більш високий температурний рівень. Універсальним джерелом тепла для України є ґрунт із стабільною температурою +8-12 ˚С, що забезпечує ефективну роботу ТН.
Контур ТН складається з конденсатора, випарника, компресора та терморегулятора. Холодоагент циркулює в контурі, переходячи через різні етапи: у випарнику він поглинає тепло, передане ґрунтовим контуром, компресор стискає його, підвищуючи температуру, а в конденсаторі він віддає тепло опалювальній системі. Цикл повторюється, поки температура не досягне потрібного рівня.
Важливою характеристикою ефективності ТН застосовується коефіцієнт перетворення або опалювальний коефіцієнт СОР (coefficient of performance), що дорівнює відношенню теплової енергії виробленої ТН до спожитої ним електричної:
? =
?
тн
?
,
де N – спожита електрична енергія;
?
тн
– вироблена тепловим насосом корисна теплова енергія;
При проектуванні систем опалення з теплонасосними установками (ТНУ) важливо враховувати оптимальний режим експлуатації та обґрунтування потужності. Основні режими роботи ТНУ:
Моновалентний – ТН повністю покриває опалювальне навантаження та гаряче водопостачання (ГВП).
Моноенергетичний – ТН покриває основне навантаження, а електричний нагрівач використовується для пікових навантажень.
Бівалентно-паралельний – ТН забезпечує основне навантаження, додатковий генератор (газовий або твердопаливний) покриває піки.
Бівалентно-альтернативний – ТН та другий генератор працюють по черзі, рівномірно розподіляючи річну потребу в енергії.
Також можливо вбудувати електронагрівач у ТН для покриття піків, де геліоколектор є основним джерелом енергії. Зниження температури в прямому трубопроводі на 1 градус забезпечує до 2,5% економії електроенергії.
Горизонтальні ґрунтові системи
Ґрунт акумулює сонячну енергію, що проникає разом із дощем. Обсяг тепла залежить від теплофізичних властивостей ґрунту, сонячної енергії та клімату. Ґрунтовий колектор може бути плоским або спіральним, закопаним на глибину 1,8 м. Тип колектора обирається залежно від наявної площі.
Кількість тепла та розмір поверхні залежать від теплоємності та теплопровідності ґрунту, що обумовлені його складом, вмістом води і повітря в порах. Чим більше води та мінералів, тим вищі акумулюючі властивості й теплопровідність ґрунту.
Середнє значення питомої теплової потужності ґрунту наведено в таблиці 1.
Таблиця 1. Середнє значення питомої теплової потужності ґрунту
/
Площа поверхні ґрунтового теплообмінника розраховується за формулою
?=
?
гр
?
,
м
2
?
гр
=
?
ТН
−?, Вт
де :
?
ТН
– теплопродуктивність ТН, Вт;
N – споживана потужність ТН від мережі, Вт;
g – питома потужність ґрунтового колектору, Вт/
м
2
Опис експериментальної установки
/
Рис. 1. Принципова схема експериментальної теплонасосної установки
1 – тепловий насос; 2 – пластинчатий теплообмінник; 3 – система водяного підлогового опалення; 4 – система повітряного опалення (кондиціонування) на основі фанкойлів; 5 – циркуляційні насоси; 6 – бакакумулятор; 7 – розширювальні мембранні ємкості; 8 – водяний редуктор; 9 – лічильники теплоти; 10 – водяні лічильники; 11 – контур ґрунтового колектора; 12 – проточний електричний водонагрівач.
Теплонасосна установка відбирає низькопотенційну теплоту ґрунту через горизонтальний теплообмінник (ГТО) із поліетиленових труб. У контурі циркулює 20%-ий розчин пропіленгліколю.
Основою системи є тепловий насос IVT Greenline Plus C (5,9 кВт), який у холодний період обігріває приміщення через систему підлогового або повітряного опалення (фанкойли на 3,8 кВт). Ємність гарячої води (до 55˚С) становить 160 л.
У теплий період система забезпечує пасивне кондиціонування, охолоджуючи повітря через фанкойли. Всі магістралі підведені до теплоізольованої ємності на 80 л з експанзоматом (5 л) для компенсації теплового розширення. У схемі передбачені лічильники для моніторингу витрат і температур у всіх контурах.
Вхідні дані:
Варіант
10
G, м3/год
0,84
?
1
, оС;
42,8
?
2
, оС
36,8
N, кВт
1,59
Тип ґрунту
Піщаний сухий
Визначимо вироблену тепловим насосом корисну теплову енергію
?
ТН
= ?∗?∗ср∗(
?
1
−
?
2
),
де
?
ТН
– вироблена тепловим насосом корисна теплова енергія;
G – витрата теплоносія в контурі,
м
3
/год;
ρ=1000 кг/
м
3
– густина теплоносія;
ср=4187 ДЖ/кг*К – питома теплоємність води;
?
1
– температура теплоносія на вході в контур, оС;
?
2
– температура теплоносія на виході з контуру, оС.
Враховуючи, що витрата G подана в м³/год, ми перетворюємо результат у ватах (Вт) до кіловат (кВт) за допомогою ділення на 3600 (кількість секунд в годині):
?
ТН
=
?∗?∗ср∗(
?
1
−
?
2
)
3600
,
?
ТН
=
0,84∗1000∗4187∗(42,8−36,8)
3600
В результаті отримуємо
?
ТН
=5861,8 Вт ≈5,8618 кВт.
Визначимо коефіцієнт перетворення тепла (СОР):
?=
?
ТН
?
Маємо ?=
5,8618
1,59
≈3,686.
Розрахуємо площу ґрунтового теплообмінника:
?=
?
гр
?
,
м
2
?
гр
=
?
ТН
−?, Вт
де :
?
ТН
– теплопродуктивність ТН, Вт;
N – споживана потужність ТН від мережі, Вт;
g – питома потужність ґрунтового колектору, Вт/
м
2
N перетворюється з кВт у Вт (1,59 кВт = 1590 Вт).
Спочатку ми розрахуємо корисну теплову енергію, що виробляється тепловим насосом:
?
гр
=5861,8− 1590 = 4271,8 Вт.
Для піщаного волого ґрунту питома потужність ґрунтового колектора становить 10-15 Вт/
м
2
. Використаємо середнє значення g = 12,5 Вт/
м
2
.
Тепер, знаючи
?
гр
, можемо розрахувати площу теплообмінника:
?=
4271,8
12,5
=341,744
м
2
Висновок: Під час виконання лабораторної роботи здійснено розрахунки, які дозволили оцінити продуктивність та ефективність роботи теплового насосу. У ході дослідження встановлено, що тепловий насос генерує приблизно 5,8618 кВт корисної теплоти, що підтверджує його високу продуктивність. Коефіцієнт перетворення тепла становить близько 3,686, тобто на кожну одиницю спожитої електроенергії насос виробляє 3,686 одиниць тепла, що свідчить про його ефективність. Для забезпечення стабільної роботи системи розраховано необхідну площу ґрунтового теплообмінника, яка складає близько 341,744 м². Цей параметр є ключовим при проектуванні системи опалення, оскільки забезпечує оптимальний теплообмін між ґрунтом і теплоносієм.
Для досягнення максимальної ефективності роботи теплового насосу рекомендується враховувати тип і властивості ґрунту під час проектування системи, регулярно проводити технічне обслуговування та перевірку компонентів, щоб уникнути втрат енергії, а також розглядати інтеграцію додаткових джерел енергії для підвищення загальної ефективності системи опалення. Отримані результати лабораторної роботи підтверджують доцільність використання теплових насосів як ефективного рішення для енергозбереження та зниження витрат на опалення в умовах України.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора