Принципиальная схема парокомпрессионной ТНУ приведена на рис.
1.13 и включает испаритель, компрессор, конденсатор и дроссель.
В бак испарения 6 поступает тепловая энергия низкого потенциала Q
0
из окружающей среды при
н
t
= 8 °С. Преобразование рабочей жидкости R
22 (аммиака или фреона) теплового насоса в пар происходит в змеевике
испарения хладагента 5 при пониженном давлении Р
1
и пониженной тем-
пературе Т
0
= 3 °С. Компрессор 1 всасывает из испарителя насыщенный пар
со степенью сухости x
1
≈ 1 и сжимает пар до давления Р
2
. При сжатии хла-
дагента энтальпия i и температура пара повышается до Т
к
= 55 °С, а затра-
чиваемая работа Al = ∆i, кДж/кг.
Пар с температурой Т
к
= 55 °С подается в змеевик конденсации хлада-
гента 2, где тепловая энергия пара передается другому теплоносителю (во-
де) бака конденсации 3 (схема а) или воздуху (схема б), после чего пар
конденсируется при неизменном давлении Р
2
.
Коэффициент трансформации этого идеального цикла:
µ
с
= q
к
/ Al = Т
к
/ (Т
к
− Т
0
) = 328 / (328 − 276) = 6,3,
где q
к
– теплота конденсации, кДж/кг; Al – работа сжатия, кДж/кг; Т
к
и Т
0
–
температура конденсации и испарения хладагента, °С.
В дроссельном клапане 4 происходит понижение давления от Р
2
до Р
1
,
жидкий хладагент частично испаряется и образуется парожидкостная смесь
со степенью сухости x
0
≈ 0,05, а в процессе дросселирования (при i = const)
температура хладагента снижается от Т
к
= 55 °С до Т
0
= 3 °С. Парожидко-
стная смесь поступает в змеевик испарения хладагента 5, где, получая теп-
лоту от источника с низким потенциалом, вновь испаряется, и цикл повто-
ряется.
Таким образом, в ТНУ реализуется непрерывный круговой процесс
переноса теплоты с более низкого температурного уровня на более высо-
кий (к теплоносителю). Для этого подводится энергия извне, которая затра-
чивается на повышение давления парообразного рабочего вещества (хлада-
гента). Причем затраченная энергия может быть электрической, тепловой и
любой другой.
Количество теплоты, отнятой от источника с низким потенциалом
(НИЭ), в идеальном цикле ТНУ равно теплоте испарения жидкого хлада-
гента, поступившего в испаритель: q
и
= r(x
1
− x
0
), кДж/кг, где r – теплота
парообразования. Холодильный коэффициент этого цикла
ε
с
= q
и
/ Al = Т
0
/ (Т
к
− Т
0
) = 276 / (328 − 276) = 5,3,
где q
и
– теплота испарения хладагента, кДж/кг.
Для идеального (теоретического) цикла ТНУ и без учета потерь тепло-
ты выполняется соотношение µ
с
= ε
с
+ 1.
Мерой энергетической эффективности реальной ТНУ служит коэффи-
циент преобразования энергии µ
тн
, характеризующий отношение отданной
потребителю теплоты Q
к
к затраченной (механической или электрической)
энергии N
э
. Оценки показывают, что для удачно спроектированных систем
теплоснабжения коэффициент µ
тн
изменяется от 2,5 до 6…8, а при µ
тн
>
2,5…3 использование ТНУ может оказаться выгоднее, чем теплоснабже-
ние от ТЭЦ и индивидуальных котельных.
Количество переданной потребителю полезной теплоты, или тепло-
производительность ТНУ, зависит от расхода теплоносителя G
к
, кг/с, сред-
ней массовой изобарной теплоемкости с
к
, кДж/(кг⋅К) и перепада темпера-
тур ∆t
в
, °C. Так, при нагреве воды по схеме а (рис. 1.13)
Q
к
= G
к
с
к
∆t
в
= 0,25⋅4,19⋅15 = 15,7 кВт.
При нагреве воздуха по схеме б (рис. 1.13), когда расход холодного
воздуха G
к
= 0,5 кг/с, теплоемкость с
к
= 1 кДж/(кг⋅К) и перепад температур
∆t
в
= 25 °C, теплопроизводительность ТНУ составит