Готовая РПЗ курсового проекта

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Введение

Энергосбережение – одна из основных проблем, решаемых мировым сообществом в настоящее время. Преследуются две основные цели – сохранение не возобновляемых энергоресурсов и сокращение вредных выбросов в атмосферу продуктов сгорания, являющихся, в частности, основным фактором глобального потепления.

В связи с этим заметное развитие получает так называемая «нетрадиционная энергетика». Ее технологии экономически чисты и применяют в большей степени возобновляемые источники энергии. К ним относятся солнечная, ветровая и геотермальная энергия, энергия биомассы, гидроэнергетика, получающая дальнейшее развитие в новых направлениях.

В этой области особое место занимают тепловые насосы (термотрансформаторы), преобразующие низкопотенциальную тепловую энергию и позволяющие черпать эту энергию из окружающей среды. Среди указанных выше направлений нетрадиционной энергетики тепловые насосы в настоящее время получили наибольшее применение.

Наиболее распространенный тип тепловых насосов (ТН) – так называемые парокомпрессионные ТН, принцип действия которых основан на осуществлении обратного термодинамического цикла рабочего вещества, в котором теплота отнимается низкопотенциального источника (ИНТ) и переносится на более высокий уровень (передается греющей среде, ИВТ) за счет подвода механической энергии в компрессоре, сжимающем парообразное рабочее вещество.

По существу тепловыми насосами являются большинство широко распространенных холодильных машин, в том числе бытовых холодильников, так как они по тому же принципу отнимают теплоту от охлаждаемого объекта и при более высокой температуре отдают ее окружающей среде. Тепловые насосы в сравнении с холодильными машинами работают в диапазоне более высоких рабочих температур. Это, однако, не мешает использовать в тепловых насосах и холодильных машинах одни и те же базовые элементы (компрессоры, теплообменные аппараты и т.д.), а также одни и те же родственные или родственные рабочие вещества. Тепловые насосы вышли из недр холодильной техники и, как правило, создаются и выпускаются заводами холодильного машиностроения. Это одно из важных пересечений техники низких температур с энергетикой.

1. Выбор и обоснование исходных данных

Температура кипения: t₀= 5°С

Температура конденсации: t_к= 69°С

Температура воды на входе в конденсатор: t_w1= 33°С

Температура воды на выходе из конденсатора: t_w2= 60°С

Температура воды на входе в испаритель: t_s1= 10°С

Температура воды на выходе из испарителя: t_s2= 8°С

Выбор хладагента

В процессе эксплуатации тепловых насосов (холодильных установок), содержащих различные хладоны в качестве рабочего тела, стало очевидно негативное влияние данного типа хладагентов на окружающую среду. В основном воздействие хладонов сказывается на повышении парникового эффекта и разрушении озонового слоя Земли.

Парниковый эффект заключается в том, что газы, входящие в состав земной атмосферы, задерживают инфракрасное излучение поверхности Земли. Это приводит к повышению температуры поверхности нашей планеты и поддержанию климата, благоприятного для жизни растений, животных и человека. Основной вклад в парниковый эффект вносят пары воды, содержащиеся в атмосфере. Однако в поледнее время, в связи с научно-техническим прогрессом, заметное влияние на величину парникового эффекта стали оказывать продукты деятельности человека и особенно углекислый газ, а также хлорсодержащие углероды. В результате парниковый эффект усиливается, что может привести к губительному повышению средней температуры поверхности Земли.

Мерой воздействия различных веществ на парниковый эффект принято оценивать с помощью потенциала глобального потепления GWP (Global Warming Potential), характеризующий степень потепления атмосферы Земли за 100 лет при воздействии только данного вещества. За точку отсчета принято значение потенциала глобального потепления для хладагента R11:GWP(R11) =1. Значения потенциалов глобального потепления для наиболее распространенных в настоящее время хладагентов приведены в таблице 1.

Марка фреона	GWP
R11	1,0
R12	2,8…3,4
R114	3,7…4,1
R22	0,32…0,37
R125	0,51…0,65
R134a	0,24…0,29
R142b	0,34…0,39
R143a	0,72…0,76
R152a	0,026…0,03
R404a	0,64

Таблица 1. Значения потенциалов глобального потепления

Более полным показателем влияния теплового насоса (холодильной установки) на потепление климата планеты является показатель TEWI (Total Equivalent Warming Impact), который учитывает не только парниковый эффект используемого хладагента, но и потребление энергии тепловым насосом (холодильной установкой) за весь период эксплуатации.

Для определения показателя TEWI используется следующая зависимость:

TEWI= GWP · М + α · В, где

GWP – коэффициент глобального потепления

М – общая масса хладагента, выброшенная в атмосферу при эксплуатации и утилизации холодильной установки, кг

α – количество двуокиси углерода (СО₂), выбрасываемое в атмосферу при производстве 1кВт··ч энергии, кг/кВт · ч

В – суммарное потребление энергии холодильной установкой за весь период эксплуатации, кВт

Другим вредным воздействием хладонов на окружающую среду является разрушение озонового слоя атмосферы. Озоновый слой выполняет важнейшую функцию поддержания жизни на Земле: поглощает до 99% жесткого ультрафиолетового излучения, поступающего от Солнца. Молекулы хлоруглеродов поднимаются на высоты 20…45 км от земной поверхности и разлагаются под воздействием ультрафиолетового излучения с образованием атомов хлора. Атомы хлора вступают в химическую реакцию с молекулами озона с образованием кислорода и окиси хлора. Исследования, проведенные в данной области, показали, что одна молекула хлора в состоянии разрушить до 100 000 молекул озона. Это приводит к уменьшению толщины защитного озонового слоя Земли.

Эффект разрушения озонового слоя Земли количественно оценивается потенциалом обеднения озонового слоя ODP (Ozone Depletion Potention). За точку отсчета принято значение потенциала обеднения озонового слоя для фреона R11: ODP (R11) =1. По степени воздействия на озоновый слой все хладагенты подразделяются на 3 группы:

- хладагенты с высокой озоноразрушающей активностью (ODP≥1). К этой категории относятся хлорфторуглероды (CFC): R11, R12, R13, R113, R114, R115, R502, R503, R12B1, R13B1 и другие;

- хладагенты с низкой озоноразрушающей активностью (ODP≤1). К этой категории относятся гидрохлорфторуглероды (HCFC): R21, R22, R141b, R142b, R123, R124 и другие;

- полностью озонобезопасные хладагенты. К этой категории относятся все фреоны, молекулы которых не содержат атомов хлора (фторуглероды FC, гидрофторуглероды HFC, углеводороды НС и другие).

Такими хладагентами являются: R125, R134, R134a, R143a, R152a, R23, R32, R116, R218, R318, R404A, R600, R600a, R717 и другие.

Значения потенциалов обеднения озонового слоя для наиболее распространенных хладагентов приведены в таблице 2.

Таблица 2. Значения потенциалов обеднения озонового слоя.

Марка фреона	ODP
R11	1,0
R12	0,9…1,0
R114	0,6…0,8
R22	0,04…0,06
R125	0
R134a	0
R142b	0,05…0,06
R143b	0
R152a	0
R404A	0

Для уменьшения негативного влияния хлорсодержащих хладагентов на окружающую среду мировое сообщество выработало ряд мер, ограничивающих производство и применение этих хладагентов:

- ускоренное принятие мер по полной остановке производства хладагентов категории CFC (хлорфторуглеродов);

- постепенное сокращение, вплоть до полного прекращения, производства переходных хладагентов категории НСFС (гидрохлорфторуглеродов).

Помимо экологических, хладагент должен отвечать целому ряду теплофизических и конструкциооных требований, основными и з которых являются:

- химическая стабильность и инертность

- нетоксичность

- приемлемые значения критических параметров и нормальной температуры кипения

- малая вязкость

- сравнительно высокая теплопроводность

- способность растворять смазочные масла

- высокая диэлектрическая прочность

- низкая температура замерзания

- совместимость с применяемыми в холодильном машиностроении материалами

- невысокая стоимость

2.Обоснование принципиальной схемы и принятого оборудования.

Темой диплома является установка, которая зимой работает, как тепловой насос, а летом, как холодильная машина. В состав ее входят винтовой компрессор, регенеративный теплообменник, кожухотубные испарительи конденсатор, конденсатор воздушного охлаждения.

В схеме с регенеративным теплообменником часть тепла отводится от конденсата перед дроссельным вентилем парам хладагента, выходящим из испарителя. Благодаря этому увеличивается удельная холодопроизводительность и эффективность цикла. Также, теплообменник необходим для подогрева пара, идущего из испарителя для снижения вероятности влажного хода компрессора. В регенеративном теплообменнике производится переохлаждение жидкости после конденсатора, что позволяет более эффективно использовать поверхность теплообмена конденсатора без его затопления. Переохлаждение жидкости увеличивает эффективность установки.

Винтовые компрессоры конкурируют с другими типами объемных компрессорных машин. Отсутствие клапанов и неуравновешенных механических сил обеспечивает винтовым компрессорам возможность работать с высокими частотами вращения, т.е. получать большую производительность при сравнительно небольших внешних габаритах.

Пластинчатый теплообменник, конденсатор воздушного охлаждения, кожухотрубный конденсатор и испаритель имеют компактные размеры и емкость по хладагенту при развитой поверхности теплообмена. Это позволяет создать установку большой производительности при небольших размерах.

Принцип работы схемы:

Пары холодильного агента, выходящие из кожухотрубного испарителя, перегреваются в регенеративном теплообменнике, затем поступают в компрессор. В компрессоре пары сжимаются с давления кипения до давления конденсации, и направляется в кожухотрубный конденсатор или в конденсатор воздушного охлаждения в зависимости от теплого и холодного периода года, где пар конденсируется водой. Жидкий холодильный агент после конденсатора проходит регенеративный теплообменник, где он переохлаждается, отдавая теплоту пару низкого давления. Далее жидкость дросселируется в ТРВ с давления конденсации до давления кипения, затем поступает в испаритель, где жидкость кипит, цикл повторяется.