Приклади питань тестового контролю
1. Яка лінія на р-h діаграмі відповідає процесу випарювання?
2. Яка лінія на р-h діаграмі відповідає процесу дроселювання?
3. Яка формула коефіцієнта перетворювання теплового насоса?
4. Які основні джерела низькопотенційної теплоти для теплового насосу?
5. Чому дорівнює коефіцієнт перетворення теплового насоса?
6. Чому дорівнює коефіцієнтом перетворення теплового насоса для циклу Карно?
7. Які підбирають робочі тіла, аби наблизитися до ідеального циклу Карно
8. Який процес відбувається в компресорі теплового насоса?
9. Який процес відбувається в конденсаторі теплового насоса?
10. Що відбувається з тиском при конденсації?
11. Як на p - h діаграмі зображується адіабатичне розширення?
12. У яких двох крапках досить знати стан робочого тіла, аби розрахувати весь цикл теплового насоса?
13. Прямий відлік яких параметрів допускає p - h діаграма (на горизонтальній осі)?
14. Що враховується в реальному циклі теплового насоса на відміну від ідеального?
15. Які задачі в циклі теплового насоса вирішує проміжний теплообмінник - переохолоджувач?
16. Як розраховується КОП за допомогою p - h діаграми?
17. Якою лінією на p - h діаграмі зображується процес дроселювання?
18. Якою лінією на p - h діаграмі зображується процес, що відбувається в конденсаторі?
19. Як класифікуються теплові насоси по вигляду холодильного агента?
20. Який мінімальний перепад температур у випарнику достатній для роботи теплового насоса при використанні води?
21. Які чинники обмежують використання довколишнього повітря як джерело теплоти для теплового насоса?
22. Що позначає термін бівалентные теплові насоси?
23. Що характеризує замкнуту водяну систему?
24. Коли отримують найбільші вигоди від використання теплового насоса
25. Що характеризує схему теплового насоса з турбіною з протитиском?
КУРСОВА РОБОТА
Загальні вказівки і вимоги до оформлення курсової роботи
6.1.1 Передбачений в цій навчальній дисципліні курсова робота базується на матеріалі розділу робочої програми «Теплові насоси» та темі «Системи сонячного теплопостачання», яка вивчалась раніше в рамках дисципліни «Низькопотенційні та альтернативні джерела енергії».
6.1.2 Перед виконанням курсової роботи слід опрацювати теоретичний матеріал глави 5 «Теплові насоси».
6.1.3 Виконання роботи повинно супроводжуватися пояснюючим текстом з посиланням на джерело, де взяті розрахункові формули, співвідношення і т.п.
6.1.4 Курсова робота виконується у вигляді зброшурованих аркушів формату А4, на обкладинці вказується група, прізвище та ініціали студента, варіант вихідних даних і дата надходження роботи для перевірки.
6.1.5 На кожній сторінці справа треба залишити поле шириною не менше ніж 3 см.
6.1.6 При виконанні розрахунків слід дотримуватися наступної послідовності: розшукувану величину задати у вигляді формули, потім підставити в неї задані значення параметрів та величин, записати одержаний результат розрахунку й одиницю виміру (розмірність) у системі СІ. При розрахунку однотипних величин розрахунок першої з них записується у вигляді, вказаному вище, а інші результати зводяться у таблицю.
6.1.7 Курсова робота, після її перевірки керівником захищається студентом на комісії з викладачів кафедри.
6.1.8 Якщо робота не захищена, то всі необхідні поправки робляться в її кінці у розділі „Робота над помилками”. Вносити будь які виправлення в текст, розрахунки чи графіки після перевірки викладачем забороняється.
6.1.9 При розрахунку КОП за допомогою програми Coolpack для кожного місяця повинна бути приведена діаграма з накресленим циклом, вихідні дані для побудування циклу та параметри основних точок.
Зміст курсової роботи
6.2.1 Зміст цієї курсової роботи відповідає наступній назві: „Вибір альтернативного джерела гарячого водопостачання на основі фінансового оцінювання варіантів”.
6.2.2 Ціль роботи – оволодіти практичними прийомами розрахунку основних технічних параметрів систем теплопостачання з нетрадиційними джерелами енергії, придбати навики аналізу економічної доцільності використання таких систем.
6.2.3 Вихідні положення:
6.2.3.1 Для вибору системи гарячого водопостачання (ГВП) порівняти витрати на обладнання та енергоносії для трьох варіантів, та на основі фінансового аналізу вибрати доцільну.
Варіант 1 - використання плоских сонячних колекторів сумісно з тепловим насосом (ТН).
Варіант 2 – використання плоских сонячних колекторів.
Варіант 3 – використання електричного нагрівача.
Об’єкт – сезонна система ГВП бази відпочинку. Термін роботи –квітень – жовтень. Газопостачання відсутнє.
6.2.3.2 Вихідними даними для розрахунку є:
1. Дані про середньомісячне надходження сонячної радіації, число годин сонячного сяйва і середньомісячні температури повітря;
2. Навантаження гарячого водопостачання QГВП, ГДж/добу;
3. Параметри сонячного колектора FR()n и FRUL і його вартість,
де – пропускна здатність прозорих покриттів по відношенню до сонячного випромінювання;
- поглинальна здатність прозорих покриттів по відношенню до сонячного випромінювання;
UL – повний коефіцієнт теплових втрат колектора, Вт/(м2*К);
FR – коефіцієнт відведення теплоти від колектора;
4. Температури холодної водопровідної води і гарячої води, що потребується споживачу.
5. Кут нахилу колектора до горизонту.
2.3.3 Студент вибирає вихідні данні відповідно двох останніх цифр номеру залікової книжки. Кліматичні дані для десяти міст наведені у Додатку А, місто, в якому проектується система гарячого водопостачання, вибирається з таблиці 6.1 по останній цифрі залікової книжки. Також з цієї таблиці вибирається добове навантаження гарячого водопостачання QГВП.
Параметри сонячного колектора та його вартість вибираються згідно таблиці 6.2 по передостанній цифрі залікової книжки. В цій таблиці також наведено ефективність колектора 
, яку треба прийняти при розрахунку системи ГВП з ТН.
Температури гарячої та холодної води приймаються для всіх варіантів Тг.в. = 50С, Тх.в. = 15С для всіх місяців. Якщо керівником не вказано інше, кут нахилу колектора до горизонту приймається на 15 меншим, ніж широта місцевості .
Таблиця 6.1 Варіанти для вибору міста проектування та середньодобове навантаження гарячого водопостачання
| Остання цифра у заліковій книжці | Місто, де проектується система ГВП | Добове навантаження ГВП, ГДж/добу | Тип фреону | Ізоентропічний ККД компресора із |
| Ашхабад | 6,0 | R12 | 0,7 | |
| Баку | 8,0 | R22 | 0,71 | |
| Бердянськ | 4,0 | R407a | 0,76 | |
| Єреван | 10,0 | R134a | 0,73 | |
| Євпаторія | 12,0 | R410a | 0,76 | |
| Київ | 16,0 | R410a | 0,77 | |
| Одеса | 9,0 | R407a | 0,78 | |
| Ташкент | 7,0 | R12 | 0,72 | |
| Тбілісі | 11,0 | R22 | 0,73 | |
| Херсон | 5,0 | R134a | 0,77 |
Таблиця 6.2 Тип колектора, його параметри та вартість.
| Передостання цифра залікової книжки | Тип колектора | Параметри колектора | ККД колектора з тепловим насосом
| Вартість колектора, грн./м2 | |
| FR()n | FRUL | ||||
| Неселективний | 0,75 | 6,5 | 0,71 | ||
| Селективний | 0,73 | 4,6 | 0,69 | ||
| Високоселективний | 0,74 | 3,7 | 0,69 | ||
| Неселективний | 0,77 | 5,8 | 0,73 | ||
| Селективний | 0,74 | 4,8 | 0,7 | ||
| Високоселективний | 0,76 | 3,4 | 0,72 | ||
| Неселективний | 0,74 | 6,2 | 0,70 | ||
| Селективний | 0,75 | 4,4 | 0,71 | ||
| Вакуумований | 0,8 | 3,2 | 0,76 | ||
| Селективний | 0,70 | 6,9 | 0,67 |
Постановка задачі
Висока собівартість існуючих сонячних колекторів (СК) обмежує області доцільного використання систем сонячного теплопостачання (ССТП). Однак підвищення цін на енергоносії диктує необхідність пошуку методів підвищення ефективності ССТП для широкого впровадження в регіонах, орієнтованих на паливо, що привезене, віддалених від газопроводів, і які мають сприятливі кліматичні умови. До таких регіонів можна віднести, наприклад, узбережжя Чорного і Азовського морів. Другий фактор, що впливає на фінансову ефективність використання ССТП, полягає в тому, що при необхідності підвищення температури на виході з колектора, різко знижується його коефіцієнт корисної дії. Зменшення цього зниження ефективності досягається вживанням дорогих технологій (високоселективне покриття поглинаючої пластини, вакуумовані колектори). Якби досить було б за допомогою ССТП забезпечити лише невелике підвищення температури теплоносія, це дозволило б використовувати недорогі колектори, отримуючи досить високий ККД.
З другого боку, розглядаючи фінансову ефективність теплових насосів, можна відзначити, що, враховуючи високу вартість електричної енергії, що використовується ними, їх впровадження може бути доцільним тільки за наявності постійного джерела води (або повітря) з порівняно високою температурою.
Названі фактори вказують на доцільність розгляду комбінованої системи, в якій за допомогою сонячної системи з недорогими колекторами досягається незначне підвищення температури води, яка в свою чергу є низькопотенційним джерелом теплоти для ТН.
Принципова схема подібної системи представлена на рис. 6.1 [4]. Її робота полягає в наступному. Рідина, що подається насосом 1 і нагріта в СК 2 за рахунок сонячної радіації до температури трохи вищої, ніж температура зовнішнього повітря, служить джерелом теплоти для ТН. Рідину спрямовують у випарник 3, де вона охолоджується, віддаючи теплоту холодоагенту, який випаровується. Пари, що утворилися, перегріваються в теплообміннику–переохолоджувачу 4 на 10 С для забезпечення надійної і безпечної роботи компресора 5. Засмоктувані компресором перегріті пари піддаються стискуванню. При цьому підвищуються тиск і температура холодоагенту. Гарячі пари поступають в конденсатор 6, де охолоджуються і конденсуються, нагріваючи водопровідну воду (ВВ) до необхідної температури. Конденсат холодоагенту переохолоджується в 4 і дроселює в 7. Через це знижується тиск і температура холодоагенту, а волога пара, що утворилася, знову поступає у випарник 3 і цикл замикається. Нагріта водопровідна вода акумулюється в баку 8.
Рис. 6.1 Принципова схема системи ГВП з ТН.
При використанні наведеної схеми треба знайти компроміс між двома задачами, що знаходяться у протиріччі. З одного боку, чим нижче температура на вході у колектор, тим вище ККД колектора (кол), а з другого боку, чим нижче ця температура, тим нижче температура випаровування теплового насоса, і відповідно зменшується КОП, тобто ефективність ТН. Тому в даному розрахунку розглядається система в якій підтримується постійний , який близький к максимальному значенню рівному FR()n (див. табл. 6.2). Постійність забезпечується піддержанням температури у випарнику ТН впродовж місяця на постійному рівні, який розраховується з рівняння колектора. В цьому випадку температура води на виході з випарника ТН (а значить на вході в колектор), буде на кілька градусів вища за середньомісячну температуру зовнішнього повітря.
Використовуючи таку схему, витрата води в циклі сонячного колектора вибирається такою, щоб забезпечити її нагрів всього на кілька градусів. Як зазначено у розділі 5, для роботи ТН достатньо охолодження теплоносія всього на 1- 2С, тому в роботі приймаємо цю різницю 2С. Оскільки температура рідини в СК близька до температури навколишнього середовища, майже повністю усуваються теплові втрати від поверхонь СК, що і призводить до підвищення енергетичної ефективності. Використання такого режиму дозволяє відмовитись від дорогих селективних покриттів. Крім того, набагато скорочуються поверхні СК, підвищується надійність системи ГВП. Вся теплота, зібрана колектором, віддається у випарнику ТН холодоагенту (фреону), і знову надходить в колектор – цикл замикається.
Система працює тільки в денний час. Для покриття навантаження вечірнього і нічного часу використовується бак-акумулятор (на рис. 6.1 – позиція 8).
Таким чином, навантаження випарника QL рівне теплоті, отриманій від сонячного колектора. Тому розрахунок в основному зводиться до того, щоб для кожного місяця роботи системи визначити кількість теплоти, отриманої СК за рахунок сонячної енергії і температуру випарника у ТН, а потім використати ці дві величини і температуру води, необхідної споживачу, для розрахунку параметрів ТН (коефіцієнта перетворення – КОП, потужності компресора).
У даній курсовій роботі проводиться наближений техніко-економічний розрахунок комбінованої системи, схема якої зображена на рис. 6.1, і знаходяться фінансові показники ще двох способів нагріву води:
1. За допомогою сонячної системи ГВП, схема, якої представлена на рис. 6.2 [6].
2. Традиційного (за умови наявності єдиного джерела енергії –електричної енергії).
Потім фінансові показники кожної з альтернативних систем (комбінована система і геліосистема без ТН) порівнюються з показниками базової системи, за яку приймаємо традиційну з електрокотлом.
Рис. 6.2. Принципові схеми систем сонячного гарячого водопостачання:
1—сонячний колектор; 2 — акумулятор.
а) з безпосереднім перемішуванням теплоносіїв у баку-акумуляторі;
б) з теплообмінником у баку-акумуляторі.
Вибір схеми, з двох, зображених на рис. 6.2 залежить від погодних умов міста де пропонується встановити геліосистему: якщо за термін роботи квітень-жовтень нема небезпеки замерзання рідини у контурі сонячного колектора, то можна в цьому контурі використовувати воду і тоді нема необхідності у теплообміннику у баку-акумуляторі. В протилежному випадку, коли наприклад у жовтні є ймовірність заморозків, то в контурі сонячного колектора требі використовувати антифриз, і теплообмінник у баку-акумуляторі є необхідним. У всіх городах України є небезпека негативних температур у квітні та жовтні, тому у варіантах з цими містами вибирається схема, зображена на рис. 6.2б. Інші міста в таблиці 6.1 знаходяться у більш південних широтах, небезпеки замерзання там нема, тому доцільно для геліосистеми вибрати схему 6.2а.
(Відмітимо, що часто схеми, зображені на рис. 6.2, доповнюються додатковим джерелом енергії, наприклад електричним нагрівачем, який занурюється у бак акумулятор. В такому випадку площа колектора вибирається виходячи з повного забезпечення потреб у гарячій воді в теплі місяці червень-серпень, а тепло, що недостає в інші місяці, забезпечується за рахунок електронагріву. Якщо це буде вказано керівником, студент розраховує саме таку геліосистему.)