1.1.6.1. Параллельное соединение тну

Применение многоступенчатых ТНУ с параллельным соединением является наиболее простым способом повышения экономичности ТНУ, не требующим больших дополнительных затрат [21].

Схема параллельного соединения тепловых насосов и их термодинамические циклы в T-S диаграмме показаны на рис. 1 – 14 и 1 – 15 [21] (учтено также термодинамическое несовершенство теплообменников, из-за чего температуры конденсации и испарения рабочего агента выше соответствующих температур теплопотребителя и ниже температуры НПИТ).

Рис. 1 – 14. Схема параллельного соединения трех теплонасосных установок Д – дроссельный клапан; И – испаритель; К – конденсатор; Кр – компрессор

Рис. 1 – 15. T – S диаграмма схемы с параллельным соединением трех ТНУ: 1 – температура теплопотребителя; 2 – температура низкопотенциального источника теплоты

Качественный анализ показывает, что параллельное соединение ТНУ позволяет уменьшить количество необходимой приводной энергии (ее экономия показана на рис. 1 – 15 штриховкой).

1.1.6.2. Применение многоступенчатых компрессоров в тну

Приближение к циклу Лоренца посредством применения многоступенчатых компрессоров (рис. 1 – 16) имеет много общего с приближением посредством параллельного соединения единичных ТНУ [21]. Термодинамический цикл установки с многоступенчатым компрессором (рис. 1 – 17) практически идентичен термодинамическому циклу установки с параллельным соединением единичных ТНУ. Схожесть термодинамических циклов позволяет сделать вывод о той же степени эффективности данных установок, что и в случае ТНУ с параллельным соединением единичных КТНУ. Помимо этого необходимо учесть, что затраты на единичный компрессор в случае ТНУ с многоступенчатым компрессором меньше, чем на несколько компрессоров при параллельном соединении ТНУ, и при проектировании новых установок данный вариант более предпочтителен.

Рис. 1 – 16. Схема компрессионной теплонасосной установки с многоступенчатым компрессором Д1, Д2 – дросселирующие клапаны; И1, И2 - испарители; К1, К2, К3 – конденсаторы; Кр – многоступенчатый компрессор.

Рис. 1 – 17. Термодинамический цикл компрессионной теплонасосной установки с многоступенчатым компрессором: 1 – теплопотребитель; 2 – НПИТ.

1.1.6.3. Применение двухкомпонентных ра в тну

Применение неазеотропного двухкомпонентного рабочего агента в компрессионных тепловых насосах позволяет достичь еще большего приближения к циклу Лоренца. Сама схема ТНУ не отличается от схемы единичной КТНУ (рис. 1 – 6). Основное отличие от КТНУ с однокомпонентным рабочим агентом состоит в том, что испарение и конденсация неазеотропной смеси происходят при переменных (плавно изменяющихся) температурах. T – S диаграмма термодинамического цикла КТНУ с применением неазеотропного двухкомпонентного рабочего агента показана на рис. 1 – 18. Чтобы использовать это преимущество для большего соответствия циклу Лоренца, необходимо испаритель и конденсатор выполнять в виде противоточных аппаратов. По результатам [21] при перепаде температур по 10К на стороне конденсатора и испарителя экономия энергии достигает 25% по сравнению с обычным компрессионным тепловым насосом.

К недостаткам же данных КТНУ относятся сложность расчета и необходимость работы теплового насоса в заданном интервале температур (это хорошо видно из рис. 1 – 19 – для каждого значения минимальной температуры фазового перехода ( и ) при сохранении постоянного давления имеются единственные максимальные значения температуры фазового перехода ( и ) ).

Рис. 1 – 18. Диаграмма термодинамического цикла компрессионного теплового насоса с применением неазеотропного двухкомпонентного рабочего агента в координатах T – S: 1 – рабочий агент; 2 – теплопотребитель; 3 – источник низкопотенциальной теплоты.

Рис. 1 – 19. lg(P) – I диаграмма цикла КТНУ с неазеотропным двухкомпонентным рабочим агентом