расчет тну. 09.04.23 ПД март Кузьменко ТНУ с хладоносителем и ТО. 1 Основные области применения 3 2 Пропиленгликоль как антифриз для отопления 4

• Название: 1 Основные области применения 3 2 Пропиленгликоль как антифриз для отопления 4
• Анкор: расчет тну
• Дата: 03.05.2023
• Размер: 0.82 Mb.
• Имя файла: 09.04.23 ПД март Кузьменко ТНУ с хладоносителем и ТО .docx
• Тип: Документы; #1104569
• страница: 4 из 4

5 Отличие этиленгликоля от пропиленгликоля

Тепло- и хладоносители на основе этиленгликоля (этандиола) отличаются более высокими теплоемкостью и теплопроводностью по сравнению с водными растворами пропиленгликоля, а это позволяет применять в схемах радиаторы и теплообменники меньшего размера. Они также обладают более низкой вязкостью, что обеспечивает лучшую циркуляцию теплоносителя внутри системы и снижение гидродинамических потерь [6].

Благодаря малой вязкости этандиола на его основе можно создавать растворы различных концентраций с максимально низкой температурой кристаллизации до -70 °С. При этом есть еще и главное отличие – этиленгликоль стоит почти в 2 раза дешевле своего конкурента.

Существенный недостаток этиленгликолевых растворов – их токсичность. Недопустимо их проникновение в грунтовые воды и в почву, особенно в местах, где используется грунтовая вода и выращиваются сельскохозяйственные культуры. При неосторожном применении антифриз может попасть внутрь организма, что способно привести к летальному исходу. Он также обладает сладковатым вкусом и не имеет неприятного запаха, а это создает повышенную опасность для животных и детей в случае протечек. Сравнительную характеристику этиленгликоля и пропиленгликоля приведем в таблице 1.

6 Этиленгликоль и пропиленгликоль: сравнение и выводы

Обобщив все вышесказанное, можно сделать вывод, что более высокие теплопроводность и теплоемкость этиленгликоля при его меньшей вязкости и доступной цене делают его предпочтительнее растворам на основе пропиленгликоля. Но! Это правило действует только в тех случаях, где отсутствуют особые требования к экологичности теплоносителя. Во всех остальных ситуациях необходимо использовать пропиленгликоль. Его отличия по теплофизическим свойствам от конкурента не столь существенны, но стоит он дороже. В отличие от пропиленгликоля этиленгликоль имеет более широкий диапазон температур и при концентрации в 50% не будет замерзать в зимний период, температура наружного воздуха которого может опускаться до -40°С. Хотя в данном случае это вопрос безопасности, на которой непозволительно экономить.

Расчет теплонасосной установки с этиленгликолем в качестве промежуточного хладоносителя в испарителе ТНУ

На рисунке 1 представлена схема парокомпрессионной одноступенчатой теплонасосной установки с использованием этиленгликоля в качестве промежуточного хладоносителя.

Схема состоит из компрессора, двух конденсаторов, испарителя, регенеративного теплообменника (переохладителя) и «водо-водяного» теплообменника [4].

Жидкий хладагент поступает в испаритель И, где происходит его испарение за счет подвода низкотемпературной теплоты хладаносителя – водного раствора этиленгликоля. Образующийся насыщенный пар поступает в регенеративный теплообменник РТ, где перегревается за счет охлаждения конденсата, поступающего из конденсатора К.

Затем сухой перегретый пар холодильного агента сжимается компрессором КМ до давления Р_к, которому соответствует более высокая температура t₂' выше температуры конденсации t_к и поступает в конденсатор, где хладагент конденсируется, и вода, предназначенная на горячее водоснабжение нагревается от температуры равной 5 ; до температуры равной 65 ; и поступает потребителю.

Из регенеративного теплообменника РТ охлажденный конденсат хладагента поступает в регулирующий вентиль РВ, где происходит снижение давления и температуры хладагента до исходных параметров до температуры испарения Т0 и давления Р0 и цикл повторяется.


К1 – конденсатор для обеспечения нагрузки на отопление; К2 – конденсатор для обеспечения нагрузки на горячее водоснабжение (ГВС); РТ – регенеративный теплообменник; КМ – компрессор; И – испаритель; РВ – регулирующий вентиль; БГ – башенная градирня

Рисунок 1 – Схема парокомпрессионной одноступенчатой теплонасосной установки с использованием этиленгликоля в качестве промежуточного хладоносителя

Параметры водного раствора этиленгликоля:

объемная концентрация – 52 %:

температура замерзания – -13 ;

температура кипения 197,3 ;

температура:

на входе в испаритель ТНУ t_н1 = 32,7 ;

на выходе из испарителя ТНУ t_н2 = 22,5 ;

Температура циркуляционной (оборотной) воды:

на входе в «водо-водяной» теплообменник t_н1'= 5+32,7=37,7 ;

на выходе из «водо-водяного» теплообменника t_н2'= 5+22,5=27,5 .

В таблице 3 приведены параметры холодильного агента фреона-600а (хладона R600а).
Таблица 3 – Параметры холодильного агента фреона-600а (хладона R600а) в характерных точках процессов

Номер точки	Температура ;	Давление	Энтропия	Энтальпия	Удельный объем	Степень сухости
1´	tо = 17,5	Ро = 0,285	­	585	-	1
1	tвс = 47,5	Ро = 0,285	S1=S2=2,48	620	0,175	-
2	t2 = 113	Рк = 2,0	S1=S2=2,48	715	-	-
2´	t2’ = 121	Рк = 2,0	­	739	-	-
3´	tк = 100	Рк = 2,0	­	465	-	0
3	tрт = 87	Рк = 2,0	­	430	-	-
4	tо = 17.5	Ро = 0,285	­	430	-	-

Положение характерных точек процессов 1, 1', 2, 3', 3, 4 в ТНУ определяется процессами, из которых состоит цикл одноступенчатой теплонасосной установки (рисунок 2):

4-1' – испарение хладагента в испарителе И при и ;

1'-1 – перегрев паров хладагента в регенеративном теплообменнике РТ (переохладителе ПО) на всасе компрессора КМ при ;

1-2 – адиабатное сжатие паров хладагента в компрессоре до давления ;

2-3' – отвод теплоты от хладагента в конденсаторы К1 и К2 при и ;

3'-3 – переохлаждение жидкого хладоагента в регенеративном теплообменнике РТ (ПО) до при Р_к;

3-4 – дросселирование жидкого хладоагента до давления в регулирующем вентиле РВ.
Тепловой баланс парокомпрессионной одноступенчатой теплонасосной установки и определение удельных тепловых нагрузок

Удельная тепловая нагрузка испарителя

 кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка конденсатора

кДж/кг.

Удельная тепловая нагрузка регенеративного теплообменника

кДж/кг.


Рисунок 2 – Расход одноступенчатого паракомпрессионного трансформатора теплоты в lgP-h диаграмме


Теплота перегрева паров холодильного агента перед компрессором

кДж/кг.

Удельная внутренняя работа компрессора

кДж/кг.

Тепловой (энергетический) баланс установки:



Расход холодильного агента:

полный (суммарный на конденсаторы К1 и К2)



где , – соответственно расход холодильного агента на первый и второй конденсаторы.

Тепловые нагрузки на конденсаторы К2 и К1соответственно равны:

= 0,714 МВт; Q_от=7,516-0,714=6,802 МВт,

тогда доля тепловой нагрузки на отопление (конденсатор К1) составит

= 0,9.

Расход холодильного агента на первый конденсатор К1

кг/с,

расход холодильного агента на второй конденсатор К2

кг/с.

Объемная производительность компрессора

.

Тепловые нагрузки:

Испарителя

;

на первый конденсатор К1

;

на второй конденсатор К2

;

суммарная тепловая нагрузка

;

регенеративного теплообменника

.

Электрическая мощность привода компрессора

.

Холодильный коэффициент



Коэффициент трансформации теплоты

.

Расход воды на отопление

кг/с.

Расход воды на горячее водоснабжение

кг/с.

Расход охлаждаемой оборотной (циркуляционной) воды

G_н = Q₀ /(с_w ( )) = /(4,19(32,7-22,5)) = 99,48 кг/с.

Расход водного раствора этиленгликоля в испарителе

кг/с.

Расход охлаждаемой оборотной воды в теплообменнике

МВт.

=104,72 кг/с.

8 Определение поверхностей нагрева испарителя, конденсаторов

Принимаем значение коэффициента теплопередачи в конденсаторах, испарителе: согласно [1, 2].

Средние температурные напоры:

в конденсаторе К₁:

определяем = 45° С и ° С – большая и меньшая разности температур в начале и конце теплопередающей поверхности (см. рисунок 5). Проверяем соотношение , следовательно, средний температурный напор рассчитываем по формуле

;

в конденсаторе К₂:

определяем ° С и ° С – большая и меньшая разности температур в начале и конце теплопередающей поверхности (см. рисунок 6). Проверяем соотношение , следовательно, средний температурный напор рассчитываем по формуле



в испарителе И:

определяем ° С и ° С – большая и меньшая разности температур в начале и конце теплопередающей поверхности (см. рисунок 7). Проверяем соотношение , следовательно, средний температурный напор рассчитываем по формуле

;

в теплообменнике:

определяем ° С и ° С – большая и меньшая разности температур в начале и конце теплопередающей поверхности (см. рисунок 7). Проверяем соотношение , следовательно, средний температурный напор рассчитываем по формуле

;



Рисунок 5 – Изменение температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена конденсатора К₁



Рисунок 6 – Изменение температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена конденсатора К₂



Рисунок 7 – Изменение температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена испарителя



Рисунок 8 – Изменение температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена теплообменника

Определяем площади поверхностей нагрева по формулам из [1, 2]:

конденсатора К₁

;

конденсатора К₂

;

испарителя

;
теплообменника

;

В соответствии с поверхностями теплообмена: испарителя , конденсаторов , и «водо-водяного» теплообменника выбираем пластинчатые теплообменники.

В качестве испарителя выбираем пластинчатый теплообменник марки Пластинчатый теплообменник Ридан НН №600 (646.85557) [7].

Характеристики пластинчатого теплообменника представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Характеристики пластинчатого теплообменника Ридан НН №600 (646.85557)

Показатели	Величины
Мощность, МВт	5
Диаметр труб, мм	600
Поверхность нагрева	До 4416,36
Среды	Гликоль и антифриз

В качестве конденсатора К1 выбираем пластинчатый теплообменнник марки ЭТРА ЭТ-201C (ДУ 500 ММ) [8].

Характеристики пластинчатого теплообменнника представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Характеристики пластинчатый теплообменник ЭТРА ЭТ-201C (ДУ 500 ММ)

Показатели	Величины
Поверхность нагрева	6-1196
Площадь пластины, м2	2
Диаметр условного прохода, мм	500
Допустимое количество пластин, шт	5-600
Среды	Вода-антифриз

В качестве конденсатора К2 выбираем выбираем пластинчатый теплообменнник марки ЭТРА ЭТ-188с (645.57581) [9].

Характеристики кожухотрубного горизонтального конденсатора представлены в таблице 6.

Таблица 6 – Характеристики пластинчатый теплообменника Ридан НН №210 (645.57715)

Показатели	Величины
Поверхность нагрева	5,7-1240,4
Диаметр условного прохода, мм	300
Допустимое количество пластин, шт	5-655
Среды	Вода и фреон

В качестве двух теплообменников выбираем разбоный пластинчатый теплообменник Ридан НН №210 (645.57715) [10].

Характеристики разборных пластинчатых теплообменников Ридан НН №210 (645.57715) представлены в таблице 7.

Таблица 7 – Характеристика разборного пластинчатого теплообменника Ридан НН №210 (645.57715)

Показатели	Величины
Поверхность нагрева	42-2037
Площадь пластины, м2	2,205
Диаметр условного прохода, мм	400
Допустимое количество пластин, шт	11-930

Список использованных источников

1. Пропиленгликоль или этиленгликоль: сравнение теплоносителей. – Режим доступа: https://ru.lambdageeks.com/carnot-cycle-processes-carnot-engine-efficiency/ (09.04.2023).

2. Пропиленгликоль или этиленгликоль в качестве основы для теплоносителя. – Режим доступа: https://evpa-gaz.ru/sistemy/plotnost-propilenglikolya-40.html (09.04.2023).

3. Сфера применения пропиленгликоля. – Режим доступа: https://www.eglikol.ru/sfera-primeneniya-propilenglikolya (09.04.2023).

4. Пропиленгликоль или этиленгликоль в качестве основы для теплоносителя. – Режим доступа: https://uwit.ru/ob-otoplenii/teploemkost-propilenglikolya.html (09.04.2023).

5. В чем разница между этиленгликолем и пропиленгликолем. – Режим доступа: https://mbambino.ru/articles/v-chem-raznitsa-mezhdu-etilenglikolem-i-propilenglikolem.html (09.04.2023).

6. Пропиленгликоль или этиленгликоль: сравнение теплоносителей.– Режим доступа: https://himrus.ru/stati/propilenglikol-ili-etilenglikol (09.04.2023).

7. Пластинчатый теплообменник Ридан НН №600 (646.85557).– Режим доступа: https://dupad.ru/teploobmeniki/plastinchatye-razbornye-teploobmenniki/646.85557-plastinchatyy-teploobmennik (09.04.2023).

8. Аппарат пластинчатый разборный теплообменный ЭТРА ЭТ-201C (ДУ 500 ММ).– Режим доступа: https://proteplo.org/teploobmenniki/jetra-et-201s (09.04.2023).

9 Пластинчатый теплообменник ЭТРА ЭТ-188с (645.57581).– Режим доступа: https://irkutsk.dupad.ru/teploobmeniki/plastinchatye-razbornye-teploobmenniki/645.57581-plastinchatyy-teploobmennik (27.04.2023).

10. Пластинчатый теплообменник Ридан НН №210 (645.57715).– Режим доступа: https://irkutsk.dupad.ru/teploobmeniki/plastinchatye-razbornye-teploobmenniki/645.57715-plastinchatyy-teploobmennik (27.04.2023).