Sprawność pompy ciepła z przegrzanym gazem na wejściu

blol
Wtajemniczony
Posty: 37
Rejestracja: 29 sty 2009, 23:04

Sprawność pompy ciepła z przegrzanym gazem na wejściu

Postautor: blol » 05 mar 2010, 21:26

Mam taką zagwozdkę:

Jaka będzie sprawność pompy ciepła gdy na wejściu dostaniemy czynnik roboczy o temperaturze 15oC i ciśnieniu atmosferycznym przy temperaturze górnego źródła 45 oC, temperatura powrotu z instalacji co 20oC przy założeniu 60% sprawności pompy w stosunku do wartości teoretycznej (100%). Czynnik roboczy propan.

Chodzi tu o to, że mamy gaz mocno przegrzany o niskim ciśnieniu, także nie można (przynajmniej tak mi się wydaje) skorzystać ze wzoru:
COP = Ts/(Ts-Tp) * 60%

lub też wskazać link do miejsca w jaki sposób to policzyć to sobie już sam poradzę.

Awatar użytkownika
Lis
Site Admin
Posty: 1758
Rejestracja: 24 gru 2003, 23:26
Lokalizacja: Warszawa
Kontaktowanie:

Postautor: Lis » 06 mar 2010, 14:01

Wydaje mi się, że ten wzór też można wykorzystać -- dlaczego nie?
Interesują Cię alternatywne paliwa i odnawialne źródła energii? Na pewno zaciekawią Cię też przygotowania na trudne czasy (tzw. nowoczesny survival) :!:

blol
Wtajemniczony
Posty: 37
Rejestracja: 29 sty 2009, 23:04

Postautor: blol » 08 mar 2010, 06:18

Wydaje mi się, że ten wzór też można wykorzystać -- dlaczego nie?
Z jednej strony literatura dostępna w internecie i knigach mówi o tym, że sprawność klasycznej pompy ciepła zależy tylko od temperatur dolnego i górnego źródła ciepła pomnożone przez jakiś współczynnik sprawności rzeczywistego urządzenia.

Natomiast wydaje mi się, że ukryte są tu pewne założenia dotyczące modelu. W temperaturze 20oC ciśnienie nasycenia par propanu wynosi ok 7,6 bara, w moim przypadku gaz ma ciśnienie atmosferyczne, także może mieć to znaczenie przy szacowaniu sprawności urządzenia.

Pytanie jest właśnie czy ma to znaczenie?

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 08 mar 2010, 16:53

COP = Ts/(Ts-Tp) to maksymalna wydajność jaką może osiągnąć PC (odwrotny cykl Carnota, gaz doskonały), niezależnie od tego czy czynnikiem będzie gaz, para czy elektrony bądź dziury w półprzewodniku.

Te 60% tak taka średnia "doskonałość" pomp ciepła opartych na cyklu Lindego, czyli praktycznie wszystkich stosowanych obecnie. Nie wiem czy da się zrobić coś więcej stosując nietypowe warunki i czynniki. W każdym razie wszystko idzie o to czy będzie to 50,60 czy może 70% względem carnota. Trzebaby policzyć dokładnie na piechotę, tabelki, ciepło parowania itd.

blol
Wtajemniczony
Posty: 37
Rejestracja: 29 sty 2009, 23:04

Postautor: blol » 11 mar 2010, 22:42

Te 60% tak taka średnia "doskonałość" pomp ciepła opartych na cyklu Lindego, czyli praktycznie wszystkich stosowanych obecnie. Nie wiem czy da się zrobić coś więcej stosując nietypowe warunki i czynniki. W każdym razie wszystko idzie o to czy będzie to 50,60 czy może 70% względem carnota. Trzebaby policzyć dokładnie na piechotę, tabelki, ciepło parowania itd.
Tak właściwie parametrów pracy determinujących sprawność pompy ciepła nie ma za wiele:
- sprawność mechaniczna samej pompy (przyjmijmy 60%);
- temperatura dolnego i górnego źródła ciepła;
- ewentualnie wykorzystanie ciepła odpadowego w parowniku, czyli energii cieplnej w skroplonym czynniku.


Jeżeli chodzi o klasyczne rozwiązania PC to oczywiście masz rację wszystko właściwie rozbija się o sprawność PC czyto będzie 50 czy 70%.

Natomiast w moim przypadku mam nietypowe rozwiązanie, niestety nie mogę za dużo o nim powiedzieć w chwili obecnej, ponieważ złożyłem wniosek patentowy na to ustrojstwo i dobrze by było poczekać aż otrzymam patent.

Wszystko póki co jest na dobrej drodze bo dostałem wręcz rewelacyjny stan techniki - jest to dokument wystawiany przez Urząd Patentowy stwierdzający czy patentowane rozwiązanie ma znamiona nowości i wynalaszczości - generalnie żaden z dokumentów (patenty, publikacje naukowe itd.) zawartych w tym dokumencie nie podważają mojego rozwiązania.

Oczywiście w patencie nie trzeba wykazywać czy owo rozwiązanie jest lepsze czy gorsze od istniejących PC, należy jedynie wykazać, że będzie działać.

Zrobiłem też trochę doświadczeń w tym temacie sprawdzając kluczowe procesy w mojej PC i jestem przekonany, że sprawność tej PC będzie znacznie wyższa niż istniejących PC.

Zakładam, że przy parametrach pracy mojej PC takich, że:
Tp = 5oC, Ts = 45oC jest sprawność nie będzie niższa niż 7 do 8 (tu też należy zaznaczyć, że oprócz energii elektrycznej potrzebnej do napędu sprężarki nie są wykorzystywane żadne inne źródła energii).

Oczywiście jeżeli tak będzie w rzeczywistości to aż boje się myśleć jakie to będzie miało konsekwencje.

Jednak chciałbym to dokładnie przeliczyć stąd też moje powyższe pytanie.

W tej chwili kluczowe dla mnie jest odpowiedź na pytanie jaka będzie sprawność pompy ciepła klasycznej z silnie przegrzanym gazem na wejściu.

Również wydaje mi się, że wskazane będzie tu zastosowanie sprężarki wielostopniowej.

Byłbym bardzo wdzięczny za pomoc w tej kwestii, może być również wskazanie linka lub knigi w której jest opisane jak to liczyć - jak będę miał takie wskazówki spokojnie sobie z tym poradzę, problem jest tylko i wyłącznie w tym, że nie mogę znaleźć opisu powyższego problemu w literaturze. Stąd też pytanie do Was.

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 12 mar 2010, 10:23

Tp = 5oC, Ts = 45oC jest sprawność nie będzie niższa niż 7 do 8
dla cyklu carnota uzyskasz sprawność 7.95 i nic więcej. niezależnie czy gaz będzie przegrzany, przechłodzony, nadkrytyczny, czy będzie to czynnik jednorodny, czy wystapi poślizg jak w cyklu Kalina itp nie przecarnotyzujesz cyklu. Narysuj sobie w układzie współrzędnych na jednej osi widełki temperatury, na drugiej entropii, i choćbyś stanął na głowie, nie wciśniesz tam figury o większej powierzchni niż prostokąt. Ten prostokąt to cyk Carnota.

Propan (R290) jako czynnik jest doskonale znany i wszystkie wykresy można sobie znaleść, pytanie sie o takie elementarne rzeczy w kontekście rozmawiania o konstrukcjach mających konkurować z światowymi potentantami w produkcji pomp ciepła, to tak jakby przed wyjazdem w podróż dookoła świata zapytać gdzie wyrabia się paszport.

blol
Wtajemniczony
Posty: 37
Rejestracja: 29 sty 2009, 23:04

Postautor: blol » 12 mar 2010, 12:13

STOLEC - nie czytasz dokładnie a później się nakręcasz i wypisujesz różne dziwne rzeczy (delikatnie to ujmując).

Rzeczy dla Ciebie elementarne dla mnie już takie elementarne nie są i od tego są właśnie fora. Ja osobiście nie mam znajomych którzy wiedzą co to jest cykl Carnota czy wiedzą jak dokładnie działają PC ponieważ ja jak i moi znajomi zajmują się zupełnie innymi rzeczami.

Jeżeli chcesz sprawdzić czy jest to wiedza elementarna wyjdź na ulicę i zapytaj kogoś czy to wie - tylko uważaj na "kiboli" bo oni mogą pomyśleć że ich obrażasz a to może się źle skończyć dla jednej ze stron ...

Napisałem, że w moim przypadku PC nie jest standardowym rozwiązaniem i aby oszacować jej sprawność potrzebuję wiedzieć następujące rzeczy:
1) czy wzór COP = Ts/(Ts-Tp) * 60% odnosi się też do przypadku gdy gaz (np. propoan) na wejściu PC będzie miał 20oC i ciśnienie atmosferyczne;
2) Jak to się liczy.

W stosunku do klasycznej PC.

Skoro jest to wiedza elementarna nie powinno Ci nastręczyć trudności wskazanie przynajmniej książki linka czy czegokolwiek gdzie jest pokazane jak to się liczy - za te wskazówki byłbym bardzo wdzięczny.

A jeżeli chodzi o konkurowanie ze światowymi potentatami, to tym akurat zajmuje się na co dzień tyle że w zupełnie innym obszarze i z bardzo dobrym skutkiem - także da się.

Z drugiej strony absolutnie nie mam zamiaru + ochoty budować PC w garażu - jeżeli sprawdzone zostaną kluczowe procesy i pokazana będzie wykonalność rozwiązania wówczas z jej produkcją nie będzie żadnego problemu (jak dla mnie jest mi to zupełnie obojętne kto to będzie robił).

Ciekawostką jest to, że na jednej z uczelni w Polsce już rozpoczęły się badania nad tą pompą i za jakieś dwa miesiące będą wyniki - natomiast ja chciałbym wykorzystać ten czas na poszerzenie swojej wiedzy w tym temacie.

Rozmawiałem z różnymi profesorami z polskich uczeni - zdecydowana większość podchodziła do tematy zupełnie jak Ty na zasadzie że jest to niemożliwe.

Profesor który wziął temat na warsztat też na początku powiedział, że jak dla niego jest to niemożliwe ale chętnie posłucha o szczegółach bo może się zdarzyło właśnie tak że zrobiłem coś bo nie wiedziałem że to niemożliwe.

Co z tego wyjdzie zobaczymy, pierwsze testy są więcej niż zachęcające.

stratos
Doświadczony
Posty: 508
Rejestracja: 22 lis 2009, 19:00
Lokalizacja: Mława

Postautor: stratos » 14 mar 2010, 09:30

Ta pozycja zapewne Cię zadowolić
http://www.ksiegarnia.klimatyzacja.pl/? ... imatyzacja

Kiedyś można było u nich kupic również
TECHNIKA CHŁODNICZA - tom I i II
Szczególnie w tomie pierwszym jest wiele bardzo przydatnych informacji
Jak też
CZYNNIKI CHŁODNICZE I NOSNIKI CIEPŁA

Słyszałem kiedyś (a może nawet już gdzieś o tym pisałem) o elektrowniach, własnie na propan instalowanych przez Japończyków na oceanie w okolicach równika
Wykożystywały do zasilania ciepłą wodę z powierzchni (odparowywanie propanu), zaś skraplanie odbywało się w wymienniku ileś set metrów niżej pod powieżchnią morza
Instalacja taka miał bardzą niską sprawnośc z racji nie wielkiej różniocy temperatury, jednak przy praktycznie nie ograniczonych zasobach energii ponoć byla uzasadniona ekonomicznie

Darek
Doświadczony
Posty: 557
Rejestracja: 27 lut 2006, 18:16
Lokalizacja: Mazury

Postautor: Darek » 18 mar 2010, 19:17

Jeżeli pompa ciepła działa w cyklu odwracalnym, to sprawności wynikającej
ze wzoru Carnota nie przeskoczysz. Jedyne co musisz uwzględnić w
obliczeniach to dokładne określenie temperatury źródła i chłodnicy. Da to
maksymalną sprawność a jej weryfikacja jest dosyć prosta. Załóż, że ta
pompa ciepła pracuje w cyklu odwróconym jako elektrownia. Każdy element
jest identyczny, temparatury, obieg etc, tylko kierunki są różne. Wykonaj
następnie obliczenia dla tej elektrowni. Jeżeli z obliczeń wyjdzie
dokładnie odwrotność COP, to założenia projektu są słuszne. Gdyby jednak
COP był zbyt duży to mamy klasyczne perpetum moblie, co oznacza błąd w
założeniach lub obliczeniach.

blol
Wtajemniczony
Posty: 37
Rejestracja: 29 sty 2009, 23:04

Postautor: blol » 19 mar 2010, 11:18

stratos - dzięki za info - znalazłem bardzo fajna publikację tu:

http://www.imp.gda.pl/struktura/o2/z3/p ... kladow.pdf

Także póki co łyknę trochę teorii a później wezmę się za literaturę branżową.

Darek - to co piszesz jest oczywiście prawdą jednak tak jak już pisałem wcześniej problem jest taki, że gaz przed sprężarką jest przegrzany i szukam odpowiedzi na pytanie czy standardowe wzory w tej materii będą działały.

To o czym piszecie dot. cyklu Carnota dotyczy bardzo konkretnego modelu pracy urządzenia - w moim przypadku urządzenie nie działa dokładnie według tego modelu i tu jest problem.

Znalazłem kiedyś taką pompę ciepła (poszukam kto to produkuje - póki co nie mogę tego szybko znaleźć) w której odbierane jest ciepło ze skroplonego czynnika roboczego przed zaworem rozprężnym i podgrzewany jest gaz przed wejściem na sprężarkę.

Także założeniu, że
dolne źródło Tp=5oC,
górne źródło Ts=45oC,
sprawność urządzenia s= 60%

COP = 318/40 = 7,95
COP(60%) = 4,77
To dla klasycznego rozwiązania.

I tu zagadka (bardzo zbliżony problem do mojego) jaki będzie COP PC jeżeli przy powyższych założeniach będziemy podgrzewać gaz przed wejściem do sprężarki???

temperatura powrotna z instalacji CO = 20oC (zakładamy że jest to temperatura skroplonego czynnika roboczego przed zaworem rozprężnym). Czyli możemy teoretycznie przyjąć że temperatura gazu przed wejściem na sprężarkę będzie 20oC (pomijam tu aspekty techniczne realizowalności tego - załóżmy, że tak jest). Mamy więc (czynnik propan) przed wejściem na sprężarkę gaz o ciśnieniu ok 4 bar i temperaturze 20oC a nie 5oC.

I tu o to chodzi - na pewno nie próbuję wywrócić teorii związanych z termodynamiką ani budować perpetum mobile - tu chodzi o pewne szczególne przypadki działania PC i próbę znalezienia odpowiedniego opisu matematycznego takich przypadków.

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 19 mar 2010, 17:35

cykl carnota, dotyczy nie tyle gazu co w ogóle, przemiany różnicy temperatury w pracę, sprawdza sie zarówno dla gazu, fluidu dla gazu elektronowego (ogniwa peltiera), dla generatorów opartych na rozszerzalności termicznej metalu lub cieczy itp. To samo dotyczy cylku odwrotnego, czyli pompowania ciepła.

stratos
Doświadczony
Posty: 508
Rejestracja: 22 lis 2009, 19:00
Lokalizacja: Mława

Postautor: stratos » 21 mar 2010, 18:16

Nie wiem czy dobrze ale opisze

Czyli z pompy ciepła woda nagrzana w wyminniku od np.propanu trafia do centralnego
45 stopni
Gdy wraca ma już tylko 20 stopni i trafia do wymiennika tak aby podrzać gaz który nagrzał sie w wymienniku z gruntem tylko do np. zera stopni

Tym sposobem sprężarka nie podnosi tempoeratury z zera stopni do 45 tylko z 20 do 45 a to oznacza że do jej pracy potrzeba miej energii

Co wiecej
Ciecz na zawozę rozprężnym nie ma jak w tradycyjnej pompie ciepła 20 stopni tylko około zera, co pozwala na uzyskanie niższych temperatur na wymienniku z gruntem


Jesli jest tak jak opisałem to dołożenie jednego wymiennika przed sprężarką powinno znacząco podniesc jej sprawność

Tyle że rozwiazanie jest banalne i powinno od dawna być stosowane
A może i jest
NIe wiem jak wyglada budowa współczesnych pomp ciepła

Darek
Doświadczony
Posty: 557
Rejestracja: 27 lut 2006, 18:16
Lokalizacja: Mazury

Postautor: Darek » 28 mar 2010, 13:39

Jeżeli określenie temperatury źródła czy chłodnicy sprawia trudność można
spróbować liczyć przy wykorzystaniu ciepła: n=(Qz-Qc)/Qz. Nie jestem zbyt
mocny w tych obliczeniach i posiłkuję się książką Energia słonerczna w
służbie człowieka. Jednak z tego co rozumiem w obliczeniach dot kilku
źródeł ciepła wystarczy dodać do siebie poszczególne energie. Czyli przy
podgrzewaniu czynnika energia na ten cel powinna zostać dodana do energii
źródła. Aha, wzór dotyczy zamiany ciepła w pracę, przy pompach ciepła należy
wszystko odwrócić. W razie czego polecam w/w książkę, gdzie krok po kroku
opisano odwrócenie cyklu opisując każdy krok odpowiednim wzorem. Są tam też
proste rysunki dzieki którym nawet kompletna noga w fizyce potrafi wszystko
zrozumieć. Jeżeli jednak nie ma w rozwiązaniu jakichś zagwostek
wpływających na temperatury to sprawa zawsze jest oczywista - sprawności
wynikającej z obliczeń na bazie temperatur z wyk. wzoru Carnota nigdy się
nie przekroczy. W przeciwnym wypadku uzyska się patent na perpetum mobile,
a w to ustrojstwo wierzą chyba nieliczni :) Tak samo próba wliczania
jakiegoś ciepła z wnętrza pompy ciepła do cyklu Carnota jest odpowiednikiem
przypinania do kół samochodu prądnicy aby odzyskać energię toczenia ;) Co
innego gdyby dodać jakieś ciepło o wysokiej temp. ale małej wydajności.
Np. ożenienie gruntowej pompy ciepła z rekuperatorem mogłoby dać wymierne
korzyści, a COP będzie rósł wraz z ilością ciepła odzyskiwanego z wentylacji.

blol
Wtajemniczony
Posty: 37
Rejestracja: 29 sty 2009, 23:04

Postautor: blol » 30 mar 2010, 00:46

Nie wiem czy dobrze ale opisze

Czyli z pompy ciepła woda nagrzana w wyminniku od np.propanu trafia do centralnego
45 stopni
Gdy wraca ma już tylko 20 stopni i trafia do wymiennika tak aby podrzać gaz który nagrzał sie w wymienniku z gruntem tylko do np. zera stopni

Tym sposobem sprężarka nie podnosi tempoeratury z zera stopni do 45 tylko z 20 do 45 a to oznacza że do jej pracy potrzeba miej energii

Co wiecej
Ciecz na zawozę rozprężnym nie ma jak w tradycyjnej pompie ciepła 20 stopni tylko około zera, co pozwala na uzyskanie niższych temperatur na wymienniku z gruntem


Jesli jest tak jak opisałem to dołożenie jednego wymiennika przed sprężarką powinno znacząco podniesc jej sprawność

Tyle że rozwiazanie jest banalne i powinno od dawna być stosowane
A może i jest
NIe wiem jak wyglada budowa współczesnych pomp ciepła

Tak dobrze to opisałeś (co do koncepcji) i jest to stosowane w najdroższych pompach ciepła - zapewne z powodu problemów ze sterowaniem całego układu.

Przykład takiego rozwiązania można znaleźć tu:
http://www.viessmann.pl/etc/medialib/in ... 200911.pdf

strona 15 pkt. 3.1.3

Póki co szukam też dokładnej analizy tego zagadnienia.

Sama idea jest banalna, natomiast implementacja tego już taka banalna może nie być - zauważ, że tylko najdroższe rozwiązania zawierają ten bajer.

blol
Wtajemniczony
Posty: 37
Rejestracja: 29 sty 2009, 23:04

Postautor: blol » 30 mar 2010, 01:11

Tak samo próba wliczania
jakiegoś ciepła z wnętrza pompy ciepła do cyklu Carnota jest odpowiednikiem
przypinania do kół samochodu prądnicy aby odzyskać energię toczenia ;)
Co innego gdyby dodać jakieś ciepło o wysokiej temp. ale małej wydajności.
Np. ożenienie gruntowej pompy ciepła z rekuperatorem mogłoby dać wymierne
korzyści, a COP będzie rósł wraz z ilością ciepła odzyskiwanego z wentylacji.
Co do pierwszego akapitu -> zobacz mój poprzedni post dotyczący pompy ciepła viessman (być może inny producenci też stosują takie rozwiązania - poszukam) dotyczący przegrzewacza gazu zasysanego - jak się okazuje odzysk pewnego ciepła odpadowego z wnętrza samej PC może być bardzo korzystne -> a z pewnością gaz w postaci ciekłej przed zaworem rozprężnym ma stosunkowo dużo energii, która w klasycznych pompach jest traktowana jako energia odpadową.

Nawiązując do kół i prądnicy można by było rzec, że jest to korzystne jeżeli byśmy odzyskiwali energię toczenia przy hamowaniu.

A rekuperacja jak najbardziej jest słusznym kierunkiem w skojarzeniu z pompą ciepła.


Wróć do „Pytania”

Kto jest online

Użytkownicy przeglądający to forum: Obecnie na forum nie ma żadnego zarejestrowanego użytkownika i 1 gość

cron