Sprawność pompy ciepła z przegrzanym gazem na wejściu

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

Postautor: blol » 30 mar 2010, 01:44

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
Tylko wtedy w wymienniku górnym podgrzewasz z 0 do 45 stopni.

Tu jest kolejna sprawa - wymiana ciepła powinna być przy jak namniejszej różnicy temperatury między czynnikiem oddającym a przyjmującym ciepło - im większa, tym więcej entropii produkujemy i tym samym mniejsza sprawnośc izentropowa cyklu. To niedobry pomysł, poza tym należy unikać w obiegu Lindego niepotrzebnego przegrzewania czynnika roboczego (wystarczy tylko tyle aby uniknąć problemów z uderzeniami hydraulicznymi w sprężarce).
Nie wiem o jaki wymiennik chodzi w pierwszym akapicie ???

Co do dalszej części to nie jest to wszystko takie oczywiste - zobacz na to:

http://www.sgsp.edu.pl/uczelnia/ktp/hyd ... ad%207.pdf

strona: 3, 4 (tabelka dla sprężarki dwustopniowej)

Okazuje się, że sprężając gaz wielostopniowo (przy ustalonym wzroście ciśnienia i innych założeniach opisanych w tym dokumencie) + jednoczesne chłodzenie gazu praca sprężarki jest do 16% niższa niż przy sprężaniu jednostopniowym (przy trzech stopniach oszczędność jest w okolicach 25%).

Powyższy proces odpowiada idei pracy pompy ciepła z tym, że ciepło z poszczególnych stopni odprowadzamy do CO.

Także jak sam widzisz z jednej strony przegrzanie gazu może być niekorzystne przy sprężarce jednostopniowej ale już przy wielostopniowej wygląda to zupełnie odwrotnie.

Zakładając, że mamy przegrzany gaz przed wejściem do sprężarki wielostopniowej, uzyskamy 25 % oszczędności na sprężarce oraz wychodząc z COP=4 jako obiegu porównawczego mamy:

Obieg porównawczy COP=4 tzn.
Ec/Ee = 4
Ec-energia cieplna
Ee-energia elektryczna

Obieg z 25% oszczędności:
E25e = Ee - Ee*0,25=0,75Ee
czyli:
Ec/E25e = 5,3

E25e - energia elektryczna z 25% oszczędnością w stosunku do Ee

Czyli stosując ten prosty trik pompa ciepła z COP =4 przechodzi na COP=5,3.

Do tego jeszcze trzeba dodać dodatkową energię związaną z przegrzaniem gazu -> jest tego raczej niewiele ale zawsze coś.

np. dla propanu od 0 do 20oC będzie to jakieś 40 KJ/kg, przy ok 400 kJ/kg dla ciepła skraplania czyli wzrost o 10%.

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

Postautor: stolec » 30 mar 2010, 07:42

Okazuje się, że sprężając gaz wielostopniowo (przy ustalonym wzroście ciśnienia i innych założeniach opisanych w tym dokumencie) + jednoczesne chłodzenie gazu praca sprężarki jest do 16% niższa niż przy sprężaniu jednostopniowym (przy trzech stopniach oszczędność jest w okolicach 25%).
to nie ma nic wspólnego z ilością stopni, to opracowanie dotyczy spręzarek realizujacych sprężanie izotermiczne, tzn sprężony gaz ma temperature zbliżoną do tego przed sprężeniem. Teoretycznie ten proces można realizować chłodząc gaz w trakcie sprężania do zadanej temperatury, wtedy praca sprężania będzie najmniejsza. W praktyce gaz w włoku jest sprężany szybko, adiabatycznie, rozgrzany ze sporym naddatkiem ciśnienia (musi mieć ten naddatek bo po trafieniu do chłodnicy się ochłodzi i ciśnienie spadnie), jest dławiony na zaworze wylotowym, trafia do chłodnicy i tam oddaje ciepło. Te 25% to żadna wyrocznia, po prostu wielostopniowe sprężarki i małych sprężach i chłodzeniu międzystopniowym są bliższe przemiany izotermicznej niż, jednostopniowe, szybkoobrotowe, bezolejowe itp. Wydajnośc tych drugich rzadko przekracza 50%.

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

Postautor: stratos » 30 mar 2010, 20:21

Kolego yarross
Że niby co jest bez sensu ?
Podgrzewania gazu przed wejściem do spręzarki ciepłem odpadowym z układu CO (20 stopni)
Czy takie rozwiązanie uważasz za błedne ??? :shock:

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

Postautor: blol » 31 mar 2010, 00:18

yarross - nie do końca jest tak jak piszesz:

1. czynnik roboczy PC w postaci gazu przed sprężarką ogrzewam czynnikiem roboczym (postać ciekła) przed zaworem rozprężnym (to jest ciepło odpadowe które "ulatnia" się z PC).

2. przegrzewanie gazu przed sprężarka ma za zadanie przeniesienie większej energii przez czynnik roboczy.

3. zastosowanie wielostopniowej sprężarki ma za zadanie zmniejszenie pracy wykonanej przez sprężarkę w stosunku do sprężarki jednostopniowej.


I teraz tak zakładając, że górne źródło ma 45oC (temp oddawana do CO), dla propanu w skraplaczu musimy osiągnąć ok 15 barów aby zaszło skraplanie.

Przy gazie przegrzanym na wejściu osiągamy temperatury:
1. 72oC (4bary, 20oC przed sprężarką)
2. 136oC (1bar, 20oC przed sprężarką)

Czyli chodzi tu o to aby sprężyć gaz do np. 10 barów, odebrać ciepło i ponownie sprężyć do 15 barów i ponownie odebrać ciepło.

Cytowany artykuł tego właśnie dotyczył i pokazane było, że takie podejście daje konkretne korzyści. Pamiętać też należy, że zaoszczędzenie 25% energii sprężarki daje ok 30% wzrost COP.
Ostatnio zmieniony 31 mar 2010, 00:23 przez blol, łącznie zmieniany 1 raz.

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

Postautor: blol » 31 mar 2010, 00:21

Okazuje się, że sprężając gaz wielostopniowo (przy ustalonym wzroście ciśnienia i innych założeniach opisanych w tym dokumencie) + jednoczesne chłodzenie gazu praca sprężarki jest do 16% niższa niż przy sprężaniu jednostopniowym (przy trzech stopniach oszczędność jest w okolicach 25%).
to nie ma nic wspólnego z ilością stopni, to opracowanie dotyczy spręzarek realizujacych sprężanie izotermiczne, tzn sprężony gaz ma temperature zbliżoną do tego przed sprężeniem. Teoretycznie ten proces można realizować chłodząc gaz w trakcie sprężania do zadanej temperatury, wtedy praca sprężania będzie najmniejsza. W praktyce gaz w włoku jest sprężany szybko, adiabatycznie, rozgrzany ze sporym naddatkiem ciśnienia (musi mieć ten naddatek bo po trafieniu do chłodnicy się ochłodzi i ciśnienie spadnie), jest dławiony na zaworze wylotowym, trafia do chłodnicy i tam oddaje ciepło. Te 25% to żadna wyrocznia, po prostu wielostopniowe sprężarki i małych sprężach i chłodzeniu międzystopniowym są bliższe przemiany izotermicznej niż, jednostopniowe, szybkoobrotowe, bezolejowe itp. Wydajnośc tych drugich rzadko przekracza 50%.
Abyśmy się dobrze zrozumieli, 25% odnosi się do oszczędności energii sprężarki trzystopniowej w stosunku do jednostopniowej przy założeniach z artykułu - to nie jest sprawność sprężarki.

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

Postautor: stratos » 31 mar 2010, 06:53


Czyli chodzi tu o to aby sprężyć gaz do np. 10 barów, odebrać ciepło i ponownie sprężyć do 15 barów i ponownie odebrać ciepło.
Potwierdzam
Takie rozwiązanie zwiększy ilość przeżucanej energii cieplnej przez układ, przy prawie nie zmienionej ilości energii niezbednej do napedu sprężarki

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

Postautor: stratos » 31 mar 2010, 07:07

Aczkolwiek kożyść z zastosowania takiego rozwiązania będzie nie wspólmiernie niska w porównaniu z zastosowaniem wymiennika podgrzewającego gaz przed sprężarką

Pierwszy stopien podgrzeje wode do np 30 stopni a dopiero kolejny do 45 stopni
Troche mały zakres temperatur
Gdy by tą wode trzeba było podgrzewać z 20 do np 70 stopni dwu stopniowa spręzarka miała by wieksze uzasadnienie

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

Postautor: stratos » 01 kwie 2010, 15:02

Nie no
Ręce mi opadają
Chyba nie ma nic gorszego jak patrzeć na świat poprzez pryzamt wiedzy wpojonej bez chodźby namiastki praktyki

yarross czy ty wiesz wogule o czym prawisz
Ciemnote nam tu wciskasz !!!!!!

Skoro podgrzanie gazu prze sprezarka nic nie daje to na cholere ludziska wiercą doły po 30m aby zimą na spreżarke nie trafiało minus 20 tylko przynajmiej zero co bym sprawność wiekszą mieli

20 stopni miast zera przed spężarką - jakie tego będą efekty ?
Zamiast to przeliczać i podstawiać wzory wystarczy pomysleć co się stanie
A no za spreżarka wzrosnie nam temperatura, która to jest nam już nie potrzebna bo wystarcza wspomiane 45 stopni
Poza tym za zaworem rozprężnym (na który trafia zero stopni bo zastosowalismy wymiennik) panuje temperatura znacznie po niżej zera np -20 stopni
Czyli po zastosowaniu wymiennika zrobiliśmy układ który bardziej grzeje i bardziej chłodzi niż to jest nam potrzebne
Co teraz należy zrobić aby wzrosła sprawnośc (miej prądu do napedu sprężarki) ??
Zecz banalną - zmiejszyc różnice cisnienie na zaworze rozpreznym
Tak aby sprężarka zamiast do np. do 20 atomsfer spręzała tylko do 10
Czyli krecimy dotąd zaworem rozpreżnym aż uzyskamy takie same wartości temperatur jak przed zastosowaniem wymiennika
Aby dalej mieć w układzie CO 45 stopni, a w grunt żeby szło te -5 czy tam ileś

Efektem tego zabiegu bedzie prawie o połowe zmiejszenie zapotrzebowania na energię sprężarki

Jest to banał i niczego nie trzeba tu udowadniać
Chyba że laikowi takiemu jak np. yarross

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

Postautor: stratos » 01 kwie 2010, 18:53

Doskonale rozumiem iż bardziej rozgrzany czynnik przed spreżarką = więcej dla niej roboty, gdyż w jednostce pojemności będzie miej kilogramów

(Z wykresu Molliera który własnie przeanalizowałem wynika iż przy ciśnieniu 0,1MPa i temperaturze 0 stopni pary propanu posiadają gestość 0,5m3/kg, przy 20 stopniach będzie to 0,55m3/kg)

Ale jest to nie współmierne do możliwości ograniczenia sprężu, który w powyższym przypadku mozna by zmiejszyć blisko o połowe

Przepraszam że się uniosłem - w spadku po przodkach mamy również nerwy

Może ktoś postronny rozstrzygnie spór

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

Postautor: blol » 01 kwie 2010, 23:42

No to chyba to najlepiej policzyć:

Td, Tg - temperatury dolnego i górnego źródła
Pd, Pg - ciśnienia jak wyżej

wszystko liczymy dla 1 kg

Mamy dwa przypadki:
1. Gaz propan k=1,4, Td=0oC, Pd=3,8 bara sprężamy adiabatycznie do Tg=45oC i Pd=15 bar;

Tu sprawa prosta: Q=Cp*45 = 90kJ (Cp=2 kJ/(kg*K))
Ciśnienie końcowe około 15 bar


2. Gaz propan k=1,4, Td=20oC, Pd=3,8 bara (podgrzany od 0 do 20, przy stałym ciśnieniu)

I tu mamy:
a) sprężanie adiabatyczne od 3,8 do 7,5 bara (do temp. 45oC)
b) sprężanie izotermiczne od 7,5 bara do 15 bar przy 45oC.

No i właśnie jak tu policzyć energię włożoną przez sprężarkę?

Ale, jak wcześniej yarross + stolec stwierdzili na sprężanie izotermiczne sprężarka zużywa mniej energii niż przy sprężaniu adiabatycznym.

Czyli z powyższego mamy (przynajmniej tak mi się wydaje), że musimy sprężyć ten sam gaz od 3,8 do 15 barów, do 7,5 bara robimy to w sposób niemal identyczny (poprawka na różne temperatury) powyżej 7,5 bara mniej energii zużywa sprężanie izotermiczne a dodatkowo w tym przypadku mamy oddawane ciepło do CO z tego procesu.

Czyli:
A.D. a) Q=Cp*25=50kJ

Pozostało to tylko (albo aż) policzyć

W książce o której wcześniej pisałem (strona 32) mamy coś takiego (dla przemiany izotermicznej):

praca przemiany = praca techniczna przemiany = RTln(p2/p1)

i tyle ...

No więc pojawiają się tu dwa podstawowe pytania:
Jak policzyć ile energii pobiera sprężarka?
Jak policzyć ile energii zostało oddane na zewnątrz?

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

Postautor: stratos » 02 kwie 2010, 08:42

Dla mocniej zainteresowanych mogę polecić np. "Amoniakalne urządzenia chłodnicze", tom I, tam jest przegląd metod poprawiania skuteczności obiegów chłodniczych. O dochładzaniu regeneracyjnym też tam jest :) Dwa cytaty:
Szkodliwym zjawiskiem jest nadmierne przegrzanie pary w przewodzie ssawnym. Podwyższenie temperatury przegrzania powoduje wzrost jednostkowej pracy sprężania (a więc pogorszenie efektywności działania obiegu) oraz temperatury końca sprężania. Jednocześnie zmniejsza się jednostkowa wydajność objętościowa
Mi to sie scyzoryk w kieszeni otwiera, ale spróbuje sie pochamować
Jak już wspominałem wiedze teoretyczną trzeba umieć jeszcze zastosować

Oczywiscie że w przypadku urządzenia chłodniczego kazde dodanie temperatury przed spręzarką będzie szkodliwe dla sprawności (sprawności chłodniczej !)
Ale my rozpatrujemy pompe ciepła i zależy nam na cieple a nie na zimnie
Wytluściłem w cytacie to co jest najistotniejsze
Czyli wzrost temperatury przed sprężarką powoduje wzrost zapotrzebowania na energie spężarki, jak i wzrost temperatury końca sprężania, która to nam nie jest już potrzebna bo zadawalamy się 45 stopniamy a nie 70 które otrzymamy

Aby powrócić do temperatury 45 stopni należy albo wywalic omawiany wymiennik, albo zmiejszyc stopień sprężania

Sprezarka pobiera tym miej energii do swojej pracy im jest miejsza różnica temperatur na jej krućcach (ssawnym i wylotowym)
Analogicznie ma się sytuacja w przypadku turbiny - tym wiecej odda ona energii im wieksza bedzie róznica temperatur miedzy jej wejściem a wyjściem

Teraz dożuce troche złosliwości
Mysle że taka posatać wystarczy :lol:

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

Postautor: blol » 02 kwie 2010, 14:48

Jest dokładnie tak jak pisze stratos - nie można bezpośrednio przenosić uwarunkowań pracy urządzenia chłodniczego na PC.

Zależy mi aby to wszystko policzyć na podstawie pewnego modelu -> wtedy będzie wszystko jasne.

Skąd się wzięły wcześniejsze założenia (gaz propan):
1. Sprężanie izotermiczne wymaga mniej energii niż sprężanie adiabatyczne - stąd wcześniejszy artykuł o sprężarkach wielostopniowych (póki co budujemy model nie zastanawiamy się nad tym jak to zrealizować - pomyślimy o tym później).

2. Mamy w skraplaczu osiągnąć 45oC i 15 barów aby gaz zaczął się skraplać.

3. Gaz przed sprężarką jest przegrzany od 0 do 20oC i ma ciśnienie ok 3,8 bara.

4. Dzięki temu że gaz jest przegrzany ma więcej energii.

5. Gaz przegrzany sprężamy z 3,8 do ok 7,5 bara adiabatycznie - osiąga on wtedy temperaturę 45oC.

6. Od 7,5 bara do 15 barów sprężamy izotermicznie przy temperaturze 45oC i przy okazji nadmiar ciepła wprowadzamy do CO (jak już wcześniej wspomniałem na razie nie zastanawiamy się nad technicznym rozwiązaniem - budujemy model teoretyczny). Sprężanie izotermiczne jest mniej energochłonne od sprężania adiabatycznego.

I teraz trzeba powyższe zweryfikować czy taki model będzie OK i policzyć ile trzeba dostarczyć energii sprężarce i porównać to z PC gdzie gaz nie jest przegrzany.

Także ponawiam pytanie jak to policzyć?

Pozdrawiam

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

Postautor: stratos » 02 kwie 2010, 15:16

Wykres mówi że przy tych parametrach potrzeba energii netto w ilosci
2,6kJ/KG/stopień
Temperatura końca sprężania osiągnie 110 stopni

Mowa o sprężaniu jednostopniowym

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

Postautor: blol » 04 kwie 2010, 00:30

yarross - powiem brutalnie - "Panu już dziękujemy" i nie mam najmniejszej ochoty kontynuować z Tobą dyskusji na powyższe tematy - ja szukam odpowiedzi na konkretne pytania.

Trochę Ci kolego działy w forum się pomyliły - tutaj jest dział "Pytania" w którym jak toś ma pytanie (a ja mam i to bardzo konkretne - przeczytaj pierwszy post w tym wątku) to je zadaje i oczekuje pomocy w odpowiedzi -> Twoje odpowiedzi w tym wątku nie mają dla mnie żadnej wartości więc proszę Cię oszczędź przede wszystkim mi czasu na czytanie Twoich postów.

Pozdrawiam
blol


Wróć do „Pytania”

Kto jest online

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

cron