МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника» ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ на стенде «Тепловые насосы» Минск БНТУ 2013 1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника» ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ на стенде «Тепловые насосы» для студентов теплоэнергетических специальностей Минск БНТУ 2013 2 УДК 621.577(076.5) ББК 31.38я7 Л12 Составитель Ю. А. Лосюк Рецензенты : Н. Б. Карницкий, И. А. Бокун Лабораторные работы на стенде «Тепловые насосы» для студен- тов теплоэнергетических специальностей / сост. : Ю. А. Лосюк. – Минск : БНТУ, 2013. – 50 с. ISBN 978-985-525-999-3. Издание содержит краткие теоретические положения о работе теплово- го насоса. Приведены примеры использования грунтов и грунтовых вод для обеспечения функционирования теплового насоса. В ходе выполнения ра- бот студенты осваивают методы определения эффективности действия теп- лового насоса и влияние различных факторов на процесс передачи теплоты от низкотемпературного источника к высокотемпературному. УДК 656.13 (075.4) ББК 65.24я7 ISBN 978-985-525-999-3 © Белорусский национальный технический университет, 2013 Л12 3 Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВОГО НАСОСА Цель работы: изучение принципа действия теплового на- соса, его технических характеристик и области применения. Теоретические сведения Одним из перспективных путей решения проблемы энерго- сбережения является применение тепловых насосов в тепло- снабжении, на которое расходуется до 35–40 % первичных ископаемых энергоресурсов. Тепловым насосом называется холодильная установка, обыч- но используемая для подвода теплоты к нагреваемому объему. С помощью этого устройства теплота низкого потенциала, заби- раемая из окружающей среды, передается внешнему потребите- лю, имеющему более высокую температуру. При этом на привод теплового насоса затрачивается внешняя работа. Применение тепловых насосов имеет целый ряд положи- тельных особенностей. Во-первых, в качестве источников низкопотенциальной теп- лоты, как правило, служат ее природные аккумуляторы: грунто- вые породы, грунтовые воды, водоемы, атмосферный воздух. Следовательно, использование тепловых насосов не наносит вреда экологической системе. Также тепловые насосы могут применяться при наличии тепловых источников в виде сброса сточных вод, охлаждающей воды градирен ТЭЦ, дымовых газов заводов и электростанций, охлаждающего масла трансформа- торных подстанций, при кондиционировании помещений и т. д. Во-вторых, применение тепловых насосов позволяет эконо- мить дорогостоящие первичные энергоносители. Принцип действия теплового насоса можно рассмотреть на примере обращенного цикла теплового двигателя или цикла холодильной установки. 4 Впервые идея использования холодильного цикла для отоп- ления помещений была высказана Кельвином в 1852 г. [1]. Схема теплового насоса изображена на рис. 1.1. Рис. 1.1. Схема теплового насоса: 1 – испаритель; 2 – компрессор; 3 – конденсатор; 4 – дроссельный вентиль; 5 – электродвигатель Рассмотрим процессы изменения состояния рабочего тела массой 1 кг в тепловом насосе. В испарителе 1 жидкий хлада- гент испаряется при низком давлении ри и температуре Ти за счет подвода теплоты q2 от потока среды с температурой Твх, поступающей на охлаждение в испаритель 1. Компрессор 2, вращаемый электродвигателем 5, всасывает и сжимает пары хладагента, температура которого повышается. В конденсато- ре 3 пар конденсируется при давлении рк и температуре Тк с переносом теплоты q1 к теплоносителю в сети теплоснабже- ния. Далее сжиженный хладагент проходит через дроссель- ный вентиль 4 в испаритель 1. Затем цикл повторяется. G1:T2 G1:T3 q2 q1 G2:Tвх G2:Tвых 5 Термодинамические процессы, протекающие в цикле теп- лового насоса, изображены на диаграмме в Т–s-координатах на рис. 1.2, а [2]. а б Рис. 1.2. Диаграммы цикла теплового насоса На этой диаграмме процессу сжатия пара в компрессоре соответствует адиабата 1–2. На выходе из компрессора пар становится перегретым и его состояние характеризируется па- раметрами точки 2. Из компрессора пар при постоянном дав- лении (изобара 2–3–4) поступает в конденсатор. На участке 3–4 происходит фазовый переход и пар полностью превраща- ется в жидкость. Пропускание жидкого хладагента через дрос- сельный вентиль сопровождается понижением температуры и давления. Процесс дросселирования является сугубо необра- тимым, поэтому на диаграмме он изображен пунктирной ли- нией 4–5. Попадая в испаритель, хладагент испаряется, так как к нему подводится теплота q2 от охлаждаемого теплоносителя или среды (грунта, сбросной воды и т. д.). Рассмотренный цикл также можно изобразить с использо- ванием широко применяемой на практике диаграммы давле- ние–удельная энтальпия р–h (рис. 1.2, б) [3]. 5 4 1 3 2 3 lцq2 q1 2 q2 6 На этой диаграмме процессу испарения хладагента за счет подвода теплоты от охлаждаемой среды соответствует отрезок изобары 5–1, которая является одновременно изотермой Ти. В точке 1 пар является сухим. В таком состоянии он подверга- ется адиабатному (изоэнтропийному) сжатию (отрезок 1–2) в компрессоре (процесс рассматривается как идеальный). По- сле компрессора следует изобарное охлаждение (участок 2–3) рабочего тела и его переход из состояния перегретого пара во влажный насыщенный вплоть до жидкой фазы 3–4. Адиабати- ческое расширение в дроссельном вентиле происходит при постоянном значении энтальпии h, поэтому процесс отобра- жается вертикальной прямой 4–5. В состоянии, соответству- ющем точке 5, в испаритель поступает смесь жидкости и пара. Эффективность теплового насоса оценивается отопитель- ным коэффициентом µ [4], представляющим собой отношение количества теплоты q1, передаваемой нагреваемому объекту, к величине работы lц = q1 – q2, совершаемой в цикле: 1 1 1 2 ц μ .q q q q l   (1.1) Для обратного цикла Карно (рис. 1.3), являющегося эталон- ным для холодильных машин и тепловых насосов, количество теплоты, получаемой хладагентом с температурой Т1 от охла- ждаемого источника:  2 1 1 4q T s s  , кДж/кг, (1.2) где s1 – энтропия хладагента в точке 1, кДж/(кг·К); s4 – энтропия хладагента в точке 4, кДж/(кг·К). 7 Рис. 1.3. Обратный цикл Карно Количество теплоты q1, передаваемое нагреваемому объек- ту (горячему источнику) при температуре хладагента Т2, опре- деляется следующим выражением:  1 2 2 3q T s s  , кДж/кг, (1.3) где s2 – энтропия хладагента в точке 2, кДж/(кг·К); s3 – энтропия хладагента в точке 3, кДж/(кг·К). С учетом (1.1), (1.2) и (1.3) отопительный коэффициент µ цикла Карно      2 2 31ц 2 2 3 1 1 4μ Т s sq l T s s T s s      . Так как 2 3 1 4s s s s   , получаем 2 12 1 2 1μ 1 Т ТТ Т Т    . (1.4) Полученная величина всегда больше 1. Это означает, что с по- мощью теплового насоса затраченная на привод компрессора T T2 T1 S 8 работа расходуется на превращение теплоты низкого темпера- турного потенциала в теплоту более высокого температурного потенциала. Отопительные коэффициенты реальных тепловых насосов, работающих по иным циклам, чем цикл Карно, вслед- ствие необратимости процессов в различных элементах уста- новки имеют значительно меньшую величину и лежат в пре- делах 4–6,5. Величину отопительного коэффициента µ реаль- ного теплового насоса нетрудно выразить, используя диаграм- му р–h (см. рис. 1.2, б). Количество теплоты q1 запишем в виде 1 2 цq q l  или 1 2 4q h h  , а 2 1 5q h h  . Известно, что при дросселировании энтальпия рабочего те- ла не изменяется, поэтому 4 5h h . Следовательно, затраченная на привод компрессора работа    ц 1 2 2 4 1 5 2 1l q q h h h h h h        , а отопительный коэффициент 1 2 4 ц 2 1 μ q h h l h h    . Тепловые насосы по назначению могут быть отопительны- ми и утилизационными. Отопительные служат для целей отоп- ления, при этом они используют энергию окружающей среды с температурой Тос, более низкой, чем температура отаплива- 9 емого помещения Твнутр. Утилизационные насосы позволяют повышать температуру потока до такого уровня, при котором его можно применять в технологическом процессе. По принципу действия различают парокомпрессионные и абсорбционные тепловые насосы. Первый тип насосов более широко распространен, выпускается в мире ежегодно сотнями тысяч штук и был рассмотрен выше. Основными узлами паро- компрессионного теплового насоса являются компрессор, ис- паритель, конденсатор, дросселирующий вентиль и микро- процессорная схема для управления режимами работы. Тепловые источники. Приведем некоторые примеры ис- пользования различных типов тепловых источников, на базе которых работают тепловые насосы. Земляной грунт. Известно, что поверхностный слой земли толщиной до 20 м претерпевает колебания температуры, свя- занные с попаданием солнечного излучения. В этом слое ак- кумулируется достаточно большое количество теплоты. Более глубокие слои земной коры пронизываются тепло- вым потоком, идущим к поверхности из земных недр. Он слу- жит проявлением геотермальной деятельности, протекающей в земном ядре. Оба этих тепловых потока могут быть исполь- зованы тепловыми насосами. Одной из конструкций, предназначенных для извлечения теплоты из земного грунта, является земляной зонд (рис. 1.4) [5]. Этот тип теплоприемника используется для условий огра- ниченной территории рядом с отапливаемым малосемейным домом. В грунте бурится вертикальная скважина 1 диаметром 115–220 мм, и в нее на глубину до 200 м опускается трубчатая U-образная конструкция 2 с грузом 3. Затем скважина засыпа- ется кварцевым песком. Нагревающийся теплоноситель про- качивается по системе труб и подается в испаритель теплово- го насоса 4. С целью уменьшения длины зонда может быть пробурено несколько менее глубоких скважин. На трубопро- водах устанавливаются вентили 5 и контрольные приборы 6. 10 Рис. 1.4. Схема земляного зонда: 1 – скважина; 2 – труба с теплоносителем; 3 – груз; 4 – тепловой насос; 5 – вентили; 6 – контрольные приборы При наличии большой свободной площадки возле здания для теплового насоса 3 возможно устройство земляного кол- лектора (рис. 1.5), система трубопроводов 1 которого закла- дывается в траншее 2 на глубине, превышающей глубину про- 11 мерзания грунта, т. е. 1,5–1,7 м. На такой глубине относитель- ное постоянство температур в течение года сохраняется на уровне 5–15 С. Для контроля и управления система имеет вентили 4 и контрольные приборы 5. Рис. 1.5. Схема земляного коллектора: 1 – система трубопроводов; 2 – траншея; 3 – тепловой насос; 4 – вентили; 5 – контрольные приборы Разновидностью грунтового коллектора является траншей- ный (рис. 1.6). Он создается системой трубопроводов 1, кото- рые укладываются горизонтально друг над другом и крепятся к боковым стенкам траншеи. Последняя профилируется в виде расширяющейся в поперечном сечении кверху трапеции. Такое размещение трубопроводов с теплоносителем способствует уменьшению территории, отводимой под устройство коллек- тора, так как увеличивает тепловой поток, снимаемый с 1 м2. Петли трубопроводов выводятся в шахту, а оттуда – к тепло- вому насосу. 12 Рис. 1.6. Схема траншейного коллектора: 1 – трубопроводы; 2 – траншея; 3 – тепловой насос; 4 – вентили; 5 – контрольные приборы Грунтовые воды. Грунтовые воды в качестве охлаждаю- щей среды характеризуются постоянством температуры в те- чение года на уровне 8–10 С. При наличии водной среды обес- печивается высокая интенсивность теплоотдачи. Кроме того, к тепловому насосу непосредственно подается сама вода без промежуточного теплоносителя, что упрощает систему отвода теплового потока. В случае охлаждения грунтовых вод устраиваются два ко- лодца: всасывающий 1 и поглощающий 2 (рис. 1.7). Каждый из них состоит из труб 3, у основания которых устанавлива- ются фильтры 4. В трубе всасывающего колодца устанавлива- ется погружной насос 5, подающий грунтовую воду к испари- телю теплового насоса. 13 Рис. 1.7. Схема теплового насоса, использующего грунтовые воды: 1 – всасывающий колодец; 2 – поглощающий колодец; 3 – труба; 4 – фильтры; 5 – погружной насос; 6 – тепловой насос; 7 – вентили; 8 – контрольные приборы Глубина залегания грунтовых вод не должна превышать 15 м. Если грунтовые воды содержат большое количество раство- ренных солей, между колодцем и тепловым насосом устанав- ливается промежуточный теплообменник. Он требует перио- дической очистки. Устройство теплового насоса Nibe Fighter 120, используемого в лабораторном стенде Прежде чем приступать к выполнению лабораторных работ на стенде НТЦ-52 «Тепловой насос», необходимо ознакомить- ся с основными узлами установки и приборным оснащением. Эти элементы изображены на тепловой схеме (рис. 1.8). 14 Рис. 1.8. Тепловая схема лабораторного стенда НТЦ-52 «Тепловой насос»: 1 – бак водонагревателя; 2 – компрессор; 3 – испаритель; 4 – вентилятор; 5 (Н1) – циркуляционный насос; 6 – конденсатор; 7 – вход теплого воздуха; 8 – выход охлажденного воздуха; 9 – нагреватель воздуха; 10 – подающий трубопровод; 11 – обратный трубопровод; 12 – распределитель; 13 – электронагреватель воды; 14 – дроссельный клапан Буквенные обозначения на схеме QF1 – автомат подключения стенда к электросети; SW – счетчик электроэнергии; PWM1 – включатель электронагревателя воздуха; PWM2 – включатель электронагревателя воды; БУ – блок управления; Т1 – температура теплоносителя на входе в бак водонагре- вателя, С; Т2 – температура теплоносителя на выходе из бака водо- нагревателя, С; Т3 – температура теплоносителя в обратном трубопроводе, С; Твх – температура нагретого воздуха на входе, С; Твых – температура холодного воздуха на выходе, С; 15 В1 – вентиль на обратном трубопроводе; В2 – трехходовой вентиль; В3 – вентиль на обратном трубопроводе; В4 – вентиль на подающем трубопроводе; В5 В6 В7  – вентили на распределителе 12; * * * В 5 В 6 В 7  – вентили циркуляционных контуров; Б1 – чугунный отопительный радиатор; Б2 – алюминиевый отопительный радиатор; V1 – расходомер. Тумблеры (на панели управления, на рисунке не показаны): S1 – переключатель в положения Q – тепловой поток и ST – тепловой счетчик; S2 – переключатель индикации температур Т1 и Т2; S3 – переключатель электросчетчика Р1 (Вт) и SW (Вт·ч); S4 – переключатель насоса 5 (Н1) тепловой сети. Запуск теплового насоса 1. Перед включением теплового насоса установить вентили В4 на подающем трубопроводе 10, В1 и В3 – на обратном тру- бопроводе 11 в положение «Открыто». 2. Открыть вентили В5, В6, В7 на распределителе. 3. Подключить стенд к электросети (автоматические вы- ключатели с надписью «Сеть»). 4. Включить выключатель теплового насоса на панели управления. 5. Изучить работу с меню. 16 6. Убедиться, что тумблер S4 циркуляционного насоса 5 (Н1) установлен в положение «Авт». 7. Изучить команды, подаваемые с пульта дистанционного управления. 8. Выбрать в меню позицию «View» и нажать кнопку энко- дера. 9. Просмотреть контрольные значения параметров в меню на позиции «View» и убедиться в соответствии между датчи- ками и их показаниями в меню «View». 10. Проверить соответствие между обозначениями датчи- ков на схеме (см. рис. 1.8) и их значениями (показаниями) в меню «View». 11. Перейти к секции настроек SET (SET EСO/SET NORM / SET HIGH) и изучить диапазоны допустимых значений наст- роек во всех пунктах (элементах). Перед завершением опера- ций установить первоначальные значения параметров. 12. Отключить тепловой насос от электрической сети, от- ключить электропитание стенда. Программирование основных параметров теплового насоса 1. Подготовить тепловой насос к пуску. Для этого устано- вить вентили В4 на подающем трубопроводе, В1 и В3 – на об- ратном трубопроводе в положение «Открыто». 2. Открыть вентили В5, В6, В7 на распределителе 12. 3. Подключить стенд к электросети (автоматические выклю- чатели с надписью «Сеть» установить в верхнее положение). 4. Включить выключатель теплового насоса на панели управления. 5. Войти в сервисное меню теплового насоса. Для этого в основном меню дойти до вкладки [SETTINGS], кнопку энко- дера нажать и удерживать в этом положении 5 с. 6. Ознакомиться со всеми уровнями сервисного меню и оп- ределить диапазон допустимых значений настроек параметров 17 во всех пунктах. Перед завершением операций установить первоначальные значения параметров. Ниже приведены некоторые важные вкладки меню. Секция теплового насоса [HEAT PUMP] [Max HW] – задается значение температуры горячей воды на входе [T FORWD]; [T DIFF] – задается значение градиента температуры нагре- ваемой воды; [RESTART] – задается выдержка времени до включения компрессора; секция [DEFROST] – задаются параметры режима оттаива- ния; секция [FAN] – для каждого из режимов интенсивности работы вентилятора задается величина производительности в процентах от максимальной; секция [PUMP] – задаются параметры работы циркуляци- онного насоса; секция [REMOTE] – дистанционное управление тепловым насосом; секция [ALARM] – перечень записей об ошибках, возник- ших при работе устройства. 18 Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТОПИТЕЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОВОГО НАСОСА Цель работы: определение отопительного коэффициента теплового насоса при различных режимах его работы в авто- номной системе отопления. Описание лабораторной установки Тепловой насос – это установка, предназначенная для пе- редачи теплоты от источника с низкой температурой к нагре- ваемому теплоносителю с более высокой температурой. Лабораторная работа выполняется на стенде НТЦ-52 «Теп- ловой насос». Тепловая схема стенда изображена на рис. 2.1. Рис. 2.1. Тепловая схема стенда НТЦ-52 «Тепловой насос»: 1 – бак водонагревателя; 2 – компрессор; 3 – испаритель; 4 – вентилятор; 5 (Н1) – циркуляционный насос; 6 – конденсатор; 7 – вход теплого воздуха; 8 – выход охлажденного воздуха; 9 – нагреватель воздуха; 10 – подающий трубопровод; 11 – обратный трубопровод; 12 – распределитель; 13 – электронагреватель воды; 14 – дроссельный клапан 14 19 Буквенные обозначения на схеме QF1 – автомат подключения стенда к электросети; SW – счетчик электроэнергии; PWM1 – подключение электронагревателя воздуха; PWM2 – подключение электронагревателя воды; БУ – блок управления; Т1 – температура теплоносителя на входе в бак водонагре- вателя, С; Т2 – температура теплоносителя на выходе из бака водо- нагревателя, С; Т3 – температура теплоносителя в обратном трубопроводе, С; Твх – температура нагретого воздуха на входе, С; Твых – температура холодного воздуха на выходе, С; В1 – вентиль на обратном трубопроводе; В2 – трехходовой вентиль; В3 – вентиль на обратном трубопроводе; В4 – вентиль на подающем трубопроводе; В5 В6 В7  – вентили на распределителе 12; * * * В 5 В 6 В 7  – вентили циркуляционных контуров; Б1 – чугунный отопительный радиатор; Б2 – алюминиевый отопительный радиатор; V1 – расходомер. Тумблеры (на панели управления, на рисунке не показаны): S1 – переключатель в положения Q – тепловой поток и ST – тепловой счетчик; 20 S2 – переключатель индикации температур Т1 и Т2; S3 – переключатель электросчетчика Р1 (Вт) и SW (Вт·ч); S4 – переключатель насоса 5 (Н1) тепловой сети. Порядок выполнения работы Экспериментальные исследования нагрева теплоносителя системы отопления тепловым насосом 1. Ознакомиться с устройством стенда «Тепловой насос». 2. Открыть вентили В4 на подающем трубопроводе 10 и В1, В3 – на обратном трубопроводе 11. 3. Открыть вентили В5, В6, В7 на распределителе 12. 4. На регуляторе нагревателя воздуха 9 установить макси- мальное значение температуры Твх. 5. Установить питание стенда в положение «Включено» (два автоматических выключателя «Сеть»). 6. Установить переключатель S1 в положение Q, переклю- чатель S3 – в положение SW, переключатель S4 – в положение «Авт». Подождать до начала падения температуры. 7. Включить тепловой насос (переключатель на его панели управления). 8. С помощью дистанционного пульта управления задать среднюю скорость MED вращения вентилятора, установив светодиод напротив соответствующей позиции. 9. При необходимости войти в меню управления тепловым насосом и откорректировать параметры его работы. 10. Снять показания теплосчетчика Qн и электросчетчика SWн и занести их в таблицу (табл. 2.1). 11. Через каждые 3 мин снимать и записывать в табл. 2.1 показания температуры на входе Т1 в бак водонагревателя 1 и на выходе из него Т2. Переключение индикации Т1/Т2 прово- дить достаточно быстро. Индикация температур изменяется 21 с помощью переключателя S2. Записать также температуру Т3 на обратном трубопроводе 11. 12. При достижении теплоносителем в системе отопления заданного значения температуры Т2 в табл. 2.1 записать пока- зания теплосчетчика Qк и электросчетика SWк. 13. Пункты 7–12 повторить для двух других режимов ра- боты теплового насоса. 14. По окончании работы тепловой насос отключить от элект- рической сети, отключить питание стенда. Таблица 2.1 Результаты измерений Время t, мин Температура Т1, С Температура Т2, С Температура Т3, С Показания электросчетчика по SW, Вт·ч Начальное SWн Конечное SWк Показания теплосчетчика по Q, кДж Начальное Qн Конечное Qк Для каждого из режимов рассчитать переданное количест- во Q и затраченную электроэнергию SW. Определение эффективности передачи теплоты тепловым насосом 1. Перед включением теплового насоса установить вентили В4 на подающем трубопроводе, В1 и В3 – на обратном трубо- проводе в положение «Открыто». 2. На распределителе 12 открыть вентили В5, В6, В7. 22 3. На регуляторе нагревателя воздуха 9 установить требуе- мую величину температуры воздуха Твх и занести в таблицу (табл. 2.3). 4. Изучить работу с меню. 5. Переключатель S2 установить в положение Q, переклю- чатель S3 – в положение SW, переключатель S4 – в положение «Ручн.», переключатель S2 – в положение Т2. 6. Эксперименты проводить с предварительно нагретым теплоносителем либо после 1-й части этой лабораторной ра- боты, либо использовать вспомогательный электронагрева- тель 13 бака. При использовании водонагревателя задать зна- чение температуры на его передней панели и включить оба переключателя (700 Вт + 1400 Вт). После прогрева теплоноси- теля отключить электронагреватель и установить минималь- ное значение температуры Т2. 7. Включить в элекросеть тепловой насос с помощью пере- ключателя на его панели управления. 8. Просмотреть контрольные значения параметров в меню на позиции «View» и убедиться в соответствии между датчи- ками и их показаниями в меню «View». 9. Проверить соответствие между обозначениями датчиков на схеме (см. рис. 2.1) и их значениями (показаниями) в меню «View». 10. Перейти к секции настроек SET (SET EСO/SET NORM / SET HIGH) и изучить диапазоны допустимых значений наст- роек во всех пунктах (элементах). Перед завершением опера- ций установить первоначальные значения параметров и зане- сти их в таблицу (табл. 2.3). 11. Расход воздуха G/2, обеспечиваемый вентилятором, оп- ределить с помощью анемометра или с использованием ха- рактеристик вентилятора теплового насоса (рис. 2.2). 23 Рис. 2.2. Характеристики вентилятора теплового насоса Численные значения в процентах на этом графике соответ- ствуют величинам расходов в секции [FAN] теплового насоса. Таблица 2.2 Результаты измерений Время, мин Температура воздуха на выходе из теплово- го насоса Твых, С 12. При проведении экспериментов с интервалом 1–5 мин измерять температуру воздуха Твых на выходе из теплового насоса. Измерения выполняются с помощью термометра или анемометром с термодатчиком и заносятся в табл. 2.2. Пр ои зво ди те ль но сть , % 24 13. Перед окончанием эксперимента в табл. 2.3 записать разность показаний теплосчетчика Q и электросчетчика SW. В эту же таблицу записать осредненную температуру Тср.вых (см. табл. 2.2). Таблица 2.3 Результаты измерений Измеряемая величина Режимы I II III Количество теплоты по Q = Qк – Qн, кДж Расход электроэнергии по SW = SWк – SWн, Вт·ч Время эксперимента, мин Расход воздуха в тепловом насосе G/2, м3/ч Расход воды G1 по V1, кг/с Температура за нагревателем воздуха Твх, С Температура воздуха на выходе из теп- лового насоса Тср.вых, С Количество переданной теплоты, кДж 14. По заданным преподавателем другим режимам работы теплового насоса определить его эффективность и результаты экспериментов занести в табл. 2.3. 15. После завершения экспериментов тепловой насос от- ключить от электрической сети, отключить стенд от электро- энергии. Обработка результатов измерений Запишем формулу (1.1) (лаб. работа № 1) через величины, измеряемые в данной лабораторной работе. Имеем  1 1 1 1 3pQ G c Т Т  , Вт, (2.1) где Q1 – количество теплоты, переданное воде системы отоп- ления в единицу времени, Вт; 25 G1 – массовый расход воды в системе отопления, кг/с; ср1 – удельная изобарная теплоемкость воды, Дж/(кг·К). Количество теплоты Q2, отданное нагретым воздухом в ис- парителе, определяем как  2 2 2 вх выхрQ G с Т Т  , Вт, (2.2) где 2 2 2 2(или , )G G Fw  – массовый расход воздуха через тепловой насос, кг/с; ср2 – удельная изобарная теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К); 2 – плотность воздуха, кг/м3; F – площадь поперечного сечения канала, м2; w – скорость потока воздуха, м/с. Работа в цикле по передаче теплоты от низкотемпературно- го источника (воздуха) к высокотемпературному источнику представляет собой разность:    ц 1 2 1 1 1в 3 2 2 вx выхр рL Q Q G c T Т G с T Т      , Вт. (2.3) Подставляя в формулу (1.1) величины, рассчитанные по (2.1), (2.2) и (2.3), найдем отопительный коэффициент тепло- вого насоса µ. Для расчета отопительного коэффициента µ можно вос- пользоваться интегрированными показателями теплосчетчика Q, если он учитывает разность T1 – T3, и счетчика электро- энергии SW. Так, для выбранного режима работы вентилятора и темпе- ратуры нагрева воды в системе отопления необходимо опре- делить разность показаний электросчетчика между конечны- ми SWк и начальными SWн показаниями (см. табл. 2.3): к нSW SW SW  , Вт·ч. 26 Разделив эту разность на время t, с, получим величину ц SWL t  , Вт. (2.4) Разность показаний теплосчетчика к нQ Q (см. табл. 2.3), отнесенная к времени проведения эксперимента t, с, дает ве- личину к н 1 Q Q QQ t t   , Вт. (2.5) С учетом (2.4), (2.5) и (1.1) определим отопительный коэф- фициент µ теплового насоса. Затем выполним аналогичные расчеты для других режимов работы вентилятора и температуры нагрева воды в системе отопления. Для сравнения необходимо сделать расчет отопительного коэффициента для обратного цикла Карно (1.4), принимая вх вых 1 2 Т ТТ  и 1 32 2 Т ТТ  . В заключение сравнить величины отопительных коэффи- циентов для реального и идеального тепловых насосов. 27 Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ ТЕПЛОВОГО НАСОСА Цель работы: определение максимальной тепловой мощ- ности теплового насоса. Описание лабораторной установки Тепловой насос – это установка, предназначенная для пе- редачи теплоты от источника с низкой температурой к нагре- ваемому теплоносителю с более высокой температурой. Лабораторная работа выполняется на стенде НТЦ-52 «Теп- ловой насос». Тепловая схема стенда изображена на рис. 3.1. Рис. 3.1 Тепловая схема лабораторного стенда НТЦ-52 «Тепловой насос»: 1 – бак водонагревателя; 2 – компрессор; 3 – испаритель; 4 – вентилятор; 5 – циркуляционный насос; 6 – конденсатор; 7 – вход теплого воздуха; 8 – выход охлажденного воздуха; 9 – нагреватель воздуха; 10 – подающий трубопровод; 11 – обратный трубопровод; 12 – распределитель; 13 – электронагреватель воды; 14 – дроссельный клапан 28 Буквенные обозначения на схеме QF1 – автомат подключения стенда к электросети; SW – счетчик электроэнергии; PWM1 – подключение электронагревателя воздуха; PWM2 – подключение электронагревателя воды; БУ – блок управления; Т1 – температура теплоносителя на входе в бак водонагре- вателя, С; Т2 – температура теплоносителя на выходе из бака водо- нагревателя, С; Т3 – температура теплоносителя в обратном трубопроводе, С; Твх – температура нагретого воздуха на входе, С; Твых – температура холодного воздуха на выходе, С; В1 – вентиль на обратном трубопроводе; В2 – трехходовой вентиль; В3 – вентиль на обратном трубопроводе; В4 – вентиль на подающем трубопроводе; В5 В6 В7  – вентили на распределителе 12; * * * В 5 В 6 В 7  – вентили циркуляционных контуров; Б1 – чугунный отопительный радиатор; Б2 – алюминиевый отопительный радиатор; V1 – расходомер. Тумблеры (на панели управления, на рисунке не показаны): S1 – переключатель в положения Q – тепловой поток и ST – тепловой счетчик; 29 S2 – переключатель индикации температур Т1 и Т2; S3 – переключатель электросчетчика Р1 (Вт) и SW (Вт·ч); S4 – переключатель насоса 5 (Н1) тепловой сети. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с устройством стенда «Тепловой насос». 2. Открыть вентили В4 на подающем трубопроводе 10 и В1, В3 на обратном трубопроводе 11. 3. Открыть вентили В5, В6, В7 на распределителе 12. 4. На регуляторе нагревателя воздуха 9 установить макси- мальное значение температуры Твх. 5. Установить питание стенда в положение «Включено» (два автоматических выключателя «Сеть»). 6. Установить переключатель S1 в положение Q, переклю- чатель S3 – в положение SW, переключатель S4 – в положение «Ручн», переключатель S2 – в положение Т2. 7. Включить тепловой насос (переключатель на панели управления). 8. Войти в меню управления тепловым насосом и внести изменение в параметры его работы. Установить максимальное значение параметра [MAХ НW] в меню [НEAT РUМР]. Уста- новить максимальную производительность вентилятора – 100 % [FAN HIGH] в меню [FAN]. Установить максимальное значе- ние в секции [SET HIGH]. 9. Снять показания теплосчетчика Qн в начале эксперимента и Qк в конце эксперимента и занести их в таблицу (табл. 3.1). 10. Снять показания электросчетчика SWн в начале экспе- римента и в конце эксперимента – SWк и занести в табл. 3.1. 11. Через каждые 5 мин измерять и заносить в табл. 3.1 значения температуры Т1 на входе в бак водонагревателя и Т2 на выходе из бака водонагревателя. Индикация темпера- тур Т1 /Т2 меняется на табло с помощью переключателя S2. 30 Таблица 3.1 Результаты измерений Время t, мин Температура Т1, С Температура Т2, С Показания теплосчетчика Q, кДж Начальное Qн Конечное Qк Показания электросчетчика по SW, Вт·ч Начальное SWн Конечное SWк 12. Эксперимент проводится до момента, когда температу- ра Т2 достигнет установленного значения. 13. По окончании работы тепловой насос отключить от электрической сети, отключить электроэнергию от стенда. Обработка результатов измерений Определить разности к нQ Q , кДж, и к нSW SW , кВт·ч, и занести результаты в таблицу (табл. 3.2). В эту же таблицу записать величины температуры воды на выходе из бака в на- чале Т2н и в конце Т2к эксперимента, а также длительность эксперимента t. Количество теплоты, затраченное на нагрев воды в баке во- донагревателя, рассчитать по выражению  б б в 2к 2нрQ V с Т Т   , кДж, где бV – объем бака водонагревателя, равный 30 л; врс – удельная теплоемкость воды, кДж/кг·К;  – плотность воды, кг/м3. 31 Полученный результат занести в табл. 3.2. Тепловую мощность теплового насоса определить из вы- ражения  к н бQ Q QP t   , кВт. Результат записать в табл. 3.2. Таблица 3.2 Результаты измерений Измеряемая величина Численное значение Разность показаний теплосчетчика к нQ Q , кДж Разность показаний электросчетчика к нSW SW , Втч Температура воды Т2н, С Температура воды Т2к, С Количество теплоты Qб, кДж Тепловая мощность Р, кВт 32 Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВОГО НАСОСА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ В СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ Цель работы: определение отопительного коэффициента теплового насоса в зависимости от температуры горячей воды в системе отопления. Описание лабораторной установки Тепловой насос – это установка, предназначенная для пе- редачи теплоты от источника с низкой температурой к нагре- ваемому теплоносителю с более высокой температурой. Лабораторная работа выполняется на стенде НТЦ-52 «Теп- ловой насос». Тепловая схема стенда изображена на рис. 4.1. Рис. 4.1. Тепловая схема лабораторного стенда НТЦ-52 «Тепловой насос»: 1 – бак водонагревателя; 2 – компрессор; 3 – испаритель; 4 – вентилятор; 5 – циркуляционный насос; 6 – конденсатор; 7 – вход теплого воздуха; 8 – выход охлажденного воздуха; 9 – нагреватель воздуха; 10 – подающий трубопровод; 11 – обратный трубопровод; 12 – распределитель; 13 – электронагреватель воды; 14 – дроссельный клапан 33 Буквенные обозначения на схеме QF1 – автомат подключения стенда к электросети; SW – счетчик электроэнергии; PWM1 – подключение электронагревателя воздуха; PWM2 – подключение электронагревателя воды; БУ – блок управления; Т1 – температура теплоносителя на входе в бак водонагре- вателя, С; Т2 – температура теплоносителя на выходе из бака водо- нагревателя, С; Т3 – температура теплоносителя в обратном трубопроводе, С; Твх – температура нагретого воздуха на входе, С; Твых – температура холодного воздуха на выходе, С; В1 – вентиль на обратном трубопроводе; В2 – трехходовой вентиль; В3 – вентиль на обратном трубопроводе; В4 – вентиль на подающем трубопроводе; В5 В6 В7  – вентили на распределителе 12; * * * В 5 В 6 В 7  – вентили циркуляционных контуров; Б1 – чугунный отопительный радиатор; Б2 – алюминиевый отопительный радиатор; V1 – расходомер. Тумблеры (на панели управления, на рисунке не показаны): S1 – переключатель в положения Q – тепловой поток и ST – тепловой счетчик; 34 S2 – переключатель индикации температур Т1 и Т2; S3 – переключатель электросчетчика Р1 (Вт) и SW (Вт·ч); S4 – переключатель насоса 5 (Н1) тепловой сети. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с устройством стенда «Тепловой насос». 2. Открыть вентили В4 на подающем трубопроводе 10 и В1, В3 на обратном трубопроводе 11. 3. Открыть вентили В5, В6, В7 на распределителе 12. 4. На регуляторе нагревателя воздуха 9 установить макси- мальное значение температуры Твх. 5. Установить питание стенда в положение «Включено» (два автоматических выключателя «Сеть»). 6. Установить переключатель S1 в положение Q, переклю- чатель S3 – в положение SW, переключатель S4 – в положение «Ручн», переключатель S2 – в положение Т2. 7. Лабораторная работа выполняется на предварительно на- гретом теплоносителе системы отопления. Для нагрева воды в системе отопления установить требуемое значение темпера- туры Т2 на передней панели бака водонагревателя 1 и вклю- чить оба нагревателя (700 Вт + 1400 Вт). По окончании нагре- ва воды отключить нагреватели и установить минимальное значение температуры Т2. 8. Включить тепловой насос (переключатель на панели управления). 9. С помощью дистанционного пульта управления задать среднюю скорость (МЕD) вращения вентилятора 4. При этом светодиод загорается в среднем положении. 10. При необходимости войти в меню управления тепло- вым насосом и внести изменения в параметры его работы. 11. Снять показания теплосчетчика и занести их в таблицу (табл. 4.2). 12. Снять показания счетчика электроэнергии и занести их в табл. 4.2. 35 13. С помощью анемометра измерить скорость воздуха на выходе из теплового насоса. По этим измерениям и с помо- щью графика на рис. 4.2 определить расход воздуха. Рис. 4.2. Характеристики вентилятора теплового насоса 14. При выполнении экспериментального исследования с ин- тервалом 3–5 мин с помощью анемометра с термодатчиком определить температуру воздуха на выходе из теплового на- соса и занести эти величины в табл. 4.1. Таблица 4.1 Результаты измерений Время, мин Температура воздуха Твых, С 15. В конце эксперимента снять показания теплосчетчика Qк и счетчика электроэнергии SWк и занести их в табл. 4.2. Пр ои зво ди те ль но сть , % 36 Таблица 4.2 Результаты измерений Измеряемый параметр Режимы работы I II III Показания теплосчетчика Q, кДж Начальное Qн Конечное Qк Показания счетчика элект- роэнергии SW, Вт·ч Начальное SWн Конечное SWк Расход воздуха G2/, м3/ч Температура воздуха на входе Твх, С Среднее значение темпе- ратуры воздуха на выхо- де Твых, С 16. Повторить пункты 7–15 для других настроек темпера- туры горячей воды Т2 и режимов работы вентилятора, которые задаются преподавателем. Измеренные и рассчитанные вели- чины занести в табл. 4.3. Таблица 4.3 Результаты измерений Измеряемая величина Режим работы ЕСО NORM НIGН Заданная температура воды Т2, С Затраченное количество теплоты Q, кДж Затраченная электроэнергия на SW, Вт·ч Утилизированное из воздуха коли- чество теплоты Q2, Вт 37 Обработка результатов измерений Затраченное количество теплоты Q найти по разности по- казаний теплосчетчика: к нQ Q Q  , кДж. (4.1) Затраченное количество электроэнергии SW рассчитать как разность показаний счетчика электроэнергии: к нSW SW SW  , Вт·ч. (4.2) Утилизированное из воздуха количество теплоты опреде- лить по (2.2):  2 2 2 вх выхpQ G с Т Т  , Вт. Разделив каждую из указанных выше величин (4.1), (4.2) на время эксперимента, получим к н 1 Q Q QQ t t   , Вт; к нц SW SW SWL t t   , Вт. Проанализировать, как меняются полученные величины в зависимости от Т2. 38 Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО НАСОСА С ИЗМЕНЕНИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Цель работы: определение влияния температуры окружа- ющей среды на эффективность работы теплового насоса. Описание лабораторной установки Тепловой насос – это установка, предназначенная для пе- редачи теплоты от источника с низкой температурой к нагре- ваемому теплоносителю с более высокой температурой. Лабораторная работа выполняется на стенде НТЦ-52 «Теп- ловой насос». Тепловая схема стенда изображена на рис. 5.1. Рис. 5.1. Тепловая схема стенда НТЦ-52 «Тепловой насос»: 1 – бак водонагревателя; 2 – компрессор; 3 – испаритель; 4 – вентилятор; 5 (Н1) – циркуляционный насос; 6 – конденсатор; 7 – вход теплого воздуха; 8 – выход охлажденного воздуха; 9 – нагреватель воздуха; 10 – подающий трубопровод; 11 – обратный трубопровод; 12 – распределитель; 13 – электронагреватель воды; 14 – дроссельный клапан 14 39 Буквенные обозначения на схеме QF1 – автомат подключения стенда к электросети; SW – счетчик электроэнергии; PWM1 – подключение электронагревателя воздуха; PWM2 – подключение электронагревателя воды; БУ – блок управления; Т1 – температура теплоносителя на входе в бак водонагре- вателя, С; Т2 – температура теплоносителя на выходе из бака водо- нагревателя, С; Т3 – температура теплоносителя в обратном трубопроводе, С; Твх – температура нагретого воздуха на входе, С; Твых – температура холодного воздуха на выходе, С; В1 – вентиль на обратном трубопроводе; В2 – трехходовой вентиль; В3 – вентиль на обратном трубопроводе; В4 – вентиль на подающем трубопроводе; В5 В6 В7  – вентили на распределителе 12; * * * В 5 В 6 В 7  – вентили циркуляционных контуров; Б1 – чугунный отопительный радиатор; Б2 – алюминиевый отопительный радиатор; V1 – расходомер. Тумблеры (на панели управления, на рисунке не показаны): S1 – переключатель в положения Q – тепловой поток и ST – тепловой счетчик; S2 – переключатель индикации температур Т1 и Т2; 40 S3 – переключатель электросчетчика Р1 (Вт) и SW (Вт·ч); S4 – переключатель насоса 5 (Н1) тепловой сети. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с устройством стенда «Тепловой насос». 2. Открыть вентили В5, В6, В7 на распределителе 12. 3. На регуляторе нагревателя воздуха 9 установить опреде- ленную величину температуры Твх и записать ее в таблицу. Результаты измерений Темпе- ратура воздуха Твх, oC Расход воздуха 2G , м3/ч Показания тепло- счетчика Разность Qк – Qн, кДж Показания электро- счетчика Разность SWк – SWн, Втч Вре- мя, минQн , кДж Qк, кДж SWн, Втч SWк, Втч 4. Установить питание стенда в положение «Включено» (два автоматических выключателя «Сеть»). 5. Переключатель S1 установить в положение Q, тумблер S3 – в положение SW, тумблер S4 – в положение «Ручн», а тумблер S2 – в положение Т2. 6. Работа выполняется с нагретой водой в баке. Для этого необходимо либо проводить эксперименты сразу же после предыдущей лабораторной работы, либо подключить вспомо- гательный электронагреватель воды 13. С этой целью устано- вить заданную преподавателем температуру Т2 на передней панели бака водонагревателя и подключить оба переключа- теля (700 Вт + 1400 Вт). После того как вода нагреется, от- 41 ключить электронагреватель и установить минимальную тем- пературу Т2. 7. Включить тепловой насос (переключатель на его панели управления). 8. С помощью дистанционного пульта управления задать среднюю скорость MED вращения вентилятора, установив светодиод напротив соответствующей позиции и по графику определить расход 2G . 9. При необходимости войти в меню управления тепловым насосом и откорректировать параметры его работы. 10. Снять начальные показания теплосчетчика Qн и элек- тросчетчика SWн и занести их в таблицу. 11. По истечении отрезка времени, указанного преподава- телем, вновь снять показания теплосчетчика Qк и электро- счетчика SWк и занести в таблицу. 12. Чтобы получить дополнительные данные, можно прове- сти серию таких же экспериментов, изменяя температуру воз- духа Твх. 13. По окончании работы тепловой насос отключить от элект- рической сети, отключить электропитание стенда. Обработка результатов измерений Вначале следует рассчитать и записать в таблицу разности показаний теплосчетчика и электросчетчика: 2 к н ,Q Q Q  кДж, и SW = SWк – SWн, Втч. Затем по выражению (2.2) необходимо определить количе- ство теплоты, отданное воздухом в единицу времени в испа- рителе теплового насоса: Q2 = 2G сp2 (Tвх – Tвых), Вт. 42 Нагреваемой в тепловом насосе воде в единицу времени передается количество теплоты Q2, отданное нагретым возду- хом, с учетом работы, совершенной компрессором, т. е. Q = Q2 + SW1, Вт, где 1 SWSW t , Вт. Тогда отопительный коэффициент теплового насоса опре- деляется в виде 1 1 2 Q Q Q    . По данным таблицы рассчитать значения  и построить график зависимости отопительного коэффициента от темпера- туры воздуха вх( )f Т  . 43 Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 6 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО НАСОСА С РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ РАДИАТОРОВ В СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ Цель работы: определение эффективности работы теплового насоса с различными типами радиаторов в системе отопления. Описание лабораторной установки Тепловой насос – это установка, предназначенная для пе- редачи теплоты от источника с низкой температурой к нагре- ваемому теплоносителю с более высокой температурой. Лабораторная работа выполняется на стенде НТЦ-52 «Теп- ловой насос». Тепловая схема стенда изображена на рис. 6.1. Рис. 6.1. Тепловая схема стенда НТЦ-52 «Тепловой насос»: 1 – бак водонагревателя; 2 – компрессор; 3 – испаритель; 4 – вентилятор; 5 (Н1) – циркуляционный насос; 6 – конденсатор; 7 – вход теплого воздуха; 8 – выход охлажденного воздуха; 9 – нагреватель воздуха; 10 – подающий трубопровод; 11 – обратный трубопровод; 12 – распределитель; 13 – электронагреватель воды; 14 – дроссельный клапан 14 44 Буквенные обозначения на схеме QF1 – автомат подключения стенда к электросети; SW – счетчик электроэнергии; PWM1 – подключение электронагревателя воздуха; PWM2 – подключение электронагревателя воды; БУ – блок управления; Т1 – температура теплоносителя на входе в бак водонагре- вателя, С; Т2 – температура теплоносителя на выходе из бака водо- нагревателя, С; Т3 – температура теплоносителя в обратном трубопроводе, С; Твх – температура нагретого воздуха на входе, С; Твых – температура холодного воздуха на выходе, С; В1 – вентиль на обратном трубопроводе; В2 – трехходовой вентиль; В3 – вентиль на обратном трубопроводе; В4 – вентиль на подающем трубопроводе; В5 В6 В7  – вентили на распределителе 12; * * * В 5 В 6 В 7  – вентили циркуляционных контуров; Б1 – чугунный отопительный радиатор; Б2 – алюминиевый отопительный радиатор; V1 – расходомер. Тумблеры (на панели управления, на рисунке не показаны): S1 – переключатель в положения Q – тепловой поток и ST – тепловой счетчик; 45 S2 – переключатель индикации температур Т1 и Т2; S3 – переключатель электросчетчика Р1 (Вт) и SW (Вт·ч); S4 – переключатель насоса 5 (Н1) тепловой сети. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с устройством стенда «Тепловой насос». 2. Открыть вентили В4 на подающем трубопроводе 10 и В1, В3 на обратном трубопроводе 11. 3. Открыть полностью вентиль В6 на распределителе 12, остальные закрыть (см. рис. 6.1) 4. На регуляторе нагревателя воздуха 9 установить макси- мальное значение температуры Твх. 5. Установить питание стенда в положение «Включено» (два автоматических выключателя «Сеть»). 6. Установить переключатель S1 в положение Q, переклю- чатель S3 – в положение SW, переключатель S4 – в положение «Ручн.», переключатель S2 – в положение Т2. 7. Лабораторная работа выполняется на предварительно на- гретом теплоносителе системы отопления. Для нагрева воды в системе отопления установить требуемое значение темпера- туры Т2 на передней панели бака водонагревателя 1 и вклю- чить оба нагревателя (700 Вт + 1400 Вт). По окончании нагре- ва воды отключить нагреватели и установить минимальное значение температуры Т2. 8. Включить тепловой насос (переключатель на панели управления). 9. С помощью дистанционного пульта управления задать среднюю скорость MED вращения вентилятора, установив све- тодиод напротив соответствующей позиции. 10. Снять показания теплосчетчика Q в начале эксперимен- та и в конце и занести в таблицу (табл. 6.1). 46 Таблица 6.1 Показания электро- и теплосчетчика Тип радиатора Измеряемая величина Численное значение Чугунный Показания теплосчетчика по Q, кДж Начальное Qн Конечное Qк Показания счетчика элект- роэнергии SW, Вт·ч Начальное SWн Конечное SWк Время эксперимента, мин Алюми- ниевый Показания теплосчетчика по Q, кДж Начальное Qн Конечное Qк Показания счетчика элект- роэнергии SW, Вт·ч Начальное SWн Конечное SWк Время эксперимента, мин 11. Снять показания счетчика электроэнергии SW в начале и в конце эксперимента и занести в табл. 6.1. 12. Установить длительность эксперимента 10–15 мин. 13. Провести вторую серию экспериментов с алюминиевым радиатором. Для этого полностью открыть вентиль В7 на рас- пределителе 12, остальные – закрыть. 14. Снять показания теплосчетчика Q в начале и в конце эксперимента и занести эти показания в табл. 6.1 (для алюми- ниевого радиатора). 15. Снять показания счетчика электроэнергии по SW в на- чале и в конце эксперимента и занести эти показания в табл. 6.1 (для алюминиевого радиатора). 16. Длительность второй серии экспериментов установить 10–15 мин. 17. После завершения экспериментов тепловой насос от- ключить от электрической сети, отключить стенд от электро- энергии. 47 Обработка результатов измерений Полученные экспериментальные данные в табл. 6.1 необ- ходимо представить в обработанном виде. Для каждого типа радиатора следует рассчитать количество переданной воде теплоты, т. е. разность к нQ Q Q  , кДж, и затраченную электроэнергию к нSW SW SW  , Втч. Результаты расчета занести в табл. 6.2. При этом перед началом эксперимента устанавливается новое значение тем- пературы горячей воды T2 на выходе из бака нагревателя. Таблица 6.2 Результаты расчета Тип радиатора Температура воды Т2, оС Q = Qк – Qн, кДж SW = SWк – SWн, Втч Чугунный Алюминиевый Сделать выводы по результатам расчета. 48 Л и т е р а т у р а 1. Кириллин, В. А. Техническая термодинамика : учебник для вузов / В. А. Кириллин, В. В. Сычев, А. Е. Шейндлин. – 4-е изд., перераб. – М. : Энергоатомиздат, 1983. – 416 с. 2. Нащокин, В. В. Техническая термодинамика и теплопе- редача : учебное пособие для энергетических специальностей вузов / В. В. Нащокин. – М. : Высшая школа, 1975. – 496 с. 3. Рей, Д. Тепловые насосы : пер. с англ. / Д. Рей, Д. Мак- майкл. – М. : Энергоиздат, 1982. – 224 с. 4. Хрусталев, Б. М. Техническая термодинамика : учебник : в 2 ч. / Б. М. Хрусталев, А. П. Несенчук, В. Н. Романюк. – Минск : УП «Технопринт», 2004. – Ч. 2. – 560 с. 5. Vaillant. Информация по планированию. Тепловой насос. Отопительные тепловые насосы. http://www. vaillant.ua/. 49 СОДЕРЖАНИЕ Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВОГО НАСОСА ........................................................................................ 3 Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТОПИТЕЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОВОГО НАСОСА ............................................................ 18 Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ ТЕПЛОВОГО НАСОСА ............................................................ 27 Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВОГО НАСОСА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ В СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ ...................... 32 Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО НАСОСА С ИЗМЕНЕНИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ .......................... 38 Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО НАСОСА С РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ РАДИАТОРОВ В СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ .......................... 43 Литература ................................................................................... 48 50 Учебное издание ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ на стенде «Тепловые насосы» для студентов теплоэнергетических специальностей Составитель ЛОСЮК Юрий Андреевич Редактор Т. Н. Микулик Компьютерная верстка Н. А. Школьниковой Подписано в печать 08.11.2013. Формат 6084 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 2,91. Уч.-изд. л. 2,27. Тираж 100. Заказ 830. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.