Αντλίες θερµότητς έρος-νερού υψηλών θερµοκρσιών δυο κυκλωµάτων συµπίεσης (σύστηµ cascade). (Από τον Νικόλο Γ. Τσίτσο. Νυπηγό Μηχνολόγο Ε.Μ.Π. Κθηγητ στην Ακδηµί Εµπορικού Νυτικού Ασπροπύργου) εν νκλύψµε τη φωτιά!!! Στις µέρες µς προέκυψε η νάγκη ντικτάστσης των λεβητοστσίων κύσης πετρελίου µε ντλίες θερµότητς οι οποίες θ εργστούν σε δίκτυ κεντρικς θέρµνσης στ οποί θ πρµείνουν τ θερµντικά σώµτ. Επειδ γι ν ποδώσουν τ σττικά θερµντικά σώµτ σε υπάρχουσες εγκτστάσεις πιτούντι θερµοκρσίες ζεστού νερού της τάξεως των 80 0, προσπθούν οι πργωγοί ντλιών θερµότητς έρος νερού ν δηµιουργσουν τις νάλογες συσκευές. Έτσι επνλθν πάλι διτάξεις συνδέσεως κλιµκωτού κτρράκτη (cascade) οι οποίες πλιοτέρ εφρµόζοντο γι τον υποβιβσµό των θερµοκρσιών ψύξης κι τις οποίες θ νλύσουµε πρκάτω. Σηµειώνουµε ότι :. Στις περιπτώσεις υτές χρησιµοποιούντι γι κάθε κύκλωµ διφορετικά ψυκτικά ρευστά.. Η θερµότητ συµπύκνωσης κάθε βθµίδς πορροφάτι πό τον εξτµιστ της επόµενης.. Πρόκειτι γι περισσότερ του ενός ψυκτικά κυκλώµτ κι όχι γι διβάθµι συµπίεση. Συµβολισµοί: 7 8 8 7 Q H Εσωτερικ µονάδ Q Q H Εξωτερικ µονάδ Q 6 σχµ () 5 6 5 Q H : Το θερµικό φορτίο συµπύκνωσης του ου κυκλώµτος συµπίεσης (υτό ποδίδετι στον χώρο). Q : Το θερµικό φορτίο συµπύκνωσης του ου H κυκλώµτος συµπίεσης. Q : Το πορροφόµενο ψυκτικό φορτίο. : Η ισχύς του συµπιεστ του πρώτου κυκλώµτος. : Η ισχύς του συµπιεστ του δεύτερου κυκλώµτος. OP θ : Ο συντελεστς λειτουργίς του ου κυκλώµτος στην θέρµνση. OP θ : Ο συντελεστς λειτουργίς του ου κυκλώµτος στην θέρµνση. OP Ψολ : Ο συνολικός συντελεστς λειτουργίς στην ψύξη. OP Ψ : Ο συντελεστς λειτουργίς στην ψύξη του πρώτου ψυκτικού κυκλώµτος. OP Ψ : O συντελεστς λειτουργίς στην ψύξη του δευτέρου ψυκτικού κυκλώµτος OP θολ : Ο συνολικός συντελεστς λειτουργίς (πόδοσης) του συστµτος στη θέρµνση. Στο σχµ () φίνετι η διάτξη των µηχνηµάτων µις ψυκτικς εγκτάστσης δύο ψυκτικών κυκλωµάτων.
Από τον ενεργεικό ισολογισµό του σχµτος () ισχύουν : = QH.. () ν =.. ().O. P θολ H H ( ) ( ) Ψ = = Q Q Q = = = =.. Ψ....() Ψολ = Q Q Q. = = = Ψ ( ).... () Το πορροφούµενο Q πρµένει στθερό κι νεξάρτητο πό το ν έχουµε έν κύκλωµ (συµβτικ ντλί θερµότητς ) δυο κυκλώµτ συµπίεσης, σύστηµ cascade (ντλί θερµότητς υψηλών θερµοκρσιών) Στην περίπτωση συστµτος µις βθµίδς (σχµ ) ισχύει: Q H Q σχµ () = QH..... (5) Θ Q H = (6)
Ψ =..... (7) Συγκρίνοντς τις εξισώσεις (),(6) προκύπτει ότι : Ψ, Ψ, ολ..... (8) δηλδ µι κτά πολύ µεγλύτερη πόδοση της ντλίς θερµότητς ενός πλού κυκλώµτος, ότν υτ δουλεύει στην ψύξη. Αν ισχύει = τότε πό τις (7) κι () προκύπτει :. = QΨ QΨ ψολ = = Ψ (9) ηλδ το νµενόµενο στην λειτουργί ψύξης ψυκτικς εγκτάστσης συνδέσεως cascade είνι το µιση του c.o.p στην ψύξη µις µονοβάθµις ψυκτικς εγκτάστσης. Από την () βλέπουµε ότι στην διβάθµι εγκτάστση το Q H είνι µεγλύτερο του Q H κτά το, το οποίο πληρώνετι στην ΕΗ µε συντελεστ πόδοσης έν προς έν (/). Ο συµπιεστς δεν ντλεί κνέν ποσό θερµότητς πό το περιβάλλον κι συνεπώς δεν υξάνετι ο βθµός πόδοσης της εγκτάστσης. Έργο του ου συµπιεστ είνι η νύψωση της θερµοκρσίς. Η ποµυθοποίηση: Γι την πόδοση στην θέρµνση εχουµε : Θ QH =...(0) QH QH QH QH Θ,ολ = = = = c ( ) c ( ) = [ ] = [ ] Θ,ολ θ θ....()....() Θολ Q Q Q Q = = = = H H H H ( ).. () θολ QH [ θ] = = ( ) ( ) ( ) ( )... ()
Θολ= [. Θ] () ()...(5) Θ Θ,ολ =.....(6) Στην προύσ νάλυση,. εν υπάρχουν νεµιστρες ντλίες νερού κι συνεπώς κτνάλωση ενέργεις στους συµπυκνωτές κι στους εξτµιστές. Συµπεράσµτ Οι ντλίες θερµότητς υψηλών θερµοκρσιών σχεδιάζετι ν ντικτστσουν λεβητοστάσι πετρελίου κυρίως σε µονοκτοικίες, ώροφ, ώροφ κτρι όπου λλού δεν δηµιουργούν νοµικά προβλµτ. Από την προηγούµενη νάλυση προκύπτουν τ πρκάτω:. Ο βθµός πόδοσης του ψυκτικού κύκλου συνδέσεως cascade υψηλών θερµοκρσιών εξρτάτι πό τον λόγο των ισχύων των δυο συµπιεστών π.χ γι = το νµενόµενο θολ είνι.5 κι γι ντίστοιχο θ =. κλσσικού ψυκτικού κύκλου ενός ψυκτικού κυκλώµτος.. Γι =,5 ισχύει ντίστοιχ θολ =.9.. εν σχοληθκµε µε τη µετβολ του σε σχέση µε τη θερµοκρσί περιβάλλοντος. Η µείωση του κθιστά τις ντλίες θερµότητς του συγκεκριµένου τύπου περισσότερο σύµφορες πχ. στους 0 ο η πόδοση είνι µειωµένη περίπου κτά % της πόδοσης στους 7 ο.. Είνι δύντον µε τ σηµερινά δεδοµέν ν ευρεθεί ντλί θερµότητς υψηλών θερµοκρσιών cascade η οποί ν νκει στην ενεργεικ κτηγορί Α, δες σχέση (5). 5. Η ύξηση της πολυπλοκότητς του συστµτος θ δηµιουργσει προβλµτ στην τεχνικ υποστριξη. 6. Η ύπρξη εσωτερικών κι εξωτερικών µονάδων οι οποίες συνδέοντι µε σωλνες στις οποίες κυκλοφορεί ψυκτικό ρευστό(κι όχι νερό) ενδεχοµένως ν πιτσει ικνοποίηση συγκεκριµένων συνθηκών όσον φορά τ µκη σωληνώσεων κι τις θέσεις τοποθέτησης. 7. Απιτείτι συµπλρωση µε ψυκτικό ρευστό στ µεγάλ µκη σωληνώσεων. 8. Οι µονάδες δυο κυκλωµάτων δεν πρέχουν ψύξη. 9. Πρέπει ν εξετστούν τεχνοοικονοµικά οι λύσεις:. ντλί θερµότητς συµβτικ κι ντικτάστση σωµάτων µε fan coils στο ίδιο δίκτυο σωληνώσεων, µε προοπτικ Ψύξης. β. ντλί θερµότητς υψηλών θερµοκρσιών στ ίδι σώµτ κι δίκτυο χωρίς προοπτικ ψύξης. Σε σχέση µε το υξηµένο της λύσης κι το µειωµένο της λύσης β. γ. ντλί θερµότητς συµβτικ. πρµένουν τ θερµντικά σώµτ κι οι σωληνώσεις. κάλυψη µέχρι µι συγκεκριµένη θερµοκρσί περιβάλλοντος. ενίσχυση µε η πηγ γι χµηλές θερµοκρσίες πχ. < 8 ο. 0. Αν ο λόγος των ισχύων των συµπιεστών των δύο κυκλωµάτων είνι µικρότερος του ο θ µειώνετι σηµντικά.. Λόγω του τρόπου λειτουργίς της, η ντλί θερµότητς δύο ψυκτικών κύκλων δεν µπορεί ν εργσθεί σε ψύξη. Αυτό είνι έν σηµντικό µειονέκτηµ σε σχέση µε τις κλσσικές ντλίες θερµότητς ενός ψυκτικού κυκλώµτος.
5