Дослідження ексергії теплових потоків, що контактно змішуються

Abstract

UK: Метою досліджень є оцінка роботоспроможності водоводяних і пароводяних теплообмінників змішування в системах гарячого водопостачання при відсутності скидної води і використанні конденсату пари в теплообмінниках. З раніше відомих публікацій інших дослідників відомі результати оцінки ексергетичного ККД (ЕККД) теплообмінників для підготовки гарячого водопостачання за ланцюгом: енергетичні витрати палива – теплообмінник – отримана енергія гарячої води. При цьому розглянуті випадки: а) без використання скидної води; б) з використанням енергії скидної води; в) з вико- ристанням теплового насосу. Але при цьому окремо не виділена ексергетична оцінка процесу теплообміну в самих теплообмінниках , що і послужило причиною написання даної статті. Методика. Побудована на основі відношень циклів Карно отримання однакової кількості теплоти холодним теплоносієм до відданої такої ж кількості гарячим теплоносієм. Але через різницю температур при обміні теплотою за теоремою Гюї-Стодоли відбувається втрата ексергії як при віддачі тепло- ти, так і при її сприйнятті більш холодним теплоносієм. З врахуванням анергії, якою обмінюються «гарячі» та «холодні» потоки середовищ в теплообміннику при контактах, були розраховані ЕККД. Результати. Встановлено, що в «відкритих» теплових мережах термічний ККД співпадає з ЕККД і дорівнює одиниці. Для пароводяних апаратів змішування ЕККД змінюється в межах 0,96-0,98 і залежить від тиску пари та її температури насичення. Наукова новизна. Запропонована термодинамічна модель оцінки ексергетичної ефективності безпосередньо конструкцій теплообмінників з потоками тепло- ти, що між собою перемішуються. Практична значимість. При можливості бажано переходити до відкритих теплових мереж для житлово-комунального сектору з водоводяними теплообмінниками. При неможливості переходу до відкритих систем для індивідуальних теплових пунктів найбільш ексергетично вигідним є використання електричних бойлерів.

RU: Целью исследований является оценка работоспособности водоводяных и пароводяных теплообменников смеши- вания в системах горячего водоснабжения при отсутствии сбросной воды и использовании конденсата пара в теплообмен- никах. Из ранее известных публикаций других исследователей известны результаты оценки эксергетического КПД (ЭКПД) теплообменников для подготовки горячего водоснабжения по цепочке: энергетические затраты топлива - теплообменник - полученная энергия горячей воды. При этом рассмотрены случаи: а) без использования сбросной воды; б) с использованием энергии сбросной воды; в) с использованием теплового насоса. Но при этом отдельно не выделена эксергетическая оценка процесса теплообмена в самых теплообменниках, что и послужило причиной написания данной статьи. Методика. По- строена на основе отношений циклов Карно получения одинакового количества теплоты холодным теплоносителем к от- данной такого же количества горячим теплоносителем. Но из-за разницы температур при обмене теплотой по теореме Гюи- Стодолы происходит потеря эксергии как при отдаче теплоты, так и при ее восприятии более холодным теплоносителем. С учетом анергии, которой обмениваются «горячие» и «холодные» потоки в теплообменнике при контактах, были рассчита- ны ЭКПД. Результаты. Установлено, что в «открытых» тепловых сетях термический КПД совпадает с ЭКПД и равен еди- нице. Для пароводяных аппаратов смешивания ЭКПД изменяется в пределах 0,96-0,98 и зависит от давления пара и его температуры насыщения. Научная новизна. Предложенная термодинамическая модель оценки эксергетической эффектив- ности непосредственно конструкций теплообменников с потоками теплоты, между собой перемешиваются. Практическая значимость. При возможности желательно переходить к открытым тепловым сетям для жилищно-коммунального сектора с водоводяными теплообменниками. При невозможности перехода к открытым системам для индивидуальных тепловых пунктов наиболее эксергетической выгодным является использование электрических бойлеров.

EN: The aim of the research is to assess the water and sewage mixing heat exchangers' efficiency in hot water supply systems in the absence of waste water and the use of steam condensate in heat exchangers. From the previously known publications of other researchers, the results of the estimation of exergent efficiency (EЕ) of heat exchangers for the preparation of hot water supply along the chain are known: energy consumption of fuel - heat exchanger - the received hot water energy. In this case, cases are considered: a) without the use of waste water; b) using waste water energy; c) using a heat pump.In this case, cases are considered: a) without the use of waste water; b) using waste water energy; c) using a heat pump. But at the same time, the exergy evaluation of the heat transfer process in the heat exchangers itself is not singled out, which was the reason for the writing of this article. Method. It is constructed on the basis of Carnot's ratios of obtaining the same amount of heat by a cold coolant to a given amount of hot coolant. But because of the temperature difference in heat exchange, according to the Gui-Stodol's theorem, the loss of exergy occurs in the case of the return of heat, and when it is perceived by the cooler coolant. Taking into account the energy that is exchanged between "hot" and "cold" media streams in the heat exchanger at the contacts, ЕЕ were calculated. Results. It is established that in the "open" thermal networks the thermal efficiency coincides with the EЕ and equals one. For steam-water mixing machines, the EЕ varies within the range of 0.96-0.98 and depends on the vapor pressure and its saturation temperature. Scientific novelty. A thermodynamic model is proposed for estimating the exergent efficiency of directly constructs of heat exchangers with heat fluxes that are intermixed between them. Practical meaningfulness. If it is possible, it is desirable to switch to open heat networks for the housing and communal sector with water-water heat exchangers. With the impossibility of switching to open systems for individual heat points, the most exergent advantageous is the use of electric boilers.