Про верхню межу термодинамічної ефективності теплонасосних схем установок для сушіння деревини

Представлены результаты термодинамического анализа предельной эффективности работы теплонасосных схем установок для сушки древесины и влияния на эту величину основных технологических параметров. Сформулированы практические рекомендации к определению номинальной величины нагрева сушильного агента в т...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Промышленная теплотехника
Date:	2011
Main Authors:	Безродний, М.К., Кутра, Д.С.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2011
Subjects:	Теория и практика сушки
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60372
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Про верхню межу термодинамічної ефективності теплонасосних схем установок для сушіння деревини / М.К. Безродний, Д.С. Кутра // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 5— С. 24-34. — Бібліогр.: 5 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60372
record_format	dspace
spelling	Безродний, М.К. Кутра, Д.С. 2014-04-14T20:25:22Z 2014-04-14T20:25:22Z 2011 Про верхню межу термодинамічної ефективності теплонасосних схем установок для сушіння деревини / М.К. Безродний, Д.С. Кутра // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 5— С. 24-34. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60372 621.577 Представлены результаты термодинамического анализа предельной эффективности работы теплонасосных схем установок для сушки древесины и влияния на эту величину основных технологических параметров. Сформулированы практические рекомендации к определению номинальной величины нагрева сушильного агента в тепловом насосе. Наведено результати термодинамічного аналізу граничної ефективності роботи теплонасосних схем установок для сушіння деревини та вплив на цю величину основних технологічних параметрів сушильного процесу. Сформульовані практичні рекомендації щодо визначення номінальної величини нагріву сушильного агенту у тепловому насосі. The results of thermodynamic analysis of the extreme efficiency using of heat pumps schemes for drying wood and the influence of main technological parameters of drying process by this amount are considered. Practical recommendations to the determinations of the nominal value of heating the drying agent in the heat pump are made. uk Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Теория и практика сушки Про верхню межу термодинамічної ефективності теплонасосних схем установок для сушіння деревини About the upper bound of thermodynamic efficiency heat pump dryers schemes for drying wood Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Про верхню межу термодинамічної ефективності теплонасосних схем установок для сушіння деревини
spellingShingle	Про верхню межу термодинамічної ефективності теплонасосних схем установок для сушіння деревини Безродний, М.К. Кутра, Д.С. Теория и практика сушки
title_short	Про верхню межу термодинамічної ефективності теплонасосних схем установок для сушіння деревини
title_full	Про верхню межу термодинамічної ефективності теплонасосних схем установок для сушіння деревини
title_fullStr	Про верхню межу термодинамічної ефективності теплонасосних схем установок для сушіння деревини
title_full_unstemmed	Про верхню межу термодинамічної ефективності теплонасосних схем установок для сушіння деревини
title_sort	про верхню межу термодинамічної ефективності теплонасосних схем установок для сушіння деревини
author	Безродний, М.К. Кутра, Д.С.
author_facet	Безродний, М.К. Кутра, Д.С.
topic	Теория и практика сушки
topic_facet	Теория и практика сушки
publishDate	2011
language	Ukrainian
container_title	Промышленная теплотехника
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
format	Article
title_alt	About the upper bound of thermodynamic efficiency heat pump dryers schemes for drying wood
description	Представлены результаты термодинамического анализа предельной эффективности работы теплонасосных схем установок для сушки древесины и влияния на эту величину основных технологических параметров. Сформулированы практические рекомендации к определению номинальной величины нагрева сушильного агента в тепловом насосе. Наведено результати термодинамічного аналізу граничної ефективності роботи теплонасосних схем установок для сушіння деревини та вплив на цю величину основних технологічних параметрів сушильного процесу. Сформульовані практичні рекомендації щодо визначення номінальної величини нагріву сушильного агенту у тепловому насосі. The results of thermodynamic analysis of the extreme efficiency using of heat pumps schemes for drying wood and the influence of main technological parameters of drying process by this amount are considered. Practical recommendations to the determinations of the nominal value of heating the drying agent in the heat pump are made.
issn	0204-3602
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60372
citation_txt	Про верхню межу термодинамічної ефективності теплонасосних схем установок для сушіння деревини / М.К. Безродний, Д.С. Кутра // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 5— С. 24-34. — Бібліогр.: 5 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT bezrodniimk proverhnûmežutermodinamíčnoíefektivnostíteplonasosnihshemustanovokdlâsušínnâderevini AT kutrads proverhnûmežutermodinamíčnoíefektivnostíteplonasosnihshemustanovokdlâsušínnâderevini AT bezrodniimk abouttheupperboundofthermodynamicefficiencyheatpumpdryersschemesfordryingwood AT kutrads abouttheupperboundofthermodynamicefficiencyheatpumpdryersschemesfordryingwood
first_indexed	2025-11-26T20:56:48Z
last_indexed	2025-11-26T20:56:48Z
_version_	1850775030470803456
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №524 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ УДК 621.577 Безродний М.К., Кутра Д.С. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» ПРО ВЕРХНЮ МЕЖУ ТЕРМОДИНАМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ТЕПЛОНАСОСНИХ СХЕМ УСТАНОВОК ДЛЯ СУШІННЯ ДЕРЕВИНИ Наведено результати термо- динамічного аналізу граничної ефективності роботи теплонасос- них схем установок для сушіння деревини та вплив на цю величи- ну основних технологічних па- раметрів сушильного процесу. Сформульовані практичні реко- мендації щодо визначення номі- нальної величини нагріву сушиль- ного агенту у тепловому насосі. Представлены результаты тер- модинамического анализа предель- ной эффективности работы тепло- насосных схем установок для сушки древесины и влияния на эту величи- ну основных технологических пара- метров. Сформулированы практи- ческие рекомендации к определе- нию номинальной величины нагре- ва сушильного агента в тепловом насосе. The results of thermodynamic analysis of the extreme efficiency using of heat pumps schemes for drying wood and the influence of main technological parameters of drying process by this amount are considered. Practical recom- mendations to the determinations of the nominal value of heating the drying agent in the heat pump are made. а – коефіцієнт байпасування; с – питома теплоємність, кДж/(кг °С); d – вологовміст, кгвл/ кгсп; K – коефіцієнт рециркуляції; L – потужність, Вт; Q – тепловий потік, Вт; r – питома теплота випаровування, кДж/кгвл; t – температура, °С; V – об’ємна витрата, м3/с; ε – коефіцієнт трансформації; η – коефіцієнт використання енергії; ρ – густина, кг/м3; φ – відносна вологість; КВЕ – коефіцієнт використання енергії; OC – оточуюче середовище; CА – сушильний агент; СК – сушильна камера; СУ – сушильна установка; ТН – тепловий насос; ТНСУ – теплонасосна сушарка. Вступ Світові цінові тенденції на ринку паливно- енергетичних ресурсів змушують людство все частіше звертати увагу на можливості і пер- спективи використання різного роду ресурсо- зберігаючих технологій не тільки для потреб громадського теплозабезпечення, а й для теп- лотехнологічних процесів, які є найбільшими «споживачами» ПЕК. До найбільш енергоєм- них процесів промислової галузі можна від- нести процеси сушіння, зокрема, сушіння де- ревини, яка являється одним із основних ма- теріалів в індустрії будівництва. Використан- ня теплонасосних технологій в деревооброб- ній галузі дозволяє не тільки створювати ра- ціональні схеми сушіння та утилізувати вто- ринні енергоресурси, а й призводить до знач- ного підвищення енергоефективності самого процесу, що безпосередньо пов’язано з еконо- мією енергоресурсу. Незважаючи на очевидну енергоекономічну перспективу використання теплових насосів (ТН) в процесах сушіння деревини, в літературі відсутні аналітичні залежності та методики, які б дозволяли об’єктивно оцінити величину ефективності використання вищезгаданих тех- нологій в залежності від різного роду умов, що включають технологічні параметри процесу су- шіння та параметри роботи теплового насосу для забезпечення сушильного процесу, а також їх вплив на величину ефективності роботи уста- новки вцілому. Дана робота присвячена питанню граничної термодинамічної ефективності застосування теп- лонасосних технологій сушіння на прикладі різних схемних рішень, та вплив основних тех- нологічних параметрів сушильного процесу на цю величину. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №5 25 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ Теплонасосна сушарка з рециркуляцією сушильного агенту Питання термодинамічної та енергетичної ефективності роботи теплонасосної схеми су- шильної установки з частковою рециркуляцією сушильного агенту (СА) описанi авторами у ро- ботах [1, 2] для прийнятих умов роботи ТН та технологічних параметрів процесу сушіння. Од- нак, важливим питанням являється вплив па- раметрів роботи самого теплонасосного агрега- ту на ефективність роботи системи вцілому. На рис. 1 показано сушильний цикл при да- ній схемній реалізації процесу. Сушильний агент з технологічними пара- метрами tсм, φсм (т. 1), в результаті проходження сушильної камери, випаровує вологу з дереви- ни та покидає СК з параметрами t2, φ2 (т. 2). Частина СА, у процесі 2-7, видаляється в оточу- юче середовище. Інша частина рециркуляцією надходить у випарник теплового насосу, де в процесі 2-3 з СА, в результаті охолодження до tв, конденсується волога. У конденсаторі ТН сушильний агент нагрівається до необхідної, за умовами теплового балансу, температури tтн (пр. 3-4). У камері змішування сушильний агент частково охолоджується (пр. 4-5) за ра- хунок підмішування частини свіжого повітря (пр. 6-5) та з параметрами tсм, φсм (т. 5) надхо- дить у сушильну камеру. Цикл повторюється. Температурний перепад сушильного агенту при проходженні камери Δ tск = tсм – t2 регламен- тований для камер періодичної дії, залежить від роду деревини, що підлягає тепловолого- обробці [3], і складає: - для хвойних порід Δ tск = 2...3 °С; - для берези, бука Δ tск = 1,5...2,5 °С; - для дуба, модрини Δ tск = 1...1,5 °С. З рис. 1 видно, що на ефективність роботи ТНСУ, окрім температурного рівня процесу tсм та ступеню охолодження СА у випарнику до tв, впливають також значення температурно- го напору між повітрям та холодильним аген- том у конденсаторі та випарнику ТН (Δtк та Δtв Рис. 1. Схема сушильного циклу при роботі ТНСУ з рециркуляцією СА: СК – сушильна камера; ВТН – випарник теплового насосу; КТН – конденсатор теплового насосу; КЗ – камера змішування; 1-2 – пр. сушіння; 2-3 – пр. охолодження та осушення СА; 3-4 – пр. нагрівання СА; 4-5, 6-5 – пр. нагріву зовнішнього повітря в камері змішування; 2-7 – пр. видалення повітря в ОС. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №526 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ відповідно). В більшості сучасних повітряних теплових насосів значення температурного на- пору між повітрям та холодильним агентом змінюється в відносно широкому діапазоні досягаючи Δt = 15 °С, що суттєво впливає на ефективність роботи агрегату. Частково це пи- тання висвітлено у роботі [4]. Визначимо ха- рактер цього впливу, керуючись наступними підходами. Ефективність роботи сушильної установки характеризується коефіцієнтом використання зовнішньої енергії на випаровування вологи, який можна представити наступним чином ηcy = Qв /Lтн, (1) де Lтн – потужність компресора. Тепловий потік, що надходить на випарову- вання вологи, згідно [3] Qв = Vсм·ρсм·Δdск·r·(tм), (2) де Δdск – приріст вологовмісту СА в сушильній камері. В літературі [5] наведена методика визна- чення Δdск Δdск = Δtск·(0,4 + 0,00074·dсм). (3) Потужність компресора теплового насосу Lтн = Qвип /(εтн – 1). (4) Коефіцієнт трансформації теплоти ідеаль- ного циклу Карно з урахуванням необоротних втрат у конденсаторі та випаровувачі TH K TH TH K 273 . (273 ) (273 ) t t t t t tΒ Β + + ∆ ε = + + ∆ − + −∆ (5) Як видно із (5), значення необоротних втрат у конденсаторі та випарнику ТН, що характери- зуються температурними напорами Δtк та Δtв, суттєво впливають на величину коефіцієнту трансформації, а, отже, і на ефективність робо- ти системи в цілому, що підтверджує вірність вищесформульованого припущення. Теплове навантаження випарника ТН мож- на записати наступним чином Qвип = V2·ρ2·[cсп·(t2 – tв) + r· (d2 – dв) + + cп·(d2· t2 – dв ·tв)], (6) де dв – вологовміст СА на виході із випарника ТН, який не змінюється в конденсаторі, тобто dв = dтн. При заданому температурному режимі ро- боти теплового насосу робота сушарки мож- лива тільки при певному значенні коефіцієнта рециркуляції. Коефіцієнт рециркуляції сушильного аген- ту представляє собою відношення витрати су- шильного агенту, що повертається в камеру, до загальної витрати повітря через штабель. K = Vрец·ρ2 / Vзаг·ρсм. (7) Значення K залежить від технологічних параметрів сушіння і може бути реалізоване при певній поки що невідомій температурі на виході з випарника tв. З іншої сторони, K визначає температуру нагріву СА у ТН tтн та вологовміст сушильного агенту на виході з ви- парника dв = dтн. Дані величини можуть бути визначені методом послідовних наближень. В першому наближенні приймаємо K ≈ 1. З теплового балансу камери змішування виз- начаємо температуру СА за ТН tтн = (tсм – (1 – K)·t0)/K. (8) Матеріальний баланс камери змішування дозволяє визначити dтн = f(K) dтн = (dсм – (1 – K)·d0)/K. (9) Аналітичний вираз для визначення tв можна отримати з енергетичного балансу теплового насосу Qвип = Qконд ·(εтн – 1)/ εтн . (10) Теплове навантаження конденсатора ТН Qконд = V2·ρтн·ссп·(tтн – tв). (11) З теплового балансу ТН (10), з урахуванням тн тн тн тн тн ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №5 27 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ записаних для даних умов (6) та (11) отримуємо вираз для визначення tв [ ] TH C TH C TH TH TH B C TH TH 2 2 2( ) ( ) ( ) 1 ,1( ) 1 c c d t d d r c c d t t c c d Π Π Π Π Π Π ε + + − − + ε − = + ε − (12) ницях, зазнає суттєвого зниження. Верхня межа енергетичної ефективності теплонасосної су- шарки відповідає випадку відсутності необо- ротностей процесу ТО у випарнику та конден- саторі ТН (ΔtК + ΔtB = 0), і для прийнятих нами умов характеризується граничними значення- ми КВЕ. Оскільки випадок відсутності необорот- ностей (ΔtК + ΔtB = 0) є ідеалізованим та, вра- ховуючи неможливість його реалізації на прак- тиці, для подальшого аналізу оберемо ре- альні граничні значення температурних напо- рів у конденсаторі та випаровувачі ΔtК = 10 °С та ΔtB = 10 °С, що сумарно становить ΔtК + ΔtB = = 20 °С [4]. На рис. 3 наведено графік залежності гра- ничного КВЕ від технологічного темпера- торного перепаду СА Δtск в діапазоні зміни параметрів сушильного агенту від tсм = 50 °С, φсм = 70 % до tсм = 60 °С, φсм = 80 % у випадку роботи реального теплового насосу. Із наведеного графіку видно, що з ростом Δtск величина КВЕ збільшується, що пояс- нюється зростанням корисно використаної теп- лоти сушильного агента на випаровування во- логи в кожному циклі при проходженні його через сушильну камеру. Теплонасосна сушарка з рециркуляцією сушильного агента та байпасуванням теплового насоса Схема сушильного циклу роботи теплона- сосної схеми сушарки з частковою рецирку- ляцією сушильного агента та байпасуванням теплового насоса показана на рис. 4. З літе- ратурних джерел відомо, що байпасування теп- лового насоса дозволяє додатково підвищити енергоефективність сушильного процесу, що який може бути реалізований методом пос- лідовних наближень. При цьому у (5) для εтн в першому наближенні приймаємо tв ≈ t2. Енергетичний баланс системи в цілому до- зволяє отримати вираз для визначення коефі- цієнта рециркуляції [2] ( )( ) ( ) ( )( ) TH B B TH 2 2 2 0 1 1 h h K h h h h ε − − = − + ε − − . (13) Отримане значення K порівнюється з почат- ковим і при необхідності цикл повторюється. Згідно [2], вираз для визначення КВЕ такої схеми сушарки має наступний вигляд M CK C TH C B CK TH B2 2 2 ( ) ( 1). ( ) ( ) r t d K c t t r d c d t d tΠ Π ∆ η = ε −  − + ∆ + −  (14) Оскільки значення εтн, що входить у (14), суттєво залежить від ΔtК та ΔtB, що безпосеред- ньо впливає на величину КВЕ ηcy, проаналізу- ємо характер впливу сумарного температурно- го напору в діапазоні ΔtК + ΔtB = 0...30 °C на енергоефективність ТНСУ вцілому. На рис. 2 наведено графіки залежності коефіцієнта ви- користання енергії від сумарного температур- ного напору для різних значень технологічного перепаду температур сушильного агенту Δtск для декількох варіантів технологічних пара- метрів сушіння. З наведених ілюстрацій можемо зробити ви- сновок, що зі збільшенням необоротностей в процесі теплообміну (ТО) між сушильним та холодильним агентом у конденсаторі та випар- нику ТН, величина коефіцієнта використання зовнішньої енергії на випаровування вологи ηcy, що наведена на графіках у відносних оди- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №528 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ також показано авторами у роботах [1, 2]. Відмінність робочого процесу наведеної схеми (рис. 4) в порівнянні з попередньою полягає в тому, що тепловологообробці у тепловому насосі піддається лише частина відпрацьованого сушильного агента (пр. 2-3). Інша доля байпасом оминає тепловий насос (пр. 2-5), підмішуючись безпосередньо до об- робленого повітря у камері змішування. Отри- мана суміш з технологічними параметрами tсм, φсм надходить в сушильну камеру (пр. 5-1). Характерною відмінністю вищенаведеної схеми від попередньої є також те, що тепловий насос повинен забезпечувати більш високий перегрів сушильного агенту у конденсаторі в порівнянні з tсм (tтн – tсм)ТНСУ(б) >> (tтн – tсм)ТНСУ(рец) Рис. 2. Графік залежності коефіцієнту використання зовнішньої енергії ТНСУ від (ΔtК + ΔtB): а) для tсм = 50 °C, φсм = 70 °C; б) для tсм = 60 °C, φсм = 80 °C ; 1 – Δtск = 1 °C; 2 – Δtск = 1,5 °C; 3 – Δtск = 2 °C; 4 – Δtск = 2,5 °C; 5 – Δtск = 3 °C. а) б) ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №5 29 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ Рис. 3. Графік залежності граничного коефіцієнта використання зовнішньої енергії ТНСУ (рец) від технологічної різниці температури сушильного агента при ΔtК = 10 °C; ΔtB =10 °C в діапазоні зміни tсм = 50...60 °C та φсм = 70...80 % . Рис. 4. Схема сушильного процесу з рециркуляцією сушильного агента та байпасуванням теплового насоса: СК – сушильна камера; ВТН – випарник теплового насоса; КТН – конденсатор теплового насоса; КЗ – камера змішування; 1-2 – пр. сушіння; 2-3 – пр. охолодження та осушення СА; 3-4 – пр. нагрівання СА; 4-5, 6-5 – пр. змішування потоків повітря; 2-7 – пр. видалення повітря в ОС. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №530 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ за умовою енергобалансу камери змішування для отримання суміші заданих технологічних параметрів. Ступінь нагріву залежить від вели- чини коефіцієнта байпасування, який харак- теризується наступним співвідношенням a = Vбρ2/(Vрецρ2). (15) В роботах [1, 2] показано, що коефіцієнт бай- пасування має граничне значення, яке визнача- ється з теплового балансу камери змішування при tтн = tтн (де tтн – паспортна величина для конкретного теплового насоса). Якщо тепловий насос знаходиться на стадії проектування, то для забезпечення максимальної енергоефектив- ності роботи установки необхідно визначити номінальне значення перегріву (tтн – tсм)ном, яке мусить забезпечувати ТН, та яке може бути ви- значене наступним чином. Алгоритм розрахунку схеми з байпасуван- ням аналогічний вищенаведеному та вико- нується методом послідовних наближень. В першому наближенні приймаємо К ≈ 1. З теп- лового балансу камери змішування визнача- ємо необхідне значення температури СА на виході з ТН при кожному заданому значенні коефіцієнта байпасування CM TH 0 2(1 ) . (1 ) t K t a K tt K a − − − = − (16) Матеріальний баланс камери змішування дозволяє визначити dтн = f (K;a) CM TH 0 2(1 ) . (1 ) d K d a K dd K a − − − = − (17) Аналітичний вираз для tв, що виражається з теплового балансу (10) з урахуванням запи- саних для даних умов (6) та (11), аналогічний виразу (12). Енергетичний баланс системи в цілому до- зволяє отримати вираз для визначення коефі- цієнта рециркуляції ( )( ) ( )( ) ( )( ) TH B B TH 2 2 2 0 1 . 1 1 h h K a h h h h ε − − = − − + ε − − (18) Отримане значення К порівнюється з почат- ковим і при необхідності цикл повторюється. Згідно [2], вираз для визначення КВЕ такої схеми сушарки має наступний вигляд ( )( ) ( )( ) ( )( ) TH B B TH 2 2 2 0 1 . 1 1 h h K a h h h h ε − − = − − + ε − − (19) Числовий аналіз, проведений за викладе- ною методикою, дозволяє оцінити залежність коефіцієнта використання енергії від парамет- ра байпасування 1/(1 – a), що характеризує со- бою підвищення ефективності роботи сушиль- ної установки за рахунок зменшення потоку су- шильного агента, який проходить через тепло- вий насос (рис. 5). Для можливості порівняння впливу байпа- сування на енергоефективність роботи сушар- ки з попередньою схемою графіки побудовані для випадку роботи теплового насосa при зна- ченнях необоротностей у випаровувачі та кон- денсаторі ΔtK = 10 °С та ΔtB = 10 °С, що сумар- но становить ΔtK + ΔtB = 20 °С та узгоджується з попередньою схемою. Як бачимо із наведених ілюстрацій, функція ηсу = f(1/(1 – a)) має чітко виражений екстре- мум, який відповідає максимальному значенню коефіцієнта використання енергії при опти- мальному значенні коефіцієнта байпасування. Наявність такого екстремуму обумовлена про- тилежним впливом на ефективність роботи су- шарки двох величин: параметра байпасування 1/(1 – a) і коефіцієнта трансформації εтн, який при збільшенні коефіцієнта байпасування (або величини 1/(1 – a)) зменшується внаслідок від- повідного зростання температури повітря tтн на виході з теплового насоса. Граничні (макси- мальні) значення коефіцієнта ηсу, які може за- безпечити теплонасосна схема сушильної уста- новки з рециркуляцією та байпасуванням СА повз ТН, представлені на рис. 6, в залежності від технологічного температурного перепаду Δtск в вищезазначеному діапазоні параметрів сушіння Δtсм, φсм. Видно, що така схема ус- тановки забезпечує багаторазове підвищення граничних коефіцієнтів ηсу в порівнянні з від- повідними значеннями P cy Γη для схеми без бай- пасування сушильного агента. При цьому ве- max max ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №5 31 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ а) б) Рис. 5. Графік залежності коефіцієнта використання зовнішньої енергії ТНСУ від параметра байпасування при ΔtК = 10 °C; ΔtВ = 10 °C : а) для tсм = 50 °C, φсм= 70 %; б) для tсм = 60 °C, φсм= 80 %; 1 – Δtск = 1 °C; 2 – Δtск = 1,5 °C; 3 – Δtск = 2 °C; 4 – Δtск = 2,5 °C; 5 – Δtск = 3 °C. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №532 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ Рис. 6. Графік залежності граничного коефіцієнта використання зовнішньої енергії від технологічної різниці температур сушильного агенту при ΔtК = 10 °C; ΔtВ = 10 °C : 1, 2 – для ТНСУ(б) (1 – при tсм = 60 °C, φсм= 80 %; 2 – при tсм = 50 °C, φсм= 70 %); 3, 4 – для ТНСУ(р) (3 – при tсм = 60 °C, φсм= 80 %; 4 – при tсм = 50 °C, φсм= 70 %). Рис. 7. Графік залежності оптимального значення коефіцієнта байпасування від технологічної різниці температур сушильного агента при ΔtК = 10 °C; ΔtВ = 10 °C в діапазоні зміни tсм = 50...60 °C та φсм= 70...80 %. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №5 33 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ личина ефекта байпасування зменшується зі збільшенням Δtск (від 4 разів при Δtск = 1 °С до 1,7 разів при Δtск = 3 °С для Δtсм = 50 °С, φсм = 70 %). На рис. 7 наведені відповідні графіки для оптимальної величини коефіцієнта байпасу- вання теплового насоса в залежності від Δtск. Як бачимо із ілюстрації, зі збільшенням технологічного перепаду Δtск оптимальна вели- чина байпасування зменшується, що пов’язано зі збільшенням кількості випаровуваної вологи при відносно незмінному значенні коефіцієнта рециркуляції, а, отже, з необхідністю піддавати осушенню більшу частину сушильного агенту у ТН. Маючи числове значення оптимальної ве- личини коефіцієнта байпасування, з співвід- ношення (16) можна визначити номінальне значення необхідного перегріву сушильного агента у конденсаторі ТН (tтн – tсм)ном. Графік залежності номінальної величини перегріву СА у конденсаторі ТН наведено на рис. 8. Наведений на рис. 8 графік дозволяє визна- чити номінальне значення різниці температур СА на виході з ТН tтн та на вході в сушильну камеру tсм, при забезпеченні якої теплонасос- на сушарка буде працювати з максимальною енергоефективністю, що повинно прийматись до уваги при проектуванні теплонасосного агрегата сушильної установки. Як видно з рис. 8, ця різниця температур має відносно невелике значення, яке змен- шується при зростанні технологічних пара- метрів сушіння деревини tсм, φсм та Δtск до ве- личини менше 10 °С і цілком реально може бути врахована при проектуванні ТН для ро- боти в комплекті з камерними установками для сушіння різних порід деревини. Висновки 1. Максимальна термодинамічна ефектив- ність теплонасосної схеми сушарки з рецир- куляцією СА при заданих технологічних пара- метрах сушіння в значній мірі залежить від ве- Рис. 8. Графік залежності номінальної величини перегріву сушильного агента (відносно tсм ) після теплового насоса від технологічної різниці температур сушильного агента при ΔtК = 10 °C; ΔtВ = 10 °C в діапазоні зміни tсм = 50...60 °C та φсм= 70...80 %. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №534 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ личини необоротних втрат у випарнику (ΔТВ) та в конденсаторі (ΔТК) ТН. На досягнутому рівні цих втрат граничні значення КВЕ зроста- ють з ростом технологічних параметрів і мо- жуть бути визначені за допомогою рис. 3. 2. Застосування теплонасосної схеми су- шарки з байпасуванням ТН призводить до бага- торазового зростання граничних значень КВЕ в порівнянні зі схемою без байпасування. При цьому максимум термодинамічної ефективнос- ті сушарки досягається при оптимальних зна- ченнях коефіцієнта байпасування, які змен- шуються з ростом технологічних параметрів сушіння tсм, φсм , Δtск та можуть бути визначені з рис. 7. 3. Для досягнення номінальних техноло- гічних параметрів сушіння при оптимальних значеннях коефіцієнта байпасування має бути забезпечечена необхідна різиця температур СА на виході з ТН та на вході в СК (tтн – tсм), яка в залежності від технологічних параметрів сушіння може бути визначена з рис. 8. Ця ви- мога повинна бути врахована на стадії проек- тування теплового насоса, призначеного для роботи в комплекті з камерною установкою для сушіння даної породи деревини. ЛІТЕРАТУРА 1. Безродний М.К., Куделя П.П., Кутра Д.С. Термодинамічний аналіз теплонасосної сушильної установки для сушки деревини. – Зб. «Техническая теплофизика и промышленная теплотехника», Дніпропетровськ, 2010, вип. 2, С. 35-48. 2. Безродний М.К., Кутра Д.С. Енергетич- ний аналіз традиційних та теплонасосних схем установок для сушіння деревини // Пром. теп- лотехника. – 2010, № 4. – С. 43-53. 3. Богданов Е.С., Козлов В.А., Кунтыш В.Б., Мелехов В.И. Справочник по сушке дре- весины. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Лесная промышленность, 1990. – 394 с. 4. Морозюк Т.В. Теория холодильных ма- шин и тепловых насосов. – Одесса: Студия «Негоциант», 2006. – 712 с. 5. Кречетов И.В. Сушка и защита древеси- ны. Учебник для техникумов. – М.: Лесная про- мышленность, 1987. – 328 с. Получено 09.03.2011 г.

Про верхню межу термодинамічної ефективності теплонасосних схем установок для сушіння деревини

Institution

Similar Items