CC BY
40
Оригинальная статья / Original article УДК 621.577.44
DOI: 10.21285/1814-3520-2017-7-119-131
ИССЛЕДОВАНИЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ НА БАЗЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ - ПАРОКОМПРЕССОРНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСА С УЧАСТИЕМ КОМПОНЕНТА ГИДРОСФЕРЫ
© Н.О. Рачковский1, Ю.В. Татаренко2
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики,
Российская Федерация, 197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, 49.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. В данной статье представлены результаты физического эксперимента, проведенного с целью изучения влияния изменения температуры источника низкопотенциальной теплоты на производительность энергетической установки - парокомпрессорного теплового насоса. МЕТОДЫ. Определение эксплуатационных характеристик произведено путем постановки физического эксперимента с последующей обработкой данных на основании общепринятых зависимостей с использованием программного комплекса CoolPack 1.46. РЕЗУЛЬТАТЫ. Результатом работы является определение эксплуатационных и энергетических характеристик теплового насоса при поддержании давления конденсации рк 1,27±0,03 МПа и имитации различных периодов года за счет изменения температуры источника низкопотенциальной теплоты - воды tw4, которая изменялась в пределах от -0,9°С до +10,6 °С. ВЫВОДЫ. На основании полученных данных можно оценить изменение коэффициента преобразования теплового насоса (СОР) в зависимости от температуры источника низкопотенциальной теплоты, а также потенциал использования возобновляемых источников энергии.
Ключевые слова: парокомпрессорный тепловой насос, источник низкопотенциальной теплоты, вода, температура, давление, зависимость, рабочее вещество, коэффициент преобразования.
Формат цитирования: Рачковский Н.О., Татаренко Ю.В. Исследование имитационной модели воздушного отопления на базе энергетической установки - парокомпрессорного теплового насоса с участием компонента гидросферы // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 7. С. 119-131. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-7-119-131
RESEARCH OF THE AIR HEATING SIMULATION MODEL BASED ON A POWER PLANT - VAPOR COMPRESSION HEAT PUMP WITH THE PARTICIPATION OF A HYDROSPHERE COMPONENT N.O. Rachkovsky, Iu.V. Tatarenko
St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, 49, Kronverksky pr., St. Petersburg, 197101, Russian Federation.
ABSTRACT. PURPOSE. This article presents the results of a physical experiment conducted in order to study the effect of temperature change of a low grade heat source on the performance of a power plant represented by a vapor compression heat pump. METHODS. Operating characteristics have been determined through setting a physical experiment and the following data processing based on general dependencies with the use of the CoolPack 1.46 software package. RESULTS. The work resulted in the determination of the operational and energy characteristics of the heat pump while maintaining the condensation pressure of pk 1.27-0.03 MPa and simulating different periods of the year by changing the temperature of the low grade heat source - water - tw4 which was varied from -0.9°С to +10.6°С. CONCLUSIONS. Based on the data obtained, it is possible to estimate the change in the heat pump conversion coefficient (HPCC) as a function of the low-grade heat source temperature, as well as the application potential of renewable energy sources. Keywords: vapor compression heat pump, low grade heat source, water, temperature, pressure, dependence, working substance, conversion ratio
For citation: Rachkovsky N.O., Tatarenko Iu.V. Research of the air heating simulation model based on a power plant -vapor compression heat pump with the participation of a hydrosphere component. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no. 7, pp. 119-131. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-7-119-131
Рачковский Никита Олегович, аспирант, e-mail: rachkovskiy.nikita@mail.ru Nikita O. Rachkovskiy, Postgraduate, e-mail: rachkovskiy.nikita@mail.ru
2Татаренко Юлия Валентиновна, кандидат технических наук, доцент кафедры холодильной техники и возобновляемой энергетики, e-mail: lavrtat@mail.ru
lulia V. Tatarenko, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Refrigeration Engineering and Renewable Energy, e-mail: lavrtat@mail.ru
Введение
В настоящее время в таких странах, как Германия, Швеция, Япония, США и др., для отопления зданий активно используется тепловая энергия, на что обращают внимание, например, авторы работ [1-4]. Традиционные источники тепла (твердое или жидкое топливо, электричество, солнечная энергия и др.) являются или достаточно затратными (топливо - основной источник расходов) или имеют определенные ограничения (например, количество солнечных дней). В качестве альтернативного и весьма эффективного способа предлагается экологически чистая система отопления тепловыми насосами. Принцип действия такого устройства напоминает работу холодильной машины, но с поправкой на обратный принцип действия: вы получаете тепло вместо холода. Суть работы тепловых насосов - перенос тепловой энергии от носителя низкопотенциальной тепловой
энергии к потребителю с более высокой температурой. В качестве источника низкопотенциальной энергии могут выступать воздух, земля или вода. Как указывает Международное энергетическое агентство, к 2020 году за рубежом долю отопления и горячего водоснабжения за счет тепловых насосов планируется довести до 75%. Таким образом развитые страны пытаются уйти от проблемы импорта энергоресурсов. В России системам, где применяются тепловые насосы, не уделяется должного внимания, что является большим упущением, хотя еще в 2009 г. был принят федеральный закон РФ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности...»3, где в главе 8 говорится о государственной поддержке в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности.
Цель исследования
Как известно, источником высокопотенциальной тепловой энергии являются гидротермальные ресурсы - термальные воды, нагретые в результате геологических процессов до высокой температуры, что позволяет использовать их для теплоснабжения зданий. Но использование высокопотенциального тепла земли ограничено районами с определенными геологическими параметрами (в России это, например, Камчатка, район Кавказских минеральных вод). В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии для испарителей тепловых насосов используется тепло грунта поверхностных слоев земли, а также тепло удаляемого вентиляционного воздуха. На большей территории России холодный период года является довольно продолжительным, понижение температуры
источника низкопотенциальной теплоты может привести к снижению эффективности работы тепловых насосов. С целью исследования данных температур был проведен физический эксперимент, результаты которого представлены в данной статье.
Основная цель исследования - получение значений действительного и теоретического коэффициентов преобразования теплового насоса при постоянном давлении конденсации рк, составляющем 1,27+0,03 МПа (т.е. при постоянной температуре конденсации паров рабочего вещества К, составляющей 50,8+0,7°С) в зависимости от изменяющейся температуры источника низкопотенциальной теплоты tw4 (изменение давления кипения холодильного агента ро).
3Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: федер. закон РФ от 29.11.2009 г. № 261-ФЗ/ On energy saving and energy efficiency improvement and on the introduction of changes in certain legislative acts of the Russian Federation: Federal Law of the Russian Federation No. 261-ФЗ of November 29, 2009.
Имитационная модель воздушного отопления
Описание экспериментального стенда. Исследуемый экспериментальный стенд (рис. 1) можно рассматривать как систему воздушного отопления, которая состоит из двух основных компонентов - воздухонагревателя и парокомпрессорного теплового насоса (ПКТН).
ПКТН состоит из следующих основных элементов: спиральный компрессор Copeland ZR28K3E-PFJ, пластинчатый конденсатор, испаритель (змеевик из медной трубки), изолированный бак холодной воды
с тремя ТЭНами установленной мощностью по 2 кВт каждый, изолированный бак горячей воды, щит управления и контроля. В качестве рабочего вещества, циркулирующего в системе, используется холодильный агент R134a. Бак холодной воды заполнен смесью воды (85%) и этиленгликоля (15%) для получения отрицательных значений температуры низкопотенциального источника теплоты. Бак горячей воды заполнен водопроводной водой без специфических примесей.
b
Рис. 1. Экспериментальный стенд - парокомпрессорный тепловой насос: а - вид спереди; b - вид сзади Fig. 1. Experimental installation - a vapor compression heat pump (VCHP): а - front view; b - rear view
а
Контрольно-измерительные приборы стенда4. Приборы для измерения давления. Давление в трубопроводах и аппаратах контролируется образцовыми манометрами класса точности 0,6 и 0,4. Для контроля перепадов давления между линией всасывания и нагнетания применяется двухблочное реле давления Д1_КОР82-Д7К.
Приборы для измерения температуры. Для измерения температуры в контрольных точках стенда используются ртутные лабораторные термометры с ценой деления 0,1°С. В схеме задействованы термометры сопротивления в комплекте с устройством для вывода данных ОВЕН УКТ 38 с погрешностью не более ±0,5% (без учета погрешности датчика, составляющей ±0,5%).
Приборы автоматического регулирования. Для поддержания заданной температуры источника низкопотенциальной теплоты (бак холодной воды) используется
регулятор температуры ТРЭ1.05 «Термо-кор», работающий совместно с термопреобразователями сопротивления. Погрешность составляет 0,5°С.
Приборы измерения расхода электроэнергии. Для определения количества потребляемой электроэнергии компрессором и ТЭНами, установленными в баке холодной воды, применяются счетчики электроэнергии ЦЕЭ6807Б 2,0 220 В 5-60А ЭР: класс точности - 2, порог чувствительности - 5,5 Вт; диапазон тока - от 5 А (номинальный) до 60 А (максимальный); предел значения основной погрешности - ±0,5%.
Прибор для измерения расхода холодной воды. Для определения расхода воды используется универсальный счетчик СВК 15-3, установленный на водяной линии после конденсатора. Рабочий диапазон температур: от 5 до 90°С. Погрешность измерений составляет ±4%.
Цикл ПКТН, вписанный в h - !др диаграмму, представлен на рис. 2.
Рис. 2. Цикл ПКТН в координатах h - lgp Fig. 2. VCHP cycle in the coordinates h - lgp
4Дзино А.А., Малышев А.А., Малинина О.С. Испытание парокомпрессорного теплового насоса: учеб.-метод. пособие. Санкт-Петербург: Изд-во Санкт-Петербургского национального исследовательского ун-та информационных технологий, механики и оптики, 2015. 33 с. / Dzino A.A., Malyshev A.A., Malinina O.S. Tests of a vapor compression heat pump: Learning aids. St. Petersburg: Publishing house of the St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2015. 33 p.
Принцип работы ПКТН: в испарителе рабочее вещество кипит при давлении ро, значение которого определяется заданной температурой низкопотенциального источника теплоты tw4 (холодная сторона ПКТН) (процесс 5 - 6). В процессе кипения рабочего вещества происходит отбор теплоты от источника низкопотенциальной теплоты. Затем, при движении пара во всасывающем тракте, пар перегревается (процесс 6 - 1) при одновременном снижении давления от ро до рвс. В состоянии 1 (при давлении рвс) пар поступает во внутренние полости электродвигателя герметичного спирального компрессора, где он перегревается до состояния 1' за счет явной теплоты, выделяемой электродвигателем (процесс 1 - 1'). Затем перегретый пар поступает в окно всасывания компрессора, далее происходит процесс сжатия перегретого пара до состояния 2 - до давления нагнетания компрессора рн (процесс 1' - 2). При движении пара по нагнетательному трубопроводу, вследствие несовершенства изоляции и осуществлении теплообмена с окружающей средой, происходит охлаждение пара рабочего вещества и по-
нижение давления до давления конденсации рк (процесс 2 - 2'). Далее сжатый пар поступает в конденсатор ПКТН, где происходит отвод теплоты от рабочего вещества при давлении рк и температуре Ы (процесс 2' - 3). Теплота, отведенная от рабочего вещества в конденсаторе ПКТН к воде на теплой стороне ПКТН является теплопро-изводительностью ПКТН, Оотв. Далее, при движении рабочего вещества от конденсатора до терморегулирующего вентиля, рабочее вещество охлаждается за счет теплообмена с окружающей средой (процесс 3 - 4). Затем происходит дросселирование рабочего вещества, в ходе которого рабочее вещество вновь поступает в испаритель и цикл завершается (процесс 4 - 5). Нагреваемая в конденсаторе вода циркуляционным насосом перемещается через счетчик воды к потребителю теплоты, к воздухонагревателю, в котором происходит теплообмен между протекающей через него горячей водой и проходящим через него воздухом. В воздухонагревателе воздух нагревается от до tL2. Далее охлажденная воздухом вода поступает обратно в бак горячей воды.
Метод исследования
Эксплуатационные характеристики ПКТН получены на основании постановки физического эксперимента. Испытания и регистрация значений проводились при установившемся режиме работы, а именно: при постоянных значениях давления конденсации и кипения рабочего вещества, а также температуры источника низкопотенциальной теплоты. Отметим, что режим работы определяется температурным уровнем бака холодной воды.
В период проведения эксперимента работа элементов ПКТН контролировалась визуальным наблюдением показаний контрольно-измерительных приборов. Регистрировались следующие параметры работы ПКТН:
параметры рабочего вещества: - давление кипения ро; давление конденсации рк;
- давление всасывания рвс; давление нагнетания рн;
- температура пара на входе в компрессор
- температура пара на выходе из компрессора t2;
- температура жидкости на выходе из конденсатора t3;
- температура жидкости перед ТРВ t4; температура пара на выходе из испарителя t6;
параметры воды на теплой стороне:
- температура воды на входе в конденсатор tw1;
- температура воды на выходе из конденсатора tw2;
- температура воды на выходе из воздухонагревателя tw3;
параметры воды на холодной сто-
роне:
- температура воды в баке холодной воды ^4;
параметры воздушной среды:
- температура воздуха на входе в воздухонагреватель ;
- температура воздуха на выходе из воздухонагревателя ^2;
- расход воздуха, проходящего через воздухонагреватель VL;
- температура воздуха в помещении
tв;
параметры потребляемой мощности:
- мощность, потреблённая компрессорами Nк;
- мощность, потреблённая ТЭНами
NТЭН,
Применяемые методы обработки
а также период времени между регистра-циями значений tt и барометрическое давление В.
На каждом температурном уровне бака холодной воды проводилось три измерения. После регистрации значений параметров осуществлялся переход на другой температурный уровень. Допустимое отклонение температуры рабочего вещества, а также воды на теплой и холодной сторонах ПКТН в контрольно-измерительных точках принимался в пределах ±1°С.
На основании полученных значений определялись параметры в узловых точках с помощью программного комплекса CoolPack 1.46.
результатов эксперимента
Основные расчетные зависимости приняты в соответствии с данными испытаний, проведенных учеными Санкт-Петербургского национального исследовательского ун-та информационных техноло-
^ 4
гий, механики и оптики4.
Энергетическая ПКТН характеризуется преобразования энергии:
эффективность коэффициентом
сор = ,
N к
(2)
где @вн. - полезная теплота, отдаваемая ПКТН потребителю, Вт; - мощность компрессора в тепловом эквиваленте, затраченная на привод компрессора, Вт.
Полезная теплота Qвн в свою очередь рассчитывается как
_ СХСВХД£ = 3600 '
(3)
где С - расход воздуха через воздухонагреватель, кг/ч; св - теплоемкость воздуха, Дж/(кг-°С); Д£ - разница температуры воздуха на входе и выходе из воздухонагревателя, °С.
Коэффициент преобразования идеального парокомпрессорного цикла Карно COPИД [5, 6] находим по формуле:
(4)
сорид = гт
A к An
где Тк и Т0 - температуры конденсации и кипения рабочего вещества, соответственно, К.
Отметим, что коэффициент преобразования - это наиболее важный параметр при оценке эффективности теплового насоса.
Результаты и их обсуждения
В результате проведенных физических экспериментов были получены параметры работы экспериментального стенда ПКТН. Во всех приведенных ниже таблицах данные представлены в зависимости от температуры источника низкопотенциальной теплоты tw4. Выбор температур источ-
ника низкопотенциальной теплоты основывался на накопленном материале по климату в различных регионах России и СССР [7-12].
В табл. 1 представлены параметры воды, зарегистрированные на теплой стороне ПКТН.
m Энергетика
M PowerEngineering
Таблица 1
Зарегистрированные параметры воды на теплой стороне ПКТН
Table 1
_Registered parameters of water on the warm side of VCHP_
Показатель / Index Обозн. / Symbol Температура источника низкопотенциальной теплоты, tw4 / Low grade heat source temperature, °C
-0,9 -0,2 1,0 2,0 3,0 4,1 5,1 6,2 7,1 8,9 10,6
Температура на входе в конденсатор / Condenser inlet temperature, °C tw1 36,6 36,7 36,5 34,4 34,8 35,9 37,2 37,7 36,7 34,1 31,7
Температура на выходе из конденсатора / Condenser outlet temperature, °C tw2 47,3 46,8 47,9 47,5 47,3 46,6 46,6 46,4 45,5 45,7 43,8
Температура на выходе из воздухонагревателя / Heater outlet temperature , °C tw3 36,1 36,4 36,6 36,0 35,3 36,5 37,6 37,1 36,4 34,2 32,7
В табл. 2 представлены зарегистри- прошедшего тепловую обработку в нагре-рованные параметры воздушной среды в вателе (фанкоиле) ПКТН. помещении, а также параметры воздуха,
Таблица 2
Зарегистрированные параметры воздушной среды
Table 2
_Registered parameters of air environment_
Показатель / Index Обозн. / Symbol Температура источника низкопотенциальной теплоты, tw4 / Low grade heat source temperature, °C
-0,9 -0,2 1,0 2,0 3,0 4,1 5,1 6,2 7,1 8,9 10,6
Температура на входе в воздухонагреватель / Heater inlet temperature, °C tL1 22,0 22,0 22,0 21,5 20,7 21,0 21,0 22,0 20,8 18,5 16,8
Температура на выходе из воздухонагревателя / Heater outlet temperature, °C tL2 38,3 38,3 38,8 38,4 37,6 38,4 39,2 37,8 37,0 35,1 33,7
Расход воздуха, проходящего через воздухонагреватель (фанкоил), кг/ч / Air flow through the air heater (fan coil), kg/h G 925 925 925 925 925 925 925 1306 1306 1306 1306
Температура воздуха в помещении / Ambient temperature, °C tв 25,0 25,0 25,0 24,0 22,0 21,5 22,0 22,0 22,0 21,0 20,0
На основании зарегистрированных данных физических экспериментов были рассчитаны параметры, характеризующие производительность ПКТН: QВ.Н., СОР, СОРИД, Ш, NТЭН (табл. 3). Анализируя эти данные, необходимо вспомнить, что в 2008 г. Европейским парламентом принята Директива по использованию возобновляемых источников энергии (Directive on the Use of Renewable Energy Sources), где указано, что не допускается использование тепловых насосов, у которых коэффициент трансформации ниже 2,875. Исследуемый тепловой насос полностью удовлетворяет
данным требованиям.
На основании данных, представленных в табл. 1-3, построены графики зависимости рабочих параметров ПКТН от температуры источника низкопотенциальной теплоты tw4.
На рис. 3 представлен график изменения температур t2, t3, t4, t5. Из графика видно, что повышение температуры tw4 приводит к повышению температур И и t5, а также к снижению t2. Сокращение разницы температур положительно отражается на производительности ПКТН. Температуры t3 и М изменяются незначительно.
Таблица 3
Параметры производительности ПКТН
Table 3
_VCHP performance parameters_
Показатель / Index Обозн. / Symbol Температура источника низкопотенциальной теплоты, tw4 / Low grade heat source temperature, °C
-0,9 -0,2 1,0 2,0 3,0 4,1 5,1 6,2 7,1 8,9 10,6
Мощность, потребленная электрическими нагревателями для поддержания температуры tw4, Вт / Power consumed by electric heaters to maintain temperature tw4, W NТЭН 1990 2000 2040 2360 2500 2660 2840 2960 2880 3220 3770
Потреблённая электрическая мощность компрессора, Вт / Electric power consumed by the compressor, W Ш 1440 1450 1450 1450 1420 1440 1440 1520 1480 1450 1430
Полезная теплота (теплопроизводительность воздухонагревателя), Вт / Useful heat (heater performance), W ОВ.Н. 4201 4208 4396 4363 4363 4500 4685 5744 5908 6063 6163
Коэффициент преобразования/ Conversion ratio COP 2,92 2,90 3,03 3,01 3,07 3,13 3,25 3,78 3,99 4,18 4,31
Коэффициент преобразования идеального цикла / Ideal Carnot's conversion ratio СОРИД 5,70 5,78 5,82 5,96 5,99 6,10 6,18 6,28 6,42 6,66 7,05
90,0 80,0
О 70,0
й 60,0 %
Ц 50,0
I
н 40,0 I 30,0 с 20,0 Н 10,0 0,0 -10,0
-2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0
Температура источника низкопотенциальной теплоты / Temperature of low grade heat source, °С
Рис. 3. График зависимости контролируемых параметров температуры рабочего вещества от температуры источника низкопотенциальной теплоты tw4 Fig. 3. Graph of working fluid temperature controlled parameters dependence as a function of the low grade
heat source temperature tw4
На рис. 4 представлен график зависимости электроэнергии, потребляемой компрессором (Мк) на перемещение рабочего вещества (Р134а) в контуре стенда, а также количество электроэнергии, потребляемое ТЭНами (МТЭН), теплота которых расходуется на поддержание заданного температурного уровня бака холодной воды, в зависимости от температуры источника низкопотенциальной теплоты №4. Иными словами, имитирован годовой ход температуры компонента гидросферы, принимаемого в качестве источника низкопотенциальной теплоты. Из данных графиков видно, что изменение температуры №4 имеет незначительное влияние на значение потребляемой компрессором мощности. Кривую, отражающую потребление электрической энергии ТЭНами (изменение температуры 1№4 в диапазоне), можно разделить на три участка:
участок 1 - от -0,9 до +1,0 °С;
участок 2 - от +1,0 до +8,9 °С; участок 3 - от +8,9 до +10,6 °С. Наибольший интерес представляют участок 2, а также точки излома кривой МТЭН, ограничивающие данный участок; на данном участке наблюдается резкое увеличение количества теплоты, отбираемой у источника низкопотенциальной теплоты.
На рис. 5 представлены график изменения получаемой полезной теплоты и расхода воздуха через воздухонагреватель.
На рис. 6 представлен график изменения значения коэффициента преобразования СОР. Из графиков видно, что имеет место резкий рост производительности ПКТН, который наблюдается в интервале температур от 5,0 до 7,0°С, что в свою очередь позволяет увеличить расход воздуха, проходящего через воздухонагреватель, с 925 до 1306 кг/ч.
§
н И
е
о
ас
3 °
0 Й
? £
о
« о
° -S3
й -S
Е о & -й
К <о
81
1 2
S О
S о
4 ю <а
Э1
о С
4000 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200
-2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0
Температура источника низккопотенциальной теплоты / Temperature of low grade heat source, °С
Рис. 4. График зависимости электрической мощности, потребляемой компрессором и электрическими ТЭНами, от температуры источника низкопотенциальной теплоты tw4 Fig. 4. Graph of the electric power consumed by the compressor and electric heaters dependence as a function of the low grade heat source temperature tw4
/*
/
▲ Nk ^Ттэн ж /
a-▲ -1 i-1 i---J д- -a -a
т
03
a £
m , СУ л „ m
g a
о ^ В ев
С <U О -С
£
е л о
С
6400 6200 6000 5800 5600 5400 5 200 5000 4800 4600 4400 4200 4000
P —▲ —▲ -
r
/
QE Ш. /
G /
I
-
>- r- I
▲—▲ —u A- i
1300
1200 §
1400
1100
1000
900
з
е р
0 ^ чч
S3 ^
1 О
св Л
'св D
о
«
ч о
и
с а
Рч
л
ад
£
й ^ « оо-^
<D Й г
b «
5 ев
й й
6 ев
R <44
й О § «
св
О Ё
-2,0-1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,011,012,0
Температура источника низкопотенциальной теплоты / Temperature of low grade heat source, °С Рис. 5. График зависимости контролируемых параметров получаемой полезной теплоты и расход воздуха через воздухонагреватель в зависимости от температуры источника низкопотенциальной теплоты tw4 - отопительная характеристика теплового насоса Fig. 5. Graph of controlled parameters of obtained useful heat And air flow rate passing through the heater dependene as a function of the low grade heat source temperature,
tw4
4,50 4,25 4,00
^ В 3,75
P a, О 5: ^ 3,50
3,25 3,00 2,75
2,50
-2,0 -1,0 0,0
1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 Температура источника низккопотенциальной теплоты /
Temperature of low grade heat source, °С Рис. 6. График зависимости СОР от температуры источника низкопотенциальной теплоты tw4 Fig. 6. Graph of HPCC dependence as a function of the low grade heat source temperature tw4
Заключение
При сопоставлении полученной в результате имитационного эксперимента характеристики теплового насоса с данными о гидро-, метеоусловиях прибрежной зоны морей, которые представлены в «Единой государственной системе информации об обстановке в мировом океане» [13], можно сделать следующий вывод: применение ПКТН с принятыми исходными условиями в качестве основной или дополнительной (резервной) энергетической установки для отопления помещений возможно на всей территории страны. Однако ввиду того что температура источника низкопотенциальной теплоты непостоянна в течении года, а значительное увеличение отдаваемой полезной теплоты происходит
при температуре источника низкопотенциальной теплоты свыше 5,0°С (рис. 5, 6), использование парокомпрессионных тепловых насосов в исследуемом диапазоне температур весьма целесообразно в южных регионах России. Как отмечается авторами работы [3], тепловой насос может работать посезонно, то есть как на отопление, так и на охлаждение здания. С помощью теплового насоса возможно осуществлять нагрев воды для хозяйственно-бытовых нужд (горячее водоснабжение, отопление, подогрева воды в бассейне и т.п.), что также весьма актуально при развитии туристического бизнеса для обеспечения комфортного проживания туристов.
Библиографический список
1. Мировая энергетика: прогноз развития до 2020 г. / пер. с англ. под ред. Ю.Н. Старшинова. М.: Энергия, 1980. 256 с.
2. Мазур В.А. Тепловые насосы - шаг в будущее столетие // Холодильная техника и технология. 2012. № 57. С. 19-22.
3. Подскребкин А.Д., Дягелев В.Ф., Полищук С.Т. Опыт использования тепловых насосов в мире и в России // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и техниче-
ские науки. 2016. № 4. С. 15-21.
4. Шуравина Д.М., Фокина Н.Б., Аверьянова О.В. Парокомпрессионные тепловые насосы как энергоэффективные устройства // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2013. № 10 (15). С. 62-76.
5. Ильин Р.А., Ильин А.К. Новый подход к оценке эффективности тепловых насосов // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2010.
№ 2. С. 83-87.
6. Овсянник А.В., Трошев Д.С. Оценка энергетической эффективности тепловых насосов в системах индивидуального теплоснабжения по годовому расходу условного топлива // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. 2012. № 4. С. 66-72.
7. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Ч. 1-6. Вып. 2. Мурманская область. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 12 с.
8. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Ч. 1-6. Вып. 25. Хабаровский край и Амурская область. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 12 с.
9. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Ч. 1-6. Вып. 28. Калужская, Тульская, Тамбовская, Брянская, Липецкая, Орловская, Курская, Воронежская, Белгородская области. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 29 с.
10. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Ч. 1-6. Вып.
3. Карельская АССР, Ленинградская, Новгородская, Псковская, Калининская и Смоленская области. Л: Гидрометеоиздат, 1990. 15 с.
11. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Ч. 1-6. Вып. 8. Москва и Московская область. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 31 с.
12. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Ч. 1-6. Вып.
13. Волгоградская, Ростовская, Астраханская области, Краснодарский, Ставропольский края, Калмыцкая, Кабардино-Балкарская, Чечено-Ингушская, Се-веро-Осетинская АССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 724 с.
13. Климат морей России [Электронный ресурс] // Портал Единой государственной системы информации об обстановке в мировом океане. URL: http://portal.esimo.ru/portal/portal/esimo-user/services/climate;jsessionid=299DF6C86A8DBD5F E39FFCEB41EE70D4 (10.03.2017).
References
1. Mirovaya energetika: prognoz razvitiya do 2020 g. [World power industry: development forecast for the period up to 2020]. Moscow, Energiya Publ., 1980, 256 p. (In Russian)
2. Mazur V.A. Teplovye nasosy - shag v budushchee stoletie [Heat pumps - step into the future century]. Kholodil'naya tekhnika i tekhnologiya [Refrigeration equipment and technology]. 2012, no. 57, pp. 19-22. (In Russian)
3. Podskrebkin A.D., Dyagelev V.F., Polishchuk S.T. Opyt ispol'zovaniya teplovykh nasosov v mire i v Rossii [Experience in the use of heat pumps in the world and in Russia]. Sovremennaya nauka: aktual'nye problemy teorii i praktiki. Seriya: Estestvennye i tekhnicheskie nauki [Modern science: actual problems of theory and practice. Series "Natural and technical sciences"]. 2016, no. 4, pp. 15-21. (In Russian)
4. Shuravina D.M., Fokina N.B., Aver'yanova O.V. Parokompressionnye teplovye nasosy kak energoeffek-tivnye ustroistva [Compression heat pumps as energy efficient devices]. Stroitel'stvo unikal'nykh zdanii i sooruzhenii [Construction of unique buildings and structures]. 2013, no. 10 (15), pp. 62-76. (In Russian)
5. Il'in R.A., Il'in A.K. Novyi podkhod k otsenke effek-tivnosti teplovykh nasosov [New approach to the estimation of heat pumps efficiency]. Vestnik Astra-khanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universi-teta. Seriya: Morskaya tekhnika i tekhnologiya [Bulletin of Astrakhan State Technical University. Series: Marine equipment and technology]. 2010, no. 2, pp. 83-87. (In Russian)
6. Ovsyannik A.V., Troshev D.S. Otsenka energetich-eskoi effektivnosti teplovykh nasosov v sistemakh indi-vidual'nogo teplosnabzheniya po godovomu raskhodu uslovnogo topliva [Estimation of heat pump energy efficiency in individual heat supply systems based on
the annual consumption of conventional fuel]. Vestnik Gomel'skogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo uni-versiteta im. P.O. Sukhogo [Bulletin of Sukhoi State Technical University of Gomel]. 2012, no 4, pp. 66-72. (In Russian)
7. Nauchno-prikladnoi spravochnik po klimatu SSSR. Seriya 3. Mnogoletnie dannye. Part 1-6, issue 2. Murmanskaya oblast' [Scientific and Applied Reference Book on the Climate of the USSR. Series 3. Long-term data. Part 1-6. Issue. 2. Murmansk region]. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1988, 12 p. (In Russian)
8. Nauchno-prikladnoi spravochnik po klimatu SSSR. Seriya 3. Mnogoletnie dannye. Part 1-6, issue 25. Kha-barovskii krai i Amurskaya oblast' [Scientific and Applied Reference Book on the Climate of the USSR. Series 3. Long-term data. Part 1-6. Issue. 25. Khabarovsk Territory and the Amur Region]. Leningrad, Gidromete-oizdat Publ., 1988, 12 p. (In Russian)
9. Nauchno-prikladnoi spravochnik po klimatu SSSR. Seriya 3. Mnogoletnie dannye. Part 1-6, issue 28. Ka-luzhskaya, Tul'skaya, Tambovskaya, Bryanskaya, Li-petskaya, Orlovskaya, Kurskaya, Voro-nezhskaya, Bel-gorodskaya oblasti [Scientific and Applied Reference Book on the Climate of the USSR. Series 3. Long-term data. Part 1-6. Issue. 28. Kaluga, Tula, Tambov, Bryansk, Lipetsk, Orel, Kursk, Voronezh, Belgorod regions]. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1988, 29 p. (In Russian)
10. Nauchno-prikladnoi spravochnik po klimatu SSSR. Seriya 3. Mnogoletnie dannye. Part 1 -6, issue 3. Ka-rel'skaya ASSR, Leningradskaya, Novgorodskaya, Pskovskaya, Kalininskaya i Smo-lenskaya oblasti [Scientific and Applied Reference Book on the Climate of the USSR. Series 3. Long-term data. Part 1-6. Issue. 3. Karelian ASSR, Leningrad, Novgorod, Pskov, Kalinin and Smolensk regions]. Leningrad, Gidrometeoizdat
Publ., 1990, 15 p. (In Russian)
11. Nauchno-prikladnoi spravochnik po klimatu SSSR. Seriya 3. Mnogoletnie dannye. Part 1-6, issue 8. Moskva i Moskovskaya oblast' [Scientific and Applied Reference Book on the Climate of the USSR. Series 3. Long-term data. Part 1-6. Issue. 8. Moscow and Moscow region]. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1990, 31 p. (In Russian)
12. Nauchno-prikladnoi spravochnik po klimatu SSSR. Seriya 3. Mnogoletnie dannye. Part 1-6, issue 13. Vol-gogradskaya, Rostovskaya, Astrakhanskaya oblasti, Krasnodarskii, Stavropol'skii kraya, Kalmytskaya, Ka-bardino-Balkarskaya, Checheno-lngushskaya, Severo-Osetinskaya ASSR [Scientific and Applied Reference
Критерии авторства
Авторы заявляют о равном участии в получении и оформлении научных результатов и в равной мере несут ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 31.05.2017 г.
Book on the Climate of the USSR. Series 3. Long-term data. Part 1-6. Issue 13. Volgograd, Rostov, Astrakhan regions, Krasnodar, Stavropol territory, Kalmyk, Kabardino-Balkaria, Chechen-Ingush, North Ossetian ASSR]. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1990, 724 p. (In Russian)
13. Klimat morei Rossii. Portal Edinoi gosudarstvennoi sistemy informatsii ob obstanovke v mirovom okeane [Climate of Russian seas]. Available at: http://portal.esimo.ru/portal/portal/esimo-us-
er/services/climate;jsessionid=299DF6C86A8DBD5FE3 9FFCEB41EE70D4 (accessed 10 March 2017).
Authorship criteria
The authors declare equal participation in obtaining and formalization of scientific results and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
The article was received 31 May 2017
