CC BY
48
УДК 697.38
В. В. ИНЧИН, Е. Н. МЕНЯЛКИНА, В. Ю. ШЕЙНА, А. А. ЦЫНАЕВА
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА ПОМЕЩЕНИЯ ПРИ РАБОТЕ СПЛИТ-СИСТЕМЫ В РЕЖИМЕ ТЕПЛОВОГО НАСОСА
Проведены экспериментальные исследования, целью которых было исследование работы сплит-системы в осенне-весенний период в режиме теплового насоса. В процессе выполнения работы зафиксирована температура помещения в разных точках с помощью пирометра, дополнительно оснащённого термопарой. Измерения проводилась при условии отсутствия или наличия теплового насоса, осуществляющего прогрев воздуха в помещении от низкопотенциального источника теплоты (воздух окружающей среды). По окончании эксперимента были вычислены средние значения измеренных величин, построены графики распределения температуры в комнате по высоте. В ходе исследования выявлено влияние на температурное поле помещения работы сплит-системы в качестве теплового насоса, использующего теплоту окружающей среды.
Ключевые слова: тепловой насос, помещение, температура, термопара, пирометр.
Сплит-система - система кондиционирования воздуха, состоящая из двух блоков (внешнего и внутреннего). Сферой применения сплит-систем являются системы обеспечения параметров микроклимата в помещениях [1, 2].
Основные элементы сплит-систем (внешний и внутренний блоки) соединяются между собой медными трубками с теплоизоляцией, в которых перемещается рабочее тело (охладитель-фреон). Кроме того, эти элементы соединены электрическим кабелем. То есть в сплит-системе работает низкотемпературное рабочее тело, а сама система служит для перемещения тепловой энергии из помещения в окружающую среду или из окружающей среды в помещение. Таким образом, сплит-система может работать как в режиме охлаждения, так и подогрева (в осенний и весенний периоды) воздуха помещения [3]. На рис. 1 представлена принципиальная схема, поясняющая конструкцию и принцип действия сплит-системы, работающей в режиме подогрева [3].
По области применения сплит-системы подразделяются три вида: бытовые (устанавливаются в жилых и общественных зданиях), полупромышленные (в промышленных и общественных зданиях), промышленные (в промышленных зданиях). Область применения сплит-систем во многом определяет их качественно-количественные характеристики, а также влияет на дизайн этих установок.
По типу внутреннего блока системы делятся на настенные; напольно-потолочные; кассетные; канальные; колонные. При этом внешние блоки
© Инчин В, В., Менялкина Е. Н., Шейна В. Ю., Цынаева А. А., 2015
могут иметь одинаковое исполнение [3]. Принципиальная схема сплит-системы, работающей в режиме теплового насоса, показана на рис. 1.
1
2
Рис. 1. Принципиальная схема, поясняющая работу сплит-системы в режиме теплового насоса: 1 - газообразный фреон; 2 - жидкий фреон;
3 - компрессор; 4 - конденсатор; 5 - радиатор;
6 - испаритель; 7 - регулятор; 8 - вентилятор
Внутренний блок сплит-системы состоит из:
- радиатора (испаряет фреон);
- регулятора потока (управляет давлением фреона в системе);
- вентилятора (интенсифицирует охлаждение радиатора воздушным потоком).
Внешний блок сплит-системы включает в себя:
- компрессор (обеспечивает циркуляцию и увеличение давления фреона в системе);
- вентилятор (создаёт принудительное движение охлаждающего радиатор воздушного потока);
- радиатор (конденсатор фреона).
При использовании сплит-системы, работающей в режиме обогрева помещения, на её эксплуатацию накладываются некоторые ограничения. Это связано с тем, что при таком режиме работы система действует как тепловой насос, передающий тепловой поток от низкопотенциального источника к объекту с более высокими параметрами. В этой связи температура наружного воздуха должна быть достаточна для кипения рабочего тела (фреона) в трубках радиатора внешнего блока. Температура кипения определяется составом рабочего тела (фреона) и может изменятся в широком диапазоне (от +24 до -160оС). В бытовых и промышленно-бытовых сплит-системах применяется фреон с достаточно высокой температурой кипения. Таким образом, данное условие выполняется. Однако для стабильной и безопасной работы сплит-системы требуется предотвратить замерзание образующегося из воздуха окружающей среды на поверхностях внешнего блока конденсата. Кроме того, использование сплит-системы в режиме теплового насоса при сильно отрицательных температурах приводит к работе компрессора на нерасчётных режимах с повышенной нагрузкой, а это ведёт привести к поломке компрессора. При низких уличных температурах (ниже минус 5 градусов) работа сплит-системы в режиме теплового насоса запрещена [1, 2, 3]. Анализ эффективности городской инфраструктуры показал, что состояние тепловых сетей во многом является неудовлетворительным, так как многие из них требуют ремонта [4]. Поэтому предлагается рассмотреть возможность использования для
систем обеспечения микроклимата [5, 6, 7, 8, 9, 10] тепловых насосов [1, 11, 12]. Следует рассмотреть также возможность использования тепловых насосов [1, 11], работающих от теплоты воздуха окружающей среды. Это рационально для осенне-весеннего климатических периодов, так как в этом случае температура окружающей среды может быть достаточной для эффективной работы тепловых насосов.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Последовательность проведения экспериментальных исследований:
1. Были проведены измерения температуры воздуха в помещении на высотах 0, 1, 2 м с помощью пирометра с термопарой при выключенной сплит-системы. Построены поля распределения температуры в зависимости от высоты (рис. 2 - 4).
2. Была включена сплит-система в режиме подогрева (теплового насоса) с расчётной температурой теплоносителя 30оС на выходе из установки.
3. Повторно проведены измерения температуры, как и в п. 1, при условии, что сплит-система включена, построены поля распределения температур в зависимости от высоты (рис. 5-7).
4. Измерена температура наружного воздуха для определения параметров работы теплового насоса.
Графики распределения температуры в помещении построены для высоты 0 , 1 , 2 м над уровнем пола помещения.
Рис. 2. Распределение температуры на высоте 0 м от пола помещения до включения теплового насоса
■ 20-22 ■ 22-24 ■ 24-26 ■ 26-28 ■ 28-30
Рис. 3. Распределение температуры на высоте 1 м от пола помещения до включения теплового насоса
■ 20-22 ■ 22-24 ■ 24-26 ■ 26-28 ■ 28-30
Рис. 4. Распределение температуры на высоте 2 м от пола помещения до включения теплового насоса
Рис. 5. Распределение температуры на высоте 0 м от пола после нагрева помещения тепловым насосом
■ 20-22 ■ 22-24 «24-26 ■ 26-28 ■ 28-30
Рис. 6. Распределение температуры на высоте 1 м пола после нагрева помещения тепловым насосом
■ 20-22 ■ 22-24 ■ 24-26 ■ 26-28 ■ 28-30
Рис. 7. Распределение температуры на высоте 2 м пола после нагрева помещения тепловым насосом
По окончании эксперимента, проанализировав построенные поля температур (рис. 2-7), выявлено общее повышение температуры в помещении, в особенности в зоне выхода горячего воздуха из сплит-системы. В среднем температура воздуха в помещении повысилась на 1,67оС.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Следует отметить, что применение тепловых насосов может быть оправдано и целесообразно даже для суровых климатических условий. Однако применение теплового насоса, использующего теплоту окружающей среды, ограничивается достаточно высокими температурами наруж-
ного воздуха (выше минус 5 оС), но может быть целесообразно для осеннего или весеннего периодов года.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лабораторный практикум: метод. указания к выполнению лабораторных работ / А. А. Цы-наева, Е. А. Цынаева, Д. Л. Жуховицкий. — Самара : Самарский гос. арх.-строит. ун-т, 2013.94 с.
2. Коляда В. В. Кондиционеры. Принципы работы, монтаж, установка, эксплуатация: Рекомендации по ремонту. - М. : СОЛОН-Пресс, 2002. - 240 с.
3. Как устроена и работает сплит-система. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.mklimat.Su/publications/ru-ru/5 . - Как устроена и работает сплит-система. - (дата обращения: 15.01.15).
4. Цынаева А. А. Экономика городской инфраструктуры Самары: состояние и проблемы / А. А. Цынаева, А. А. Визгалина, М. Н. Никитин // Экономические аспекты управления строительным комплексом в современных условиях. Сборник материалов II Международной (очной) научно-практической конференции; Самарский государственный архитектурно-строительный университет; Кыргызский государственный университет строительства, транспорта и архитектуры им. Н. Исанова; Люблинский католический университет имени Иоанна Павла II. - Самара, 2014.- С. 51-58.
5. Пат. 2340834 С1 Российская Федерация, МПК8 Б24Б 3/00, 005Б 23/00. Способ выбора места установки регулирующего устройства в автоматизированных системах управления отоплением / А.А. Цынаева, Н. Н. Ковальногов, Е. А. Цынаева; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Ульяновский государственный технический университет. - №2007117218/28; заявл. 08.05.07; опубл. 10.12.08., Бюл. №34. - 7 с.
6. Ковальногов Н. Н., Цынаева, Е. А. Влияние параметров температурного графика центрального регулирования отпуска теплоты на эффективность использования автоматизированных систем управления теплопотреблением // Вестник УлГТУ. - 2007.- №1 (37). - С. 55-58.
7. Ковальногов Н. Н., Цынаева Е. А. Автоматизированная система управления теплопотреб-лением общежитий УлГТУ // Вестник УлГТУ. -2006. - № 1(33). - С. 56-59.
8. Цынаева, Е. А., Цынаева А. А. Численное моделирование динамических режимов эксплуатации систем оптимизации теплопотребления зданий //Инновационные пути модернизации базовых отраслей промышленности, энерго- и ресурсосбережение, охрана окружающей природной среды: сборник трудов I Межотраслевой научно-практической конференции молодых учёных и специалистов, 27-28 марта 2012 г., г. Харьков / УкрГНТЦ «Энергосталь». - Харьков, 2012. - С. 245-247.
9. Пат. 2509959 С1 Российская Федерация, МПК Р24Б 3/00. Система обеспечения микроклимата / А. А. Цынаева, В. Н. Ковальногов, Е. В. Школин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Ульяновский государственный технический университет. - №2012137320/12; заявл. 31.08.12; опубл. 20.03.14., Бюл. №8. - 6 с.
10. Пат. 2519907 C2 Российская Федерация, МПК F24F 5/00. Система обеспечения микроклимата / А. А. Цынаева, В. Н. Ковальногов, Е. В. Школин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Ульяновский государственный технический университет. - №2012137321/12; заявл. 31.08.12; опубл. 20.06.14., Бюл. № 7. - 6 с.
11. Жуховицкий Д. Л. Сборник задач по технической термодинамике : учебное пособие / 2-е изд. - Ульяновск : УлГТУ, 2004. - 98 с.
12. Healy, P. F., Ugursal, V. I. Performance and economic feasibility of ground source heat pumps in cold climate [Электронный ресурс] / P. F. Healy, V. I. Ugursal // International Journal of Energy Research.- 1997.- august. - Режим доступа: http://www.onlinelibrary.wiley.com. - (дата обращения: 15.01.15).
Благодарности: коллектив авторов благодарит студентов (Астафьева Р. А., Клочкова А. В., Курова И. Ю., Марченко Д. А.) гр. Т-13 факультета Инженерных систем и природоохранного строительства ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» за участие в проведении экспериментальных исследований.
Цынаева Анна Александровна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплогазо-снабжение и вентиляция» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет», доцент кафедры «Тепловые электрические станции» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет». Имеет статьи, патенты и учебные пособия в области теплоэнергетики, теплотехники и математического моделирования. Инчин В. В., студент гр. Т-13 ФГБОУ ВПО «Самарский архитектурно-строительный университет», область научных интересов - теплотехника, системы теплогазоснабжения и вентиляции.
Менялкина Е.Н., студентка гр. Т-13 ФГБОУ ВПО «Самарский архитектурно-строительный университет», область научных интересов -теплотехника, системы теплогазоснабжения и вентиляции.
Шейна В.Ю., студентка гр. Т-13 ФГБОУ ВПО «Самарский архитектурно-строительный университет», область научных интересов - теплотехника, системы теплогазоснабжения и вентиляции.
Поступила 28.01.2015 г.
