CC BY
84
ВЕСТНИК 7/2011
МОДЕРНИЗИРОВАННАЯ СХЕМА ТЕПЛОНАСОСНОЙ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЖИЛОГО ЗДАНИЯ
THE MODERNIZED HEAT PUMP SYSTEM SCHEME OF THE HEAT SUPPLY IN THE RESIDENTIAL BUILDING
A. И. Бурков, A.A. Гришков A. Burkov. A. Grishkov
Пермский НИПУ
В статье произведен анализ структуры и параметров работы модернизированной установки теплоснабжения с применением теплового насоса. Приведены основные критерии, влияющие на энергоэффективностъ установки.
In article the analysis of a structure and parameters of modernized heat supply installation using the heatpump is made. The basic criteria, which influence on the power efficiency of installation are resulted.
Режим работы теплонаносной системы теплоснабжения (ТСТ), работающей по традиционной схеме, не позволяет регулировать температуру теплоносителя на выходе из конденсатора теплового насоса. Когда температура наружного воздуха выше расчетной, к перегретому теплоносителю в подающий трубопровод системы отопления подмешивается теплоноситель из обратного. В этом случае эффективность работы системы может быть повышена путем переменного расхода теплоносителя через конденсатор теплового насоса. Снижение температуры теплоносителя осуществляется повышением его расхода через конденсатор.
За весь отопительный сезон расчетная температура теплоносителя в подающей линии требуется лишь в течение нескольких часов или суток. В связи с этим целесообразно использовать бивалентную систему теплоснабжения. Бивалентный режим работы заключается в догреве теплоносителя вторичного контура, к которому относятся система отопления и горячего водоснабжения (ГВС), дополнительным источником теплоты при температуре наружного воздуха ниже установленного значения (температуры бивалентности).
Предлагается модернизированная схема ТСТ жилого здания (рис. 1). В результате анализа полученных аналитических зависимостей, определяющих режимные характеристики системы напольного отопления и горячего водоснабжения и их изменение от температуры наружного воздуха, установлено, что с ростом температуры наружного воздуха изменение температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах системы отопления для традиционной и модернизированной схем происходит одинаково. Однако при модернизированной схеме значительно повышается действительный коэффициент преобразования теплового насоса.
Работа теплового насоса на контур системы отопления и горячего водоснабжения производится поочередно, при этом приоритетным является обеспечение требуемой тепловой нагрузки на систему отопления. В случае снижения температуры теплоносителя в буферной емкости системы отопления при работе на контур ГВС, кон-
7/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
троллер по сигналу с датчика переключает тепловой насос на контур отопления. При этом догрев воды в системе ГВС до требуемой температуры производится дополнительным нагревателем.
Рис.1. Схема теплонасосной системы теплоснабжения: 1 - тепловой насос; 2 -первичный контур; 3 - распределительный контур; 4 - контур системы напольного отопления; 5 - контур системы ГВС; 6 - контроллер; 7 - буферная емкость; 8 - бак-аккумулятор; 9 - трехходовой клапан; 10 - распределительный насос; 11, 12, 13 - циркуляционные насосы; 14 - 21 - датчики температуры теплоносителя; 22, 23 - датчики температуры воздуха; 24 - реле давления; 25, 26 - дополнительные нагреватели
Предлагаемая схема позволяет регулировать температуру теплоносителя в распределительном контуре теплонасосной системы теплоснабжения и может повысить эффективность работы системы, а также снизить номинальную мощность теплового насоса с помощью его поочередной работы на контур отопления и горячего водоснабжения.
Задачей исследования явилось определение влияния режимных и технологических характеристик ТСТ на энергопотребление системой, а также установление рациональных значений режимных факторов. При исследовании были применены: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, натурные исследования и обработка экспериментальных данных.
Для исследования энергопотребления ТСТ была разработана комплексная имитационная математическая модель [2].
Моделирование энергопотребления системой теплоснабжения производилось суммированием текущих энергозатрат отдельными элементами системы.
Поскольку энергопотребление системой теплоснабжения зависит как от температуры наружного воздуха, так и от продолжительности ее стояния, учитывается изменение текущей температуры наружного воздуха для рассматриваемого региона. Для климатических условий Пермского края впервые была получена зависимость, которая имеет вид:
I = 0,147(13,61^ + 329,01)0,5 -35,1
н
(1)
где - продолжительность стояния текущей температуры наружного воздуха, ч.
ВЕСТНИК МГСУ
7/2011
Дата, время Температура г/н в конденсаторе. °С Температура г/н в испарителе, °С '«и. °С Расход т/н в контуре, м7ч Электропотребление, кВт-ч
¿22 (вход) >21 (выход) кг (вход) (выход) I 11
19.03.11 19:30 26,82 31,65 0.3 -0,54 0.7 20.4 3,13 1,19 1,88
19.03.11 19:45 27,18 36,64 0,87 -0,54 0,4 20,3 3.13 1,19 2,47
19.03.11 20:00 27,63 37.28 1,01 -0,47 0,3 20.3 3,13 1,19 3.06
19.03.11 20:15 27,72 37,50 0,95 -0,54 0,1 20,3 3,13 1,19 3.66
19.03.11 20:30 28,08 37,73 0.81 -0,53 -0,5 20.3 3,13 1,19 4.27
19.03.11 20:45 28,35 38.00 0,67 -0,46 0,9 20.3 3,13 1.19 4,87
19.03.1121:00 28,50 38,14 0,76 -0,44 -1,4 20,3 3.13 1.19 5,49
19.03.11 21:15 28,61 38.26 0,76 -0,44 -1.7 20.5 3.13 1,19 6,11
19.03.11 21:30 28,78 38.32 0,76 -0.36 -1.9 20,6 3.13 1,19 6,7
19-20 март 2011 База График температур
Температдра но быхойе из конденсатора
ООООООооОСГ,000 оооооооаооо999
Г^ОС^^чООО^^^^тОГ^О ГМООООО^^*— ^^ Сч|(МО
кВт 20 10 О
График энергии
/ на коноенцаторе
ч 4 - / и на испорителе Энергия затраченная
Г кг _ V.
на прибой компрессора
ООООООсзсзООО00*—' ООООООсЭОООО*—^'СЭС21
ГЧ100000т=Т- т^^-^Г^Г^О
Г рафик преобразования энергии
20 10 о
А / \ Г "1,
/
ООООООСОСЭООО000 00000000000000
О^ООООО^^^^^Гч/Г^О
Рис. 2. Фрагмент результатов натурного исследования
На территории г. Перми и Пермского края в течение последних лет одной из компаний, работающих в направлении внедрения современных высокоэффективных технологий - ЗАО «АСВ», реализованы проекты по рекомендуемой схеме на автобазе в г. Перми и загородном доме.
В отопительный период 2010-11 гг. было проведено исследование работы этих теплонасосных установок. Использовались тепловые насосы системы "вода-вода" мо-
7/)П11 ВЕСТНИК _^/2OTT_МГСУ
дели GSW-060 с хладагентом R407C, напряжение питания 380 В, частота 50 Гц. Номинальная мощность установки 15 кВт.
При выполнении эксперимента использованы следующие приборы: регистратор безбумажный «ЭКОГРАФ-Т» с комплектом термопар; передатчик данных по GPRS каналу «КУБ»; электросчетчик трехфазный; расходомер «METRS». Результаты получены в виде таблиц и графиков, фрагмент которых представлен на рис.2.
Увеличение разности температуры теплоносителя первичного контура At1 до 4,9...5,1 °C и системы отопления At2 до 10 °C приводит к снижению энергопотребления системой. В первом случае это объясняется более интенсивным снижением энергопотребления циркуляционным насосом за счет уменьшения расхода теплоносителя в первичном контуре по сравнению с ростом затрат энергии на работу компрессора ТН. Во втором случае это обусловлено снижением энергопотребления насосным оборудованием в системе отопления и распределительном контуре за счет уменьшения расхода теплоносителя, а также сокращением количества работы, совершаемой компрессором ТН. Минимальное энергопотребление достигается при значении At1 равном 4,9.5,1 °C. Рациональное значение температуры теплоносителя первичного контура At1 увеличивается с ростом температуры теплоносителя t1, что объясняется снижением количества работы, совершаемой компрессором ТН, и соответственно уменьшением энергопотребления им.
Рациональное энергопотребление обеспечивается разностью температуры теплоносителя первичного контура At1 = 4,9...5,1 °C и системы отопления At2 = 10,0 °C. При этом главным фактором, оказывающим влияние на энергопотребление ТСТ, является температура бивалентности.
Литература
1. Закиров Д. Г., Суханов B. C., Закиров Д. Д. Пути решения проблемы теплоснабжения в коммунальном хозяйстве с использованием тепловых насосов //Новости теплоснабжения. -2002. - № 4. - с. 53-55.
2. Гришков A.A. Модель работы теплового насоса в системе теплоснабжения жилого здания с использованием системы низкотепературного отопления /Гришков А.А.//Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции: Третья Международная научно-техническая конференция. Сборник докладов. - М.:МГСУ, 2009. - с. 156-158.
References
1. Zakirov D. G, Sukhanov B. C., Zakirov D. D. Solution ways of a problem for heat supply to municipal services with thermal pumps using //Heat supply News.- 2002. - Vol.4 - p. 53-55.
2. Grishkov A.A. Work model of the heat pump in heat supply system of residential building with low temperature heating system use. /Ggrishkov A.A.// Theoretical bases heating and ventilation: the Third International scientific and technical conference. The reports collection. - M.:MGBU, 2009. - p. 156-158.
Ключевые слова: теплонасосная система теплоснабжения, энергопотребление, параметры работы теплового насоса
Key words: heat pump supply system, power consumption, work parameters of heat pumps
e-mail: tgy-kafedra@,yandex. ru
