Методи визначення ефективності теплових насосів
Приведені основні положення методу оцінки ефективності теплонасосних установок. Приведены основные положения метода оценки эффективности теплонасосных установок. The main provisions method of evaluating the efficiency of heat pumps is presented....
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60378 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Методи визначення ефективності теплових насосів / Б.Х. Драганов, В.М. Марчук // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 5— С. 74-78. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60378 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Драганов, Б.Х. Марчук, В.М. 2014-04-14T20:46:25Z 2014-04-14T20:46:25Z 2011 Методи визначення ефективності теплових насосів / Б.Х. Драганов, В.М. Марчук // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 5— С. 74-78. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60378 620.9.004 Приведені основні положення методу оцінки ефективності теплонасосних установок. Приведены основные положения метода оценки эффективности теплонасосных установок. The main provisions method of evaluating the efficiency of heat pumps is presented. uk Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Коммунальная и промышленная теплоэнергетика Методи визначення ефективності теплових насосів Methods for determining the efficiency of heat pumps Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Методи визначення ефективності теплових насосів |
| spellingShingle |
Методи визначення ефективності теплових насосів Драганов, Б.Х. Марчук, В.М. Коммунальная и промышленная теплоэнергетика |
| title_short |
Методи визначення ефективності теплових насосів |
| title_full |
Методи визначення ефективності теплових насосів |
| title_fullStr |
Методи визначення ефективності теплових насосів |
| title_full_unstemmed |
Методи визначення ефективності теплових насосів |
| title_sort |
методи визначення ефективності теплових насосів |
| author |
Драганов, Б.Х. Марчук, В.М. |
| author_facet |
Драганов, Б.Х. Марчук, В.М. |
| topic |
Коммунальная и промышленная теплоэнергетика |
| topic_facet |
Коммунальная и промышленная теплоэнергетика |
| publishDate |
2011 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Промышленная теплотехника |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Methods for determining the efficiency of heat pumps |
| description |
Приведені основні положення методу оцінки ефективності теплонасосних установок.
Приведены основные положения метода оценки эффективности теплонасосных установок.
The main provisions method of evaluating the efficiency of heat pumps is presented.
|
| issn |
0204-3602 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60378 |
| citation_txt |
Методи визначення ефективності теплових насосів / Б.Х. Драганов, В.М. Марчук // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 5— С. 74-78. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT draganovbh metodiviznačennâefektivnostíteplovihnasosív AT marčukvm metodiviznačennâefektivnostíteplovihnasosív AT draganovbh methodsfordeterminingtheefficiencyofheatpumps AT marčukvm methodsfordeterminingtheefficiencyofheatpumps |
| first_indexed |
2025-11-27T04:00:01Z |
| last_indexed |
2025-11-27T04:00:01Z |
| _version_ |
1850798425817219072 |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №574
КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
УДК 620.9.004
Драганов Б.Х., Марчук В.М.
Національний університет біоресурсів і природокористування України
МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ТЕПЛОВИХ НАСОСІВ
Приведені основні положення
методу оцінки ефективності теп-
лонасосних установок.
Приведены основные положе-
ния метода оценки эффективности
теплонасосных установок.
The main provisions method of
evaluating the efficiency of heat pumps
is presented.
Створення локальних систем енергопоста-
чання, працюючих на наявних в даній місце-
вості теплових ресурсах, в тому числі нетра-
диційних, являється важливою задачою сучас-
ної енергетики [1-4]. Ефективність систем теп-
лохолодопостачання можна суттєво підвищи-
ти використовуючи термотрансформатори. В
цьому випадку в більшій мірі забезпечуються
вимоги захисту навколишнього середовища.
Суттєвою при цьому є варіація можливих струк-
тур і параметрів проаналізованих систем з ме-
тою мінімізації енергетичних і економічних зат-
рат, тобто рішення оптимізації затрат.
Кількісна характеристика процесів перетво-
рення тепла в роботу в циклі визначається ве-
личиною СОР (англ. – coefficient of performance
– коефіцієнт претворення).
Енергетичну ефективність теплового насо-
су СОРТН можна визначити тільки двома спо-
собами:
● на основі циклу Карно (ідеалізований варіант)
K
TH
K 0
COP ;T
T T
=
−
(1)
● на основі аналізу дійсного циклу теплового
насосу, який використовує реальну робочу ре-
човину
Д
KCOP .
e
Q
N
= (2)
Вперше в 1950-ті роки В.С. Мартиновський
запропонував модернізувати рівняння (1) шля-
хом ведення в нього поправочних коефіцієнтів,
що описують ефективність виробництва елек-
троенергії на середньостатистичній ТЕЦ
0K
M 0
K 0 K
COP 0,74 0,0032 0,765 0,9.TT T
T T T
= − + + −
(3)
На основні рівняння (3) введене критич-
не значення СОРТН теплового насосу, яке від-
повідає режиму економії палива.
При оптимізації затрат теплонасосних сис-
тем (ТНС) потрібно враховувати:
- зростання експлуатаційних витрат установ-
ки в цілому через збільшення витрат на привід;
- зниження експлуатаційних витрат на тепло-
обмінний апарат (зменшення амортизаційних
відрахувань, затрат на плановий ремонт і т. д.).
На і-й рік річні затрати складають:
- на випарник
Zn
(рік) = zn·μn·Fn; (4)
- на установку (трансформатора) в цілому
0(PIK)
TT 0
0 max
,n nZ nQ tZ Q K Z
q t
µ
∆
= + ∆
ел
км км (5)
де Zn – питомі капітальні затрати на 1 м2 випа-
ровувача;
μn, μкм – сумарні амортизаційні відрахування, на
плановий ремонт і т.д., як процент від капі-
тальних затрат з врахуванням дискутування на
і-му році експлуатації відповідно випарника і
компресора;
Z – витрати в грошовому еквіваленті;
К – річні капітальні і інші витрати в процесі
експлуатації;
Fn – площа випарника;
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №5 75
КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
Q0 – тепловий потік;
n – кількість годин роботи установки в рік;
t∆ і ∆tmax – середньорічна і максимальна різни-
ця температур для ізольованого охолодженого
об’єкта;
індекс «0» – відноситься до процесу кипіння
холодоагенту.
В сучасних умовах експлуатації річні дис-
контування не перевищують 1…2 % і тому дру-
гим доданком в рівнянні (5) можна знехтувати.
Із рівнянь (4) і (5) отримаємо
0(PIK)
0 max
.n n n
Z nQ tZ z F
q tΣ
∆
= µ + ⋅
∆
ел (6)
Проаналізуємо екологічний аспект в ком-
плексі оптимізації енергоперетворювальних сис-
тем.
З точки зору ексенергії екологічний вплив
визначається роботою, виконаною системою
над навколишнім середовищем [5].
Ексергія, яка вводиться в систему, є екс-
енергією палива:
EF = E·[1–exp(-λτе) = Eτе(τе/τλ)], (7)
де τλ – нормований час, дисконтування, зворот-
на ступінь дисконтування λ;
τе – повний термін експлуатації системи.
В теплофізиці величина λ може змінюватись
як в сторону зменшення (вичерпування при-
родніх ресурсів), так і в сторону збільшення (ви-
користання нових енергоресурсів).
Можна прийняти, що екологічні збитки
пропорційні потокам енергії на виході з сис-
теми. Оскільки для холодильних уставок і тер-
мотрансформаторів температура ексенергії на
виході, як правило, має менші значення, ніж
в системах безпосереднього теплопостачання
(котельні установки, ТЕЦ і т. д.), то, як наслідок,
впливу на навколишнє середовище буде менше.
Термодинамічна ефективність абсорбційних
теплових насосів з сонячною регенерацією сор-
бенту визначається тепловим коефіцієнтом СОР
і ступенем термодинамічного коефіцієнта Θ:
( )
0
K
COPCOP ;
COP
Q
Q
= Θ =
ДБР
, (8)
де Q0 – холодопродуктивність;
QДБР – теплове навантаження на десорбер.
Холодопродуктивність циклу і теплове на-
вантаження десорбер-регенератора визначається
кількістю випаровуваних в випарнику (∆Gж)НВО і
поглиненою в регенераторі (∆Gж)ДБР вологи
QНВО = (∆Gж)НВО∙rНВО, QДБР = (∆Gж)ДБР·rДБР. (9)
Оскільки:
(∆Gж)НВО = (хвих – хвх)НВО∙(Gг)НВО,
(∆Gж)ДБР = (хвих – хвх)ДБР∙(Gг)ДБР,
де хвх, хвих – вологовміст повітря на вході і
виході відповідного апрату та враховуючи, що
у встановленному режимі роботи накопичення
вологи в схемі не виникає, то
(хвих – хвх)ДБР = (хвих – хвх)АБР. (11)
В однопоточній (по повітряному потоку)
схемі і при атмосферному тиску в апаратах ви-
никають умови:
(Gг)НВО = (Gг)ДБР = Gг,
rНВО= rДБР = r,
тобто витрати повітря через абсорбер і десор-
бер однакові і весь потік осушеного повітря
спрямовується в систему кондиціювання.
Тоді
( )
( )
( )
( )
0COP .
x x x xQ
Q x x x x
− −
= = =
− −
вих вих
вих вих
вх вх
вх вх
НВО НВО
ДБР АБР
(13)
Для ідеалізованого циклу при нульовій не-
дорекуперації по кінцям тепломасообмінних
апаратів:
ід
0 min
OC min
( )COP ,sx T x
x x
−
=
−
(14)
де xs(T0) – вологовміст насиченого повітря на
виході з випарника охолоджувача;
xmin – мінімальний вологовміст, відповідаючий
парціальному тиску парів води над сильним
розчином абсорбенту;
xОС – вологовміст зовнішнього повітря, посту-
паючого в систему.
(10)
(12)
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №576
КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
Зменшити витрати тепла можна модер-
нізувавши об'єкт, що споживає енергію (нап-
риклад виконавши термореновацію, тепло-
ізоляцію тощо). Спосіб і перебіг модернізації
залежать від типу джерела тепла. Тепло, пере-
дане споживачеві протягом року, у випадку А
є сумою його складових від теплової помпи, її
теплового двигуна і традиційного опалюваль-
ного котла. У випадку В споживач одержує теп-
ло лише від традиційного опалювального котла.
Річна корисна кількість тепла Qor змен-
шиться до QorA після модернізації у випадку A.
Qor є більшим від QorA', оскільки тепловіддача
ηoA після модернізації зменшується і є сумою:
Qo = Q'or+ Q"or. Первинне споживання енергії у
випадку A QHP і первинне споживання енергії
у випадку В QK можна характеризувати коефі-
цієнтом первинної енергії (КПЕA = RA; КПЕB =
= RB).
1
(1 ) ,or PC or PC or
HP
A A A
Q u Q u QQ
R R R
−
= = +
г
(15, а)
K
B
orQQ
R
= , (15, б)
де RA– повний КПЕ для випадку А; RA1 RA2 КПЕ
для теплопомпової системи і традиційного кот-
ла; RB – КПЕ для випадку В.
1
1
OA
A
A
R Φη η
=
ε
; ;OA
A
A
R Γ
Γ
Φη η
=
ε
OR Β Γ
Β
Β
Φη η
=
ε
;
A ;or
A
or
Q
Q
ε = ;or
or
Q
Q
Β
Βε =
1 1; ; ;sys eng cog trg CO trgΓη = η η η = η η η = η η
Ф = ф + e; ф = Qofг /Php;
0 ≤ e = Qofг /Php < 1/ηeng.
Зменшення кількості первинної енергії, зу-
мовлене впровадженням ТНС, визначає спів-
відношення (17). Далі можна визначити най-
менше доцільне значення ККД ф, розширеного
ККД Ф з виразів (18) після підстановки (16, а)
та (16, б) в співвідношення (2):
QHP = QК, (16)
RA ≥ RB, (17)
ф ≥ 1
2 (1 )
e pc
h pc e
aa u
aa u a
η
=
η − −
– e = Фene – e = фe = ККДе,
(17, а)
Ф ≥ 1
2 (1 )
e pc
h pc e
aa u
aa u a
η
=
η − −
– e = Фe. (17, б)
де upc – частка ТНС у річному споживанні тепла;
a = ηгд/ηг; aг = εA/εВ; ah = ηOA/ηOВ.
Якщо ККД теплової помпи не відповідає
залежностям (17, а, 17, б), споживання пер-
винної енергії після впровадження ТНС буде
більшим, ніж при обігріванні системою з тра-
диційним котлом. Залежності (17, а, 17, б) є пер-
шою умовою економічної ефективності теп-
лової помпи.
Економічність ТНС – фактор зменшення
річних витрат порівняно з традиційним котель-
ним опаленням. Річні витрати Кнр/к містять
сталі складові KSA та KSB та змінні складові Кор:
середні значення, обчислені з життєвого цик-
лу ТНС і традиційного опалювального облад-
нання відповідно. Сталі складові враховують
капітальні затрати й амортизаційні витрати.
Змінні – складаються з вартості традиційного
палива й енергії. Річні витрати на ТНС визна-
чаються за виразом (9, а), а на традиційне опа-
лення – за (18, б):
Кнр = KSA + ce·Qor·
( )
1
1PC sys PC ge trg
A A
u u
R R Γ
η − γ η
+
, (18, а)
Кк = KSВ + ce·Qor·
B
we trg
R
γ η
, (18, б)
де γge = Сg ⁄ Ce; γwe = Сg ⁄ Ce; Ce – вартість палива
для двигуна;
Сg і Сw – вартість палива для традиційних котлів.
Підставляючи рівняння (18, а, 18, б) у нерів-
ність (1), отримаємо безрозмірну нерівність (20)
економічної ефективності ТНС:
П ≥ Т, (19)
де
SA SB
,
K -K
e orc Q
Π = (19, a)
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №5 77
КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
( )
A
1 C DPC PC
T
u u
Φ
= =
Β− − Φ −
f(Ф, uрс), (19, б)
A = ηco ηcog ηeng ηoB ah,
B = ηcog ηeng γwe εB ah,
C = ηco ηeng γge εA,
D = ηco ηcog εA,
Ф > Ф0 = ( )
D
1 C
PC
PC
u
uΒ− −
= ККД0 + е. (20)
Функція Т = f(Ф, uрс) і рівняння (17) та (20)
дозволяють знайти області й чотири підобласті
економічної та енергетичної ефективності теп-
лової помпи (рис. 1).
Висновок
Використання теплонасосних установок
в системі теплопостачання, як правило, може
виявитись досить ефективним в енергетично-
му і, як наслідок, економічному відношенні.
Приведені дані рекомендується доповнити,
базуючись на концепції ексерго-економічної
оптимізації.
ЛІТЕРАТУРА
1. Geolhermal Heat Supply System Applying
Heat Pumps / B. Draganov, T. Morosyuk, R. Nikulshin,
L. Fara // 10-th Internat. Conf. on Thermal Engine-
ering and Theromogrammetry (THERMO). –
Budapers (Hungary). 1997. – P. 214-218.
Рис. 1. Область і чотири підобласті ефективності теплової помпи:
П – безрозмірна міра річних витрат; Т = f(KKД, upc ) – безрозмірна функція
макроекономічних параметрів теплової помпи й опалювальної системи;
ККД0 , ККДе , Т∞ характеризують параметри опалювальної системи
й макроекономічні параметри; Ес – підобласть ефективності ТНС.
Зменшення річних витрат і збільшення споживання первинної енергії
(Кнр ≤ Кк ) (Qнр ≥ Qк ); En – підобласть ефективності ТНС. Збільшення річних
витрат і зменшення витрати первинної енергії (Кнр ≥ Кк ) (Qнр ≤ Qк );
Ec-En – область енергетичної та економічної ефективності. Зменшення річних
витрат і зменшення споживання первинної енергії (Кнр ≤ Кк )(Qнр ≤ Qк )
Non Ec-En – область неефективних параметрів опалювальної системи. Збільшення
річних витрат та збільшення споживання первинної енергії (Кнр ≥ Кк );(Qнр ≤ Qк ).
=f(KK ,upc)
0
Non Ec-En
,
En
Ec-En
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №578
КОММУНАЛЬНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
2. Analysis of Underground Heat Accumulators
in Heat Pump System / T. Morosyuk, R. Nikulshin,
B. Draganov, T. Gulko // Proc. Of 1-st Inter. Conf.
on Energy and the Environment. – Limassol
(Cyprus), 1997. – P. 630-636.
3. Теплонасосні системи з підземними аку-
муляторами тепла / Драганов Б.Х., Морозюк
Т.В, Нікулишин Р. К., Гулько Т. В. // Пром. теп-
лотехника. – 2000. – Т. 22, № 5-6. – С. 46-50.
4. Войтюк Д.Г., Драганов Б.Х., Морозюк
Т.В. Елементи термодинаміки нерівноважних
процесів в дослідженні термотрансформаторів //
Збірник наукових праць Національного аграр-
ного університету «Механізація сільськогоспо-
дарського виробництва». – 2000. – Т. VІІІ. –
С. 159-165.
5. Нікулишин Р.К., Драганов Б.Х., Морозюк
Т.В. Аналіз нерівномірних систем теплохоло-
допостачання на основі ексерго-топологічного
представлення топологічної моделі // Сб. докл.
IV съезда АВОК. – М.: 1995. – С. 213-218.
6. Будинок «нуль» енергії, тому що Земля і
Сонце не виставляють рахунків: Збірник статей
/ Укладач О.Б. Денис. – Вид.4-е дод. – Львів:
ЕКОінформ-2009 – С. 331.
Получено 12.04.2011 г.
|