Условия энергоэффективной работы теплонасосной системы солнечного теплоснабжения
Проведен анализ особенностей функционального устройства предложенной теплонасосной системы солнечного теплоснабжения парокомпрессионного типа, определены условия её энергоэффективной работы на основе выбора температуры конденсации рабочего тела в зависимости от соотношения сопряженных потоков солнеч...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61115 |
| 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: | Условия энергоэффективной работы теплонасосной системы солнечного теплоснабжения / В.Д. Петраш, Д.В. Басист // Промышленная теплотехника. — 2008. — Т. 30, № 2. — С. 86-89. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61115 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Петраш, В.Д. Басист, Д.В. 2014-04-24T20:48:25Z 2014-04-24T20:48:25Z 2008 Условия энергоэффективной работы теплонасосной системы солнечного теплоснабжения / В.Д. Петраш, Д.В. Басист // Промышленная теплотехника. — 2008. — Т. 30, № 2. — С. 86-89. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61115 697: 668: 621 Проведен анализ особенностей функционального устройства предложенной теплонасосной системы солнечного теплоснабжения парокомпрессионного типа, определены условия её энергоэффективной работы на основе выбора температуры конденсации рабочего тела в зависимости от соотношения сопряженных потоков солнечного излучения, приводной мощности компрессора и потребляемой теплоты абонентскими системами Наведено аналіз особливостей функціонального устрою запропонованої теплонасосної системи сонячного теплопостачання парокомпресійного типу, визначено умови її енергоефективної роботи на основі вибору температури конденсації робочого тіла залежно від співвідношення взаємозв’язаних потоків сонячного випромінювання, приводної потужності компресора та споживаної теплоти абонентними системами We analyze the features of functional structure of the vapor-compression-type heat-pump system for solar heat supply proposed earlier. The conditions of its energy efficient work have been determined on the basis of choice of condensation temperature of the working body depending on the ratio between the coupled fluxes of solar radiation, compressor power, and heat consumed by user’s systems. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Нетрадиционная энергетика Условия энергоэффективной работы теплонасосной системы солнечного теплоснабжения Conditions of the energy effective work of a heat pumping system of sun heat supply Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Условия энергоэффективной работы теплонасосной системы солнечного теплоснабжения |
| spellingShingle |
Условия энергоэффективной работы теплонасосной системы солнечного теплоснабжения Петраш, В.Д. Басист, Д.В. Нетрадиционная энергетика |
| title_short |
Условия энергоэффективной работы теплонасосной системы солнечного теплоснабжения |
| title_full |
Условия энергоэффективной работы теплонасосной системы солнечного теплоснабжения |
| title_fullStr |
Условия энергоэффективной работы теплонасосной системы солнечного теплоснабжения |
| title_full_unstemmed |
Условия энергоэффективной работы теплонасосной системы солнечного теплоснабжения |
| title_sort |
условия энергоэффективной работы теплонасосной системы солнечного теплоснабжения |
| author |
Петраш, В.Д. Басист, Д.В. |
| author_facet |
Петраш, В.Д. Басист, Д.В. |
| topic |
Нетрадиционная энергетика |
| topic_facet |
Нетрадиционная энергетика |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| container_title |
Промышленная теплотехника |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Conditions of the energy effective work of a heat pumping system of sun heat supply |
| description |
Проведен анализ особенностей функционального устройства предложенной теплонасосной системы солнечного теплоснабжения парокомпрессионного типа, определены условия её энергоэффективной работы на основе выбора температуры конденсации рабочего тела в зависимости от соотношения сопряженных потоков солнечного излучения, приводной мощности компрессора и потребляемой теплоты абонентскими системами
Наведено аналіз особливостей функціонального устрою запропонованої теплонасосної системи сонячного теплопостачання парокомпресійного типу, визначено умови її енергоефективної роботи на основі вибору температури конденсації робочого тіла залежно від співвідношення взаємозв’язаних потоків сонячного випромінювання, приводної потужності компресора та споживаної теплоти абонентними системами
We analyze the features of functional structure of the vapor-compression-type heat-pump system for solar heat supply proposed earlier. The conditions of its energy efficient work have been determined on the basis of choice of condensation temperature of the working body depending on the ratio between the coupled fluxes of solar radiation, compressor power, and heat consumed by user’s systems.
|
| issn |
0204-3602 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61115 |
| citation_txt |
Условия энергоэффективной работы теплонасосной системы солнечного теплоснабжения / В.Д. Петраш, Д.В. Басист // Промышленная теплотехника. — 2008. — Т. 30, № 2. — С. 86-89. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT petrašvd usloviâénergoéffektivnoirabotyteplonasosnoisistemysolnečnogoteplosnabženiâ AT basistdv usloviâénergoéffektivnoirabotyteplonasosnoisistemysolnečnogoteplosnabženiâ AT petrašvd conditionsoftheenergyeffectiveworkofaheatpumpingsystemofsunheatsupply AT basistdv conditionsoftheenergyeffectiveworkofaheatpumpingsystemofsunheatsupply |
| first_indexed |
2025-11-25T13:58:06Z |
| last_indexed |
2025-11-25T13:58:06Z |
| _version_ |
1850513838311473152 |
| fulltext |
Более чем двухкратное увеличение
темпов мирового потребления энергии за
прошедшие два десятилетия повлекло за
собой истощение запасов и удорожание
органического топлива. Не менее острой
стала задача предотвращения теплового
загрязнения биосферы для снижения
экологической напряженности.
Весьма перспективной альтернативой в реше;
нии указанной проблемы является применение
ТНССТ [1, 2, 3], которые позволяют повысить эф;
фективность преобразования солнечной энергии,
расширить объем выработки теплоты и продлить
период полезной эксплуатации гелиосистем.
Однако ТНССТ имеет некоторые недостатки
[2, 4, 5, 6]. В часы интенсивного солнечного из;
86 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Наведено аналіз особливостей
функціонального устрою запропонова;
ної теплонасосної системи сонячного
теплопостачання парокомпресійного
типу, визначено умови її енергоефек;
тивної роботи на основі вибору темпе;
ратури конденсації робочого тіла залеж;
но від співвідношення взаємозв’язаних
потоків сонячного випромінювання,
приводної потужності компресора та
споживаної теплоти абонентними сис;
темами
Проведен анализ особенностей
функционального устройства предло;
женной теплонасосной системы сол;
нечного теплоснабжения парокомпрес;
сионного типа, определены условия её
энергоэффективной работы на основе
выбора температуры конденсации ра;
бочего тела в зависимости от соотно;
шения сопряженных потоков солнечно;
го излучения, приводной мощности
компрессора и потребляемой теплоты
абонентскими системами
We analyze the features of functional
structure of the vapor;compression;type
heat;pump system for solar heat supply,
proposed earlier. The conditions of its
energy efficient work have been deter;
mined on the basis of choice of condensa;
tion temperature of the working body
depending on the ratio between the cou;
pled fluxes of solar radiation, compressor
power, and heat consumed by user’s sys;
tems.
УДК 697: 668: 621
ПЕТРАШ В.Д., БАСИСТ Д.В.
Одесская государственная академия строительства и архитектуры
УСЛОВИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ РАБОТЫ
ТЕПЛОНАСОСНОЙ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
а – экспериментальный коэффициент, который
суммарно учитывает все потери: в цикле, в
электродвигателе и от внешней необратимо;
сти в процессе теплопередачи;
ср,т – среднее значение теплоемкости воды в
рассматриваемом температурном интервале;
G – расход теплоносителя;
I – эффективная интенсивность солнечного
излучения в плоскости коллектора в период
анализируемого режима работы системы;
M – масса теплоносителя в баке;аккумуляторе,
отнесенная к 1 м2 КСЭ;
N – удельное значение приводной мощности
компрессора в процессе передачи теплоты
солнечного нагрева воды абонентской системе;
Qаб – тепловой поток абонентского потребления,
отнесенный к 1 м2 КСЭ;
Т, t – температура рабочего тела в идеальном
парокомпрессионном цикле;
τ – время;
ϕ – действительное значение теплового
коэффициента парокомпрессионного
цикла ТН;
КСЭ – коллектор солнечной энергии;
ТН – тепловой насос;
ТНССТ – теплонасосная система солнечного
теплоснабжения.
Индексы:
з – режим работы абонентских систем с одновре;
менной зарядкой бака;аккумулятора;
к – режим конденсации рабочего тела;
о – режим испарения рабочего тела.
лучения, прежде всего в теплый период года, эф;
фективность гелиосистем существенно зависит
от степени несоответствия графиков выработки
и потребления энергии. При наибольшей интен;
сивности солнечного излучения температура
теплоносителя после гелиоприемников достига;
ет максимальных значений. Это приводит к пе;
регреву рабочего тела с нарушением номиналь;
ного режима парокомпрессионного цикла во
всех структурных элементах ТН. Поэтому суточ;
ная и сезонная неравномерность трансформации
теплоты в ТН ограничивает область использова;
ния солнечной энергии, особенно на юге Украины.
На рис. 1 представлена принципиальная схема
предложенной нами ТНССТ, которая состоит из
гелио; и абонентской систем, функционально
взаимосвязанных между собой контуром паро;
компрессионного ТН. В испарителе происходит
отбор теплоты солнечного нагрева воды с после;
дующей трансформацией и передачей её низко;
температурным системам отопления, вентиля;
ции и горячего водоснабжения. Эффективность
работы ТНССТ достигается за счет отбора части
теплового потока нагреваемой воды для абонент;
ского потребления с помощью дополнительного
теплообменника Т1 в гелиоконтуре, установлен;
ном до испарителя и работающем на параллельном
участке магистрального трубопровода системы
теплопотребления относительно теплонасосного
контура. Это позволяет не только передать часть
теплоты с повышенным температурным потенци;
алом от теплоносителя гелиоконтура к абонент;
скому теплоносителю более простым способом
рекуперативного теплообмена с незначительными
энергозатратами, но и снизить тепловую нагрузку
до номинального уровня в работе ТН. Такое реше;
ние дает возможность с помощью температур;
ного регулятора расхода теплоносителя РТ7
стабилизировать рациональный температурный
режим ТН, прежде всего в периоды максималь;
ной интенсивности солнечного излучения либо
при несоответствии графиков выработки и по;
требления теплоты соответствующими системами.
Проанализируем условия энергоэффективной
работы ТНССТ на основе предложенной функ;
циональной взаимосвязи структурных подсистем
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 2 87
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Рис. 1. Принципиальная схема теплонасосной системы солнечного теплоснабжения повышенной
эффективности.
Условные обозначения: ГС – гелиоконтур системы; ГП – гелиоприемник; ТН – тепловой насос;
К – конденсатор; И – испаритель; СО – система низкотемпературного отопления; СГВ – система
горячего водоснабжения; БА – бак�аккумулятор; ДИЭ – дополнительный источник энергии;
РРТ – регулятор разности температур; ЦН – циркуляционные насосы; Т – теплообменник;
РТ – температурный регулятор расхода теплоносителя; точечные линии – импульсные связи.
в наиболее характерном режиме эксплуатации,
характеризуемом одновременной выработкой
теплоты для потребления и зарядки бака;аккуму;
лятора. При рассчитанной поверхности коллек;
торов солнечной энергии, например, по услови;
ям нагрузки отопительно;вентиляционных
систем и горячего водоснабжения, с повышени;
ем интенсивности солнечного излучения сверх
расчетного значения, происходит выработка из;
быточной теплоты, особенно при снижении
мощности теплопотребления. Таким образом, в
анализируемом режиме работы ТНССТ одновре;
менно с выработкой теплоты происходит и за;
рядка бака;аккумулятора. Для условно принято;
го процесса квазистационарного теплообмена
трансформируемая энергия солнечного излуче;
ния, воспринятая с 1 м2 КСЭ [7], и соответствую;
щая приводная мощность компрессора за период
dτ равны теплоте абонентского потребления и за;
рядки бака, что представляется уравнением в
следующем виде:
. (1)
Разделив почленно слагаемые этого уравнения
на Nзdτ, а также приняв во внимание, что М/dτ
представляет собой соответствующий расход
теплоносителя G в процессе зарядки бака;акку;
мулятора, и полагая, что Qаб/Nз отражает дейст;
вительное значение теплового коэффициента ϕ
парокомпрессионного цикла ТН, зависимость
(1) представим в виде:
. (2)
Из этого уравнения следует, что эффективность
преобразования солнечного излучения в теплоту в
анализируемой системе возрастает в режиме избы;
точной выработки теплоты над абонентским теп;
лопотреблением пропорционально интенсивности
солнечного излучения со снижением удельной вы;
работки аккумулируемой теплоты на единицу при;
водной мощности ТН. В работе [8] действительный
коэффициент преобразования парокомпрессион;
ного цикла рассматривается в таком виде:
. (3)
Для ТН теплопроизводительностью (200…1000) кВт
с турбокомпрессором значение а = 0,45 … 0,55.
Для оценки качественной взаимосвязи и вли;
яния количественного соотношения анализируе;
мых потоков солнечного излучения, приводной
мощности и абонентского теплопотребления на
энергоэффективность выработки теплоты в этой
системе, введем величины A = Nз/Iз и C = Qаб,з /
(Iз + Nз) = Qаб,з/[I(1 + A)], где А и С – соотноше;
ния, учитывающие соответствующую часть рас;
сматриваемых потоков энергии относительно
указанных значений. По физическому смыслу
соотношение А представляет собой обратную ве;
личину холодильного коэффициента, в связи с
чем логично рассматривать его реальные значе;
ния в пределах 0,1…0,3. Из второго соотношения
тепловых потоков и анализируемого режима ра;
боты системы следует, что в реальных условиях С
меньше единицы. С учетом приведенных соотно;
шений зависимость удельной выработки теплоты
в процессе аккумулирования приобретает вид
к
к о
;
Т
а
Т Т
ϕ =
з ,
з
;
1
р m
I с Gdt
N
ϕ = +
з з , аб
р m
I d N d с Мdt Q dτ + τ = + τ
88 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Рис. 2. Зависимость температуры конденсации
Тк рабочего тела в теплонасосной системе
солнечного теплоснабжения от соотношения
энергетических потоков А и С в процессе работы
гелиоконтура при температуре в испарителе
То= (283…303)К: Условные обозначения:
– То = 283 К;
– То = 293 К;
– То = 303 К.
. (4)
Совместное решение уравнений (2), (3) и (4)
даёт возможность представить зависимость тем;
пературы конденсации рабочего тела в паро;
компрессионном цикле относительно опреде;
ляющих параметров анализируемой системы в
виде
Тк = То а–1С (1 + 1/А)/[а–1С (1 + 1/А)–1]. (5)
На рис. 2 приведена графическая интерпрета;
ция уравнения (5) для выбора температуры кон;
денсации рабочего тела ТН в зависимости от со;
отношений энергетических потоков А и С при
значении а = 0,5 в процессе работы гелиоконту;
ра с температурой в испарителе То = (283…03) К.
Зависимость (5) позволяет установить целесооб;
разные пределы работы ДИЭ и определить об;
щую эффективность энергосбережения в про;
цессе эксплуатации системы.
Выводы
1. Предложенная система солнечного тепло;
снабжения дает возможность рационально распре;
делить теплоту солнечного нагрева воды между
теплообменниками для повышения технического
ресурса ТН путем стабилизации его работы в но;
минальном теплогидравлическом режиме, что
одновременно обеспечивает условия повышения
эффективности процессов преобразования сол;
нечного излучения с увеличением общей выра;
ботки теплоты для систем коммунально;бытово;
го назначения.
2. Результаты исследования позволяют про;
извести обоснованный выбор расчетных параме;
тров ТН и определить общие условия высокоэф;
фективной работы анализируемой системы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Даффи Дж. А., Бекман У. Тепловые про;
цессы с использованием солнечной энергии. –
М.: Мир, 1977. – 420 с.
2. Хайнрих Г., Найорк Х., Нестлер В. Теплона;
сосные установки для отопления и горячего во;
доснабжения. – М.: Стройиздат, 1985. – 352 с.
3. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетиче;
ские основы трансформации тепла и процессов
охлаждения. – М.: Энергия, 1968. – 335 с.
4. Мировски А. и др. Материалы для проекти;
рования котельных и современных систем отоп;
ления.: Виссманн, 2005. – 293 с.
5. Солнечные системы. Инструкция по проек;
тированию.: Виссманн, 2002. – 80 с.
6. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы. –
М.: Энергоиздат, 1982. – 221 с.
7. Бекман У., Клейн С., Даффи Дж. Расчет си;
стем солнечного теплоснабжения. – М.: Энерго;
издат, 1982. – 80 с.
8. Мартыновский В.С. Циклы, схемы и харак;
теристики термотрансформаторов. Под ред. Бро;
дянского В. – М.: Энергия, 1979. – 280 с.
Получено 03.12.2007 г.
( )( )1
, з
1 1
р m
Gdt с I А С− ⎡ ⎤= + −⎣ ⎦
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 2 89
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
|