SINGLE-CIRCUIT AND DUAL-CIRCUIT HEAT PUMP SYSTEMS. INTERRELATION OF PHYSICAL PROCESSES AND EFFICIENCY
It contains the theoretical analysis of special aspects of the use and technologies used for single and dual circuit heat pump systems. The analysis of major disadvantages of single circuit heat pump systems is conducted. It is analytically proved that heat exchange process occurs at variable temper...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/194 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103243148328960 |
|---|---|
| author | Goshovskyi, S. Zurian, O. |
| author_facet | Goshovskyi, S. Zurian, O. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "S. Goshovskyi",
"institution": "Ukrainian State Geological Research Institute 04114, 78A Avtozavodska St., Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "O. Zurian",
"institution": "Ukrainian State Geological Research Institute 04114, 78A Avtozavodska St., Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Goshovskyi, S. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:12Z |
| description | It contains the theoretical analysis of special aspects of the use and technologies used for single and dual circuit heat pump systems. The analysis of major disadvantages of single circuit heat pump systems is conducted. It is analytically proved that heat exchange process occurs at variable temperatures of the heat source and heat sink and it causes stray load loss in an evaporator and condenser and, correspondently, it decreases the coefficient of performance of the heat pump system. Experiments proved that decrease of the coefficient of performance is not positively associated with increase of the temperature of supply heat transfer medium, but it has some acceleration caused by increase of the system heat loss related to increase of pressure and temperature. It demonstrates functioning model of the experimental dual circuit heat pump system developed and designed by UKRSGRI. It describes the research procedure. It contains specifications of measuring equipment used for the experimental system model and of software used for archiving and visualization of data obtained during research conduction. It states the results of scientific work received by theoretical calculations and experimental testing of the heat pump system efficiency depending on one or dual circuit version. The dependence of heat pump coefficient of performance on the number of circuits is shown. It explains the dependence of the heat pump system efficiency on characteristics of the primary source of low-grade heat and design features of the heat supply system. The conclusion is drawn that the dual circuit system with circuits connected in series is more efficient than the single circuit one. Ref. 8, tab. 8, fig. 4. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2019.1(56).83-95 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:37:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 83
УДК 621.428
ОДНОКОНТУРНЫЕ И ДВУХКОНТУРНЫЕ ТЕПЛОНАСОСНЫЕ СИСТЕМЫ.
ВЗАИМОСВЯЗЬ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ЭФФЕКТИВНОСТИ
С.В. Гошовский, докт. техн. наук, проф., А.В. Зурьян, канд. техн. наук
Украинский государственный геологоразведочный институт
04114 ул. Автозаводская, 78А, Киев
Приведен теоретический анализ особенностей использования и технологий построения теплонасосных систем в одно-
контурном и двухконтурном исполнении. Выполнен анализ основных недостатков одноконтурных теплонасосных систем.
Аналитически обосновано, что процесс теплообмена происходит при переменных температурах со стороны источника и
приемника теплоты, что ведет к дополнительным потерям в испарителе и конденсаторе и, соответственно, к снижению
коэффициента трансформации теплонасосной системы. Экспериментально установлено, что уменьшение коэффициента
трансформации происходит не прямо пропорционально увеличению температуры подающего теплоносителя, а имеет
некоторое ускорение, обусловленное повышением тепловых потерь в системе, связанных с увеличением давления и темпе-
ратуры. Представлен действующий макет разработанной и сконструированной в УкрГГРИ двухконтурной эксперимен-
тальной теплонасосной установки. Описана методика проведения исследований. Приведены характеристики измеритель-
ного оборудования, установленного на макете экспериментальной установки и программного обеспечения, которое ис-
пользовалось для архивирования и визуализации данных, полученных в процессе проведения исследований. Изложены ре-
зультаты научной работы, полученные в ходе теоретических расчетов и экспериментальных исследований эффективно-
сти теплонасосных систем, в зависимости от одноконтурного или двухконтурного исполнения. Даются зависимости ко-
эффициента трансформации теплового насоса от количества контуров. Обоснованы зависимости эффективности теп-
лонасосной системы от параметров первичного источника низкопотенциального тепла и конструктивных особенностей
системы теплоснабжения. Сделан вывод, что двухконтурная система с последовательно соединенными контурами рабо-
тает эффективнее, чем одноконтурная. Библ. 38, табл.1, рис. 6.
Ключевые слова: тепловой насос, двухконтурный тепловой насос, энергия окружающей среды, возобновляемые источники
энергии.
SINGLE-CIRCUIT AND DUAL-CIRCUIT HEAT PUMP SYSTEMS. INTERRELATION
OF PHYSICAL PROCESSES AND EFFICIENCY
S. Goshovskyi, doctor of technical science, professor, O. Zurian, candidate of technical science
Ukrainian State Geological Research Institute
04114, 78A Avtozavodska St., Kyiv, Ukraine
It contains the theoretical analysis of special aspects of the use and technologies used for single and dual circuit heat pump systems.
The analysis of major disadvantages of single circuit heat pump systems is conducted. It is analytically proved that heat exchange
process occurs at variable temperatures of the heat source and heat sink and it causes stray load loss in an evaporator and conden-
ser and, correspondently, it decreases the coefficient of performance of the heat pump system. Experiments proved that decrease of
the coefficient of performance is not positively associated with increase of the temperature of supply heat transfer medium, but it has
some acceleration caused by increase of the system heat loss related to increase of pressure and temperature. It demonstrates func-
tioning model of the experimental dual circuit heat pump system developed and designed by UKRSGRI. It describes the research
procedure. It contains specifications of measuring equipment used for the experimental system model and of software used for ar-
chiving and visualization of data obtained during research conduction. It states the results of scientific work received by theoretical
calculations and experimental testing of the heat pump system efficiency depending on one or dual circuit version. The dependence of
heat pump coefficient of performance on the number of circuits is shown. It explains the dependence of the heat pump system effi-
ciency on characteristics of the primary source of low-grade heat and design features of the heat supply system. The conclusion is
drawn that the dual circuit system with circuits connected in series is more efficient than the single circuit one. Ref. 8, tab. 8, fig. 4.
Keywords: heat pump, dual-circuit heat pump, energy of environment, renewable energy sources.
© С.В.Гошовський, А.В.Зурʼян, 2019
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 84
С.В. Гошовский
S. Goshovskyi
Сведения об авторе: директор Украин-
ского государственного геологоразведоч-
ного института, профессор, доктор техни-
ческих наук. Произведенные автором
фундаментальные исследования по при-
минению геофизических методов изуче-
ния горных пород и использование энер-
гии взрыва в технологиях бурения сква-
жин при поисках и разведке нефти и газа,
заложили научную базу принципиально
нового для украинской науки направления
изучения геологической среды и конс-
труирования прострелочно-взрывных
приборов, которые используются в глубо-
ких скважинах. При его участии разведа-
но ряд нефтегазовых месторождений,
которые имеют народнохозяйственное
значение для Украины.
Образование: Киевский национальный
университет им. Т. Шевченко. Специаль-
ность: геолог-геофизик.
Научная сфера: исследования минераль-
но-сырьевой базы Украины, методика
геологических и геофизических исследо-
ваний, технология интенсификации добы-
чи нефти и газа, бурение скважин, техно-
логия с использованием энергии взрыва,
приборостроение.
Публикации: более 350, в т.ч. 19 моно-
графий, 154 авторских изобретений и па-
тентов.
ORCID: 0000-0002-8312-6244
Контакты: +38 (044) 430-70-24
e-mail: ukrdgri@ukrdgri.gov.ua
Information about the author: director of
the Ukrainian State Geological Research
Institute, professor, doctor of technical sci-
ences. Sergii Goshovskyi’s fundamental
research on the application of geophysical
methods on application of geophysical meth-
ods to study rocks and explosion energy in
wells construction technology for search and
exploration of oil and gas, has laid the fun-
damentally new scientific basis for Ukrainian
science to study of the geological environ-
ment and explosive device design used in the
deep wells.
With his participation explored several oil
and gas deposits, which have economic im-
portance for Ukraine.
Education: Taras Shevchenko National Uni-
versity of Kyiv. Specialty: geologist – geo-
physicist
Research area: mineral resource base of
Ukraine research, methods of geological and
geophysical research, a technology of oil and
gas production intensification, drilling tech-
nology, technology of the explosion energy
using, engineering.
Publications: over 350 scientific publica-
tions, including 19 monographs, and 154
inventions and patents.
ORCID: 0000-0002-8312-6244
Contacts: +38 (044) 430-70-24
e-mail: ukrdgri@ukrdgri.gov.ua
А.В. Зурьян
O. Zurian
Сведения об авторе: заведующий от-
делом инновационных технологий Укра-
инского государственного геологоразве-
дочного института, кандидат технических
наук.
Образование: Ставропольское высшее
военное инженерное училище связи
(1987). Специальность: инженер радио-
связи. Киевский национальный универси-
тет им. Т. Шевченко (2012). Харьковский
национальный университет
им. В. Каразина (2016) – защита диссерта-
ции по теме «Экологически безопасные
возобновляемые источники получения
тепловой энергии».
Научная сфера: возобновляемая энерге-
тика, проэктирование энергоэфективных
зданий, проектирование систем, которые
работают за счет возобновляемых источ-
ников энергии; добыча (разработка) не-
традиционных источников углеводородов,
устойчивое развитие и экологическая без-
опасность; технологии получения тепло-
вой энергии для систем отопления с ис-
пользованием теплонасосных систем и
тепла атмосферного воздуха, солнечная
энергия и низкотемпературная энергия
приповерхностных слоев Земли.
Публикации: более 50, 16 авторских па-
тентов на изобретение и полезную мо-
дель.
ORCID: 0000-0002-2391-1611
Контакты: +38 (050) 778-30-29
e-mail: alexey_zuryan@ukr.net
Information about the author: head of the
Department of Innovative Technologies of
the Ukrainian State Geological Research
Institute, candidate of technical sciences.
Education: Stavropol higher military engi-
neering academy of communication. Special-
ty: engineer of radiocommunication. Oleksii
Zurian has a higher engineering and humani-
tarian education. In 1987, graduated from the
Stavropol higher military engineering acad-
emy of communication, and in 2012, Taras
Shevchenko National University of Kyiv. In
2016 at the V.N. Karazin Kharkiv National
University defended his dissertation on the
theme «Environmentally safe renewable
sources of thermal energy».
Research area: renewable energy, designing
energy efficient buildings, designing systems
that operate at the expense of renewable en-
ergy sources; extraction (development) of
non-traditional sources of hydrocarbons,
renewable energy sources, sustainable devel-
opment and ecological safety; technologies
for obtaining thermal energy for heating
systems using heat pump systems and heat of
atmospheric air, solar energy and low-
temperature energy of near-surface layers of
the Earth.
Publications: over 50 scientific publications,
and 16 patents for invention and utility
model.
ORCID: 0000-0002-2391-1611
Contacts: +38 (050) 778-30-29
e-mail: alexey_zuryan@ukr.net
mailto:ukrdgri@ukrdgri.gov.ua
mailto:ukrdgri@ukrdgri.gov.ua
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 85
Список использованных обозначений и сокращений:
НПИТ - низкопотенциальный источник тепла;
УкрГГРИ - Украинский государственный геологоразведоч-
ный институт;
РА - рабочий агент;
РТ - рабочее тело;
COP - коэффициент трансформации;
ТН – тепловой насос;
ТНУ - теплонасосная установка;
ТСП - термопреобразователь сопротивления.
Постановка проблемы. Мировая экономика
в начале третьего тысячелетия характеризуется
существенным противоречием меж-
ду постоянным увеличением потребле-
ния энергоресурсов в процессе производства и
обострением экономических проблем, связанных
с ростом расходов на ее потребление. Это приво-
дит к необходимости как поиска новых экономи-
чески выгодных и экологически безопасных ис-
точников энергии, так и к разработке и производ-
ству эффективных устройств ее преобразования в
энергию, удобную для потребления.
Использование альтернативных экологиче-
ски чистых источников энергии может, если не
предотвратить энергетический кризис в Украине,
то значительно его смягчить. Вследствие этого,
наряду с поисками и освоением традиционных
источников (газ, нефть), перспективным направ-
лением является использование возобновляемой
энергии, накапливаемой в водоемах, грунте, гео-
термальных источниках, технологических
выбросах (воздух, вода, стоки и др.). Однако
температура этих источников довольно низкая
(0–25°С) и для эффективного их использования
необходимо осуществить перенос этой энергии
на более высокий температурный уровень (50–
100°С). Реализовать такое преобразование воз-
можно с помощью тепловых насосов [23].
Анализ последних исследований и публи-
каций. В условиях растущего энергетического
кризиса ведутся значительные научные исследо-
вания, направленные на поиск вариантов заме-
щения в системах энергоснабжения доли энергии
из возобновляемых источников [14, 15, 17, 29].
Одним из направлений обеспечения энергетиче-
ского баланса энергоснабжения является исполь-
зование низкопотенциальной энергии Земли, во-
ды, воздуха и др. с помощью теплонасосных си-
стем [2, 3, 6, 7]. Преобразование низкопотенци-
альной энергии в тепловую обеспечивает суще-
ственную экономию традиционных энергоресур-
сов, минимизирует сжигания углеводородов и
уменьшает выбросы загрязняющих веществ в
окружающую среду [1, 10, 13, 16, 18, 19]. Причем
тепловая энергия, полученная с помощью тепло-
вых насосов и может быть использована непо-
средственно в системах отопления, горячего во-
доснабжения и для технологических нужд [21,
20, 24, 38]. В летний период теплонасосные
системы могут обеспечить потребности в техно-
логическом холоде [22, 28].
Базовые типы тепловых насосов методом
парных сравнений согласно методике [32] иссле-
дованы в работах [12, 34]. Анализ эффективности
различных типов тепловых насосов приведено в
работе [27]. В исследовании [25] предложен но-
вый подход к оценке эффективности тепловых
насосов. Авторами [26] выполнен анализ ТН как
с электрическим, так и когенерационным приво-
дом. В работе [8] проведена оценка эффективно-
сти разных вариантов тепловых насосов по ко-
эффициенту использования первичной энергии.
Авторами [5, 11] выполнен термодинамический
анализ разных типов ТН.
Постановка задачи. Цель нашего исследо-
вания – обоснование эффективности использова-
ния в системах теплоснабжения, кондициониро-
вания и холодоснабжения производственных,
административных, складских помещений двух-
контурных тепловых насосов.
Сегодня с уверенностью можно сказать, что
первые шаги на этом пути уже сделаны. Но они
еще достаточно медленные. Вопрос, какие же
тепловые насосы наиболее целесообразны для
дальнейшей разработки и внедрения, до сих пор
недостаточно обоснованы. Отсутствует научная
техническая база для изготовления двухконтур-
ных теплонасосных систем. Актуальными
остаются вопросы разработки методик проекти-
рования кластерных ТН. Нет сравнительного
анализа эффективности работы одноконтурных,
многоконтурных и кластерных теплонасосных
систем. Вместе с тем надо отметить, что соеди-
нение однотипных устройств в различных сферах
техники с целью повышения эффекта от их сло-
жения известно давно и широко применяется.
Изложение основного материала. Теплона-
сосная установка (ТНУ) состоит из теплообмен-
ника-испарителя, компрессора, теплообменника-
конденсатора и дросселя. В качестве рабочего
тела (РТ) установки применяются рабочие агенты
(РА): фреоны, аммиак, пропан и др. [34].
Основным показателем эффективности теп-
лового насоса является коэффициент трансфор-
мации (тепловой коэффициент) φ:
1 2 2 2 11/ ( ) / / ( )Q N Q N N T T T , (1)
где Q1 – теплопроизводительность ТНУ, Вт;
N – мощность компрессора, Вт; Т2
– температу-
ра теплоносителя на выходе из конденсатора,
К; Т11
– температура теплоносителя на входе в
испаритель, К.
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 86
Теоретические значения коэффициента
трансформации могут достигать величин 7–8.
Реальные значения при работе в оптимальном
режиме, что экспериментально установлено
авторами составляют, величины 3–4. Это означа-
ет, что на 1 кВт мощности электрической энергии
можно получить 3–4 кВт мощности тепловой
энергии.
Существенным недостатком теплового насо-
са является необходимость подвода и отвода теп-
лоты при постоянной температуре, что практиче-
ски невозможно [37]. В действительности процесс
теплообмена происходит при переменных темпе-
ратурах со стороны источника и приемника тепло-
ты, что ведет к дополнительным потерям в испа-
рителе и конденсаторе и, соответственно, к сни-
жению коэффициента трансформации.
Действительный коэффициент трансформа-
ции теплового насоса φ должен иметь вид:
Т ТН , (2)
где –
ТН коэффициент потерь, учитывающий ре-
альные процессы, которые осуществляются рабо-
чим телом в ТН, который можно принять 0,5 [8].
Из соотношения (1) и (2) можем определить
действительный коэффициент трансформации
теплового насоса φ в системе с контуром теплых
полов с температурой подающей линии 45 °С и
контуром отопления с радиаторами и температу-
рой 60 °С при условии, что температура первич-
ного источника тепла равна 5 °С.
Результаты расчета коэффициента трансфор-
мации теплового насоса φ в зависимости от темпе-
ратуры подающей линии Т2 сведены в таблицу 1.
Таблица 1. Зависимость коэффициента трансформации теплового насоса φ от температуры подающей линии Т2
Table 1. Dependence of the transformation coefficient of the heat pump φ on the temperature at the heat supply line T2
Т2 ,°С 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 55,00 60,00 65,00 70,00 75,00 80,00 85,00
φ 6,06 5,13 4,47 3,98 3,59 3,28 3,03 2,82 2,64 2,49 2,35 2,24
Анализ полученных данных свидетельствует,
что коэффициент трансформации существенно
зависит от температуры подающей линии.
В ходе проводимых в Украинском Государ-
ственном геологоразведочном институте иссле-
дований на экспериментальной геотермальной
установке было установлено, что уменьшение
коэффициента трансформации φ происходит не
прямо пропорционально увеличению температу-
ры подающего теплоносителя, а имеет некоторое
ускорение, обусловленное повышением тепловых
потерь в системе связанное с увеличением давле-
ния и температуры (рис. 1). При этом коэффици-
ент ускорения – у увеличивается пропорцио-
нально увеличению температуры подающего
теплоносителя. Вследствие предложенной гипо-
тезы действительный коэффициент трансформа-
ции теплового насоса φ принимает вид:
2
2 11у у
TH TH
T
T
T T
. (3)
При этом надо отметить, что наибольшая
эффективность насоса достигается при темпе-
ратуре подающего теплоносителя 35−45 °С, что
обуславливает определенные технические тре-
бования к системе теплообеспечения и утепле-
ния здания.
Основным недостатком теплового насоса яв-
ляется обратная зависимость его эффективности
от разницы температур между источником теп-
лоты и потребителем. Это накладывает опреде-
лённые ограничения на использование систем
типа «воздух – вода» или «воздух – воздух». При
минусовой температуре первичного источника
теплоты тепловой насос не только резко снижает
температуру подающей линии, но у него также
падает мощность.
На графике (рис. 2) приведена зависимость
коэффициента трансформации φ от температуры
конденсации tcd для воздушного теплового насо-
са, в котором в качестве холодильного агента
был применен фреон R 134а. Расчет выполнен с
применением математического аппарата [30]
для температуры конденсации tev -5 и -20°С со-
ответственно.
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 87
Рис. 1. Зависимости коэффициента трансформации теплового насоса φ от температуры подающей линии.
Fig. 1. Dependence of the transformation coefficient of the heat pump φ on the temperature at the heat supply line.
Рис. 2. Зависимость коэффициента трансформации φ от температуры конденсации tcd для теплового насоса (темпе-
ратура кипения - tev=5 °С и – 20 °С, фреон R 134а).
Fig. 2. Dependence of the transformation coefficient φ on the condensation temperature tcd for the heat pump (boiling point -
tev=5 °C and -20 °C, Freon R 134a).
Из проведенных аналитических исследова-
ний можно сделать вывод, что реальные значения
эффективности современных тепловых насосов -
COP (Coefficient of Perfomance) составляют по-
рядка COP=2.0 при температуре источника -20 °C,
и порядка COP=4.0 при температуре источника
+5 °C. Это приводит к тому, что для обеспечения
заданного температурного режима потребителя
при низких температурах воздуха необходимо ис-
пользовать оборудование со значительной избы-
точной мощностью, что сопряжено с нерацио-
нальным использованием капиталовложений.
Одним из путей повышения эффективности
теплонасосной системы является уменьшение
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 88
корреляции зависимости температуры рабочего
агента в испарителе и конденсаторе от выходной
температуры НПИТ потребителя может быть ис-
пользование – цикла Лоренса.
Применение идеального цикла Лоренса на
практике невозможно. Приближение к нему воз-
можно в частности путем соединения нескольких
компрессионных ТНУ в одну систему.
С целью исследований эффективности рабо-
ты двухконтурного теплового насоса в Украин-
ском государственном геологоразведочном ин-
ституте (УкрГГРИ) была сконструирована двух-
контурная экспериментальная теплонасосная си-
стема (рис. 3).
Рис. 3. Схема экспериментальной установки с местами установки датчиков температуры: Т1 – датчик температуры в
помещении; Т2 – датчик температуры воздуха на выходе из испарителя второго кондиционера; Т3 – датчик температуры
воздуха на улице; Т4 – датчик температуры воздуха на выходе из конденсатора первого кондиционера; Т5 – датчик темпе-
ратуры воздуха на выходе из конденсатора второго кондиционера; Т6 – датчик температуры воздуха на выходе из испа-
рителя первого кондиционера; 1– испаритель второго кондиционера; 2 – компрессор второго кондиционера; 3 – конденса-
тор второго кондиционера; 4 – терморегулирующий вентиль второго кондиционера; 5 – компрессор первого кондиционера;
6 – терморегулирующий вентиль первого кондиционера; 7 – конденсатор первого кондиционера;
8 – испаритель первого кондиционера.
Fig. 3. Diagram of the experimental installation with the locations of the temperature sensors: T1 – the temperature
sensor in the room; T2 – air temperature sensor at the outlet of the evaporator of the second air conditioner; T3 – outdoor tempera-
ture sensor; T4 – air temperature sensor at the output of the condenser of the first air conditioner; T5 – air temperature sensor at the
outlet of the condenser of the second air conditioner; T6 – air temperature sensor at the output of the evaporator of the first air con-
ditioner; 1 – evaporator of the second air conditioner; 2 – compressor of the second air conditioner; 3 – the condenser of the second
conditioner; 4 – thermostatic valve of the second air conditioner; 5 – compressor of the first air conditioner; 6 – thermostatic valve
of the first air conditioner; 7 – condenser of the first air conditioner; 8 – evaporator of the first air conditioner.
Двухконтурная экспериментальная теплона-
сосная система УкрГГРИ состоит из испарителя
первого контура 8, компрессора первого контура
5, компрессора второго контура 2, конденсатора
второго контура 3 и испарителя второго контура
1, конденсатора первого контура 7, дросселя пер-
вого контура 6 и дросселя второго контура 4. К
испарителю 1 подводится теплоноситель с низ-
кой температурой. В испарителе он отдает тепло-
вую энергию жидкому хладагенту для его испа-
рения и повышения энтальпии. В компрессоре 2
пары хладагента сжимаются, что сопровождается
повышением температуры, и нагнетаются в кон-
денсатор второго контура 3, совмещенного с ис-
парителем первого контура теплового насоса 8.
Предполагается, что данная схема подклю-
чения тепловых насосов позволяет получить уве-
личение температуры подачи теплоносителя в
систему кондиционирования здания при миними-
зации затрат внешней энергии.
Для измерений температуры использовались
температурные датчики (термопреобразователи
сопротивления) ТСП-204 (рис. 4.1). Рабочий диа-
пазон измеряемых температур от -40 до +270 °С.
Показатель тепловой инерции не более 6–8 сек.
Для приема и преобразования сигналов, посту-
пающих от термопреобразователей сопротивле-
ния, в значения температуры, и отображения их
на встроенном цифровом индикаторе применялся
измеритель восьмиканальный с блоком расшире-
ния аналоговых входов И8 8ТС/10-RS485-БП-12-
ИПК-Щ (рис. 4.2). С целью визуализации в режи-
ме реального времени данных, полученных с дат-
чиков, записи их в архив, отображение получен-
ных данных в виде таблиц или графиков, исполь-
зовался индикатор логгер И16П RS 485/4З-USB-
GSM-ИПR-Д (рис. 4.2) и программное обеспече-
ние (система сбора данных) РегМик (рис. 4.4).
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 89
Рис. 4. Основное измерительное оборудование, которое использовалось для проведения эксперимента: 1 – темпера-
турные датчики (термопреобразователи сопротивления) ТСП-204; 2 – измеритель восьмиканальный с блоком расширения
аналоговых входов И8 8ТС/10-RS485-БП-12-ИПК-Щ; 3 – индикатор логгер И16П RS 485/4З-USB-GSM-ИПR-Д;
4 – программное обеспечение (система сбора данных) РегМик.
Fig. 4. The main measuring equipment used for the experiment: 1 – temperature sensors (thermal resistance transduc-
ers) ТСП-204; 2 – an eight-channel meter with an extension block of analog inputs И8 8TS/10-RS485-БП-12-ИПК-Щ; 3 – the indi-
cator logger И16П RS 485/4З-USB-GSM-IPR-D; 4 – software (data collection system) RegMik.
Измерения проводились в трех режимах ра-
боты модуля с последовательно соединенными
кондиционерами. В первом режиме оба конди-
ционера работали с одинаковыми режимами про-
изводительности (режим 11), а в двух последую-
щих режимах уменьшалась производительность
одного модуля (кондиционера) по отношению к
другому (режим 10 и 01). Переключение режимов
производилось тумблером «Макс/Мин» на пане-
ли управления кондиционеров.
В процессе исследования были произведены
измерения температур и рассчитаны такие пара-
метры холодильных машин как коэффициент
трансформации, полезная мощность и затраты
внешней энергии для работы системы. Выполнен
сравнительный анализ эффективности кондицио-
неров работающих в паре (последовательном со-
единении) и одиночного кондиционера.
Экспериментально было установлено, что
температуры Т2, Т4, Т5, Т6 коррелируются с тем-
пературой Т3 (температура на улице), а темпера-
тура Т1 (температура в помещении) фактически
поддерживается неизменной. Кондиционер, под-
ключенный вторым, работает стабильно. Девиа-
ция температур Т2 и Т5 незначительная. В то же
время кондиционер, подключенный первым, ра-
ботает прерывисто. Девиация температур Т4 и Т6
значительная.
Выполнен анализ производительности систе-
мы в зависимости изменения производительности
каждого из подключенных к системе моноблоч-
ных кондиционеров. Также выполнен сравнитель-
ный анализ эффективности роботы системы, со-
стоящей из двух последовательно подключенных
моноблочных кондиционеров и системы, состоя-
щей из одного моноблочного кондиционера.
Графики изменения температур в контроль-
ных точках двухконтурной и одноконтурной хо-
лодильной систем изображены на рис. 5 и рис. 6
соответственно.
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 90
Рис. 5. График изменения температур в контрольных точках двухконтурной холодильной системы
(последовательно соединенных двух моноблочных кондиционеров).
Fig. 5. Graph of temperature changes in the control points of a two-circuit refrigeration system
(in series connected two monoblock conditioners).
Рис. 6. График изменения температур в контрольных точках одноконтурной холодильной системы
(после демонтажа второго кондиционера).
Fig. 6. Graph of temperature changes in the control points of a single-circuit refrigeration system
(after dismantling the second air conditioner).
Экспериментально установлено, что умень-
шение производительности одного из монобло-
ков влечет к уменьшению производительности
системы в целом.
Известно, что основными параметрами холо-
дильных машин являются:
1. Коэффициент полезного действия или ко-
эффициент термической (термодинамической) эф-
фективности. Этот коэффициент представляет со-
бой отношение холодильной мощности и электри-
ческой мощности, потребляемой компрессором.
2. Коэффициент трансформации (холодиль-
ный коэффициент) – величина, характеризующая
энергетическую эффективность работы холо-
дильной машины (равна отношению холодопро-
изводительности к количеству энергии (работе)),
затраченной за единицу времени на осуществле-
ние холодильного цикла. Он зависит от темпера-
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 91
турных условий её работы, и определяется выра-
жением εк=T0/(Т-Т0), где T0 и Т — абсолютные
температуры охлаждаемого объекта и окружаю-
щей среды (кипения и конденсации хладагента).
Соотношение коэффициента полезного дей-
ствия двухконтурной системы к одноконтурной
будет иметь вид:
2
21
1
K
, (4)
где
2 – коэффициент полезного действия двух-
контурной системы,
1 – коэффициент полезного
действия одноконтурной системы.
Учитывая, что
2
2
2
х
э
P
P
, а 1
1
1
х
э
P
P
, (5)
где 1хP и 2хP – холодильная мощность однокон-
турной и двухконтурной системы соответствен-
но, 1эP 2эP – электрическая мощность, потребляе-
мая компрессором одноконтурной и двухконтур-
ной системы соответственно.
С учетом (5) выражение (4) примет вид:
2 1 2 1
21
2 1 1 2
х э х э
э х х э
P P P P
K
P P P P
, (6)
Для определения номинального значения
21K найдем номинальные значения соотношения
холодильных мощностей двухконтурной и одно-
контурной системы – 21рхК и номинальные зна-
чения отношения электрических мощностей по-
требляемых компрессором одноконтурной и
двухконтурной систем – 12єК
max 2 min 22
21
1 max 1 min 1
max 2
max 1
,
рх рхх
рх
х рх рх
рх
рх
V с T ТP
К
P V с T Т
T
T
(7)
где V – объем охлаждаемого помещения; с –
удельная теплоемкость воздуха, max 2рхT и
min 2рхТ – максимальная и минимальная темпера-
тура воздуха в помещении за единицу времени
работы двухконтурной системы, max 1рхT и
min 1рхТ – максимальная и минимальная темпера-
тура воздуха в помещении за единицу времени
работы одноконтурной системы, max 2рхT и
max 1рхT – разница между максимальной и мини-
мальной температурой воздуха в помещении за
единицу времени работы двухконтурной и одно-
контурной систем соответственно.
Подставив в формулу (5) значения темпера-
тур, полученных в ходе исследования, получаем
значение 21рхК =2,17.
Принимая во внимание, что во время прове-
дения эксперимента компрессоры обоих конди-
ционеров работали совместно в двухконтурной
системе, в то время когда в одноконтурной си-
стеме работал только один компрессор, параметр
12єК будет иметь следующее значение:
1
12
2
1
0,5
2
э
є
э
P
К
P
. (8)
Исходя из этого, можно рассчитать значение
21K
2 1 2 1
21
2 1 1 2
21 12 2.17 0.5 1.085,
х э х э
э х х э
рх є
P P P P
K
P P P P
К К
(9)
Таким образом, расчеты показывают, что
двухконтурная система с последовательно со-
единенными кондиционерами работает на 8,5%
эффективнее, чем одноконтурная.
Был выполнен расчет к – коэффициента
трансформации (холодильного коэффициента)
как еще одного параметра, характеризующего
эффективность холодильных машин с целью
проверки полученных результатов:
Х
Г Х
Т
к
Т Т
, (10)
где ХТ – абсолютная температура охлаждаемого
объекта (кипения хладагента), ГТ – абсолютная
температура окружающей среды (конденсации
хладагента).
Нас, как и в предыдущем случае, интересует
не абсолютное значение этих величин для одно-
контурной и двухконтурной систем, а соотноше-
ние данных величин для этих систем. Соотноше-
ние коэффициента трансформации двухконтурной
системы к одноконтурной – K будет иметь вид:
2
2 2 2
11
1 1
2 1 1
2 2 1
( )
,
( )
Х
Г Х
Х
Г Х
Х Г Х
Г Х Х
Т
Т Т
K
Т
Т Т
Т Т Т
Т Т Т
(11)
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 92
где 1ХТ и 2ХТ – абсолютная температура охла-
ждаемого объекта (кипения хладагента) однокон-
турной и двухконтурной систем соответственно,
1ГТ и 2ГТ – абсолютная температура окружаю-
щей среды (конденсации хладагента) однокон-
турной и двухконтурной систем соответственно.
Подставив в (11) значения температур, полу-
ченные экспериментально: ТХ1=14°С; ТХ2=15°С;
1ГТ = 2ГТ =35°С, получим значение K =1,05.
Полученные расчеты показывают, что коэф-
фициент трансформации у двухконтурной систе-
мы с последовательно соединенными кондицио-
нерами на 5% выше, чем у одноконтурной, что
соотносится с результатами эффективности дан-
ной системы.
Таким образом, можно сделать вывод, что
система с последовательным соединением двух
парокомпрессионных установок работает эффек-
тивнее, чем одноконтурная, но при этом следует
отметить, что на эффективность данной системы
значительное влияние имеют параметры рабоче-
го тела.
Выводы. 1. Установлено, что основным не-
достатком теплового насоса является обратная
зависимость его эффективности от разницы тем-
ператур между источником теплоты и потреби-
телем, а также, то что существенным недостат-
ком парокомпрессионных ТНУ является необхо-
димость подвода и отвода теплоты при постоян-
ной температуре.
2. Экспериментально подтверждено, что
двухконтурная система с последовательно со-
единенными кондиционерами работает эффек-
тивнее, чем одноконтурная.
3. Обосновано, что коэффициент трансфор-
мации двухконтурной системы с последователь-
ным соединением парокомпрессионных устано-
вок выше, чем у одноконтурной. А значение это-
го параметра в существенной степени зависит от
параметров рабочего тела.
4. Доказано, что уменьшение коэффициента
трансформации φ происходит не прямо пропорци-
онально увеличению температуры подающего
теплоносителя, а имеет некоторое ускорение, обу-
словленное повышением тепловых потерь в си-
стеме связанных с увеличением давления и темпе-
ратуры. При этом коэффициент ускорения увели-
чивается пропорционально увеличению темпера-
туры подающего теплоносителя.
1. Алимгазин А.Ш., Бахтиярова С.Г., Бергузинов А.Н.
Экологические аспекты применения теплонасосных техно-
логий для теплоснабжения различных объектов в республи-
ке Казахстан. Вестник ПГУ №1. 2010. С. 42-52.
2. Безродний М.К., Галан М.А. Енергетична ефектив-
ність теплонасосоної системи вентиляції з рекуператором
теплоти і рециркуляцією відпрацьованого повітря. Наукові
вісті НТУУ «КПІ». 2011. №2. С. 16-19.
3. Басок Б.И., Беляева Т.Г., Рутенко А.А., Лунина А.А.
Анализ экономической эффективности при реализации теп-
лонасосных систем для теплоснабжения. Пром. теплотехни-
ка. 2008. №4. С. 56-63.
4. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизически
свойствам вещества. М. Наука. 1972 г.
5. Гошовський С.В., Зурьян А.В. Извлечение энергии
тепла Земли. LAMBERT Academic Publishing. 2018. 296 c.
6. Гошовський С.В., Зурьян А.В. Анализ применения
различных источников возобновляемой энергии для опти-
мальной работы теплонасосных систем. Сборник научных
трудов Украинского государственного геологоразведочного
института. 2015. №2. С. 9-20.
7. Гошовський С.В., Зурьян А.В. Грунтовые теплооб-
менники (ГТ) для геотермальних систем теплоснабжения
оптимальне конструкции и характеристики. Сборник науч-
ных трудов Украинского государственного геологоразве-
дочного института. 2013. №4. С. 168-184.
8. Документация для проектирования Bosch
Thermotechnik 6 720 642 483 (2009/12).
URL: https://www.bosch-
climate.ru/files/201212111351220.Condens%207000%20W.pdf
9. Елистратов С.Л. Комплексное исследование эф-
фективности тепловых насосов: дисс. доктора техн. наук:
01.04.14. Новосибирск. 2010. 383 с.
10. Забулонов Ю.Л. Оцінка впливу об’єктів електрое-
нергетики на природне середовище та стан здоров’я насе-
лення. Захист довкілля від антропоген. навантаж. Зб. наук.
пр. 2005. Вип. 11(13).
11. Ильин Р.А., Ильин А.К. Новый подход к оценке эф-
фективности тепловых насосов. Вестник АГТУ. Сер. Мор-
ская техника и технология. 2010. №2. С. 83-87.
12. Калнинь И.М. Техника низких температур на служ-
бе энергетики. Холодильное дело. 1996. №1. С. 26-29.
13. Каплун В.В. Засади сталого розвитку паливно-
енергетичного комплексу україни у світлі виконання вимог
конвенцій РІО. Вісник КНУТД. 2014. №5 (79). С. 64-69.
14. Качинський А.Б., Хміль Т.А. Екологічна безпека
України: аналіз, оцінка та державна політика. К. НІСД.
1997. 127 с.
15. Кидрук М.И. Моделирование и оптимизация сис-
тем теплоснабжения зданий с использованием возобновляе-
мых источников энергии. Нова тема. 2007. №4. С. 13-16.
16. Корчевой Ю.П., Вольчин И.А., Горбунов В.С. та ін.
Экологические аспекты развития теплоэнергетики Украины.
Энергетика и электрификация. 2002. №2. С. 45-50.
17. Кудря С.О. Стан та перспективи розвитку віднов-
люваної енергетики в Україні. Вісник НАН України. 2015.
№12. С. 19-26.
18. Лимаренко А.Н., Тараненко О.О. Экологические по-
следствия получения и использования геотермальной энер-
гии в Украине. Технологический аудит и резервы производ-
ства. 2015. №3/1(23).
19. Любчик Г.Н. Экологические показатели воздействия
энергетических установок на окружающую среду. Промыш-
ленная теплотехника. 1992. т.14. №1-3. С. 72-78.
20. Мацевитий Ю.М., Чиркин Н.Б., Богданович Л.С.,
Клепанда А.С. Внедрение теплонасосных установок. Эко-
технологии и ресурсосбережение. 2008. №3. С. 4-10.
21. Накорчевский А.И. Грунтовые аккумуляторы теплоты
и модернизация коммунальной теплоенергетики. К. Институт
технической теплофизики НАН Украины. 2010. 254 с.
22. Некрасова О.А. Синяк Ю.В. Исследование теплона-
сосных систем отопления (модельный подход). Теплоэнер-
гетика. 1986. №11. С. 30-34.
23. Области применения тепловых наосов. URL:
https://www.atmosfera.ua/ heatpump/oblasti-primeneniya-tn/
https://www.bosch-climate.ru/files/201212111351220.Condens%207000%20W.pdf
https://www.bosch-climate.ru/files/201212111351220.Condens%207000%20W.pdf
https://www.atmosfera.ua/%20heatpump/oblasti-primeneniya-tn/
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 93
24. Овчаров С.В., Стребков А.А., Буряк А.В. Разработка
комбинированной системы отопления жилых домов и ком-
мунальных объектов в сельской местности. Технологиче-
ский аудит и резервы производства. 2015. №1(21). Том 1.
С. 46-51.
25. Олийниченко В.Г., Марченко Е.В. Сравнительный
анализ типов технологического исполнения тепловых насо-
сов. Возобновляемая энергетика и энергоэффективность в
ХХI столетии: Материалы XYIII Международной научно-
практической конференции (27–29 сент. 2017 г.). Киев. 2017.
С. 604-609.
26. Петин Ю.М., Накоряков В.Е. Тепловые насосы. Рос-
сийский химический журнал. 1999. Т. 41. №6. С. 107-111.
27. Попов А.В. Анализ эффективности различных типов
тепловых насосов. Журнал «Проблемы энергосбережение».
№1-2, август 2005 г. URL:
http://www.energosovet.ru/stat422.html.
28. Потапова А.А., Султангузин И.А. Применение теп-
ловых насосов в системе теплоснабжения промышленного
предприятия и города. Металлург. 2010. №9. С. 44-51.
29. Прутська О.О., Федик О.Ю. Сучасний стан та про-
блеми розвитку альтернативної енергетики в Україні. Збір-
ник наукових праць ВНАУ (Вінницький національний аг-
рарний університет). 2012. №1(56). Том 2. С. 158-164.
30. Расчет холодильной машины. URL:
http://twt.mpei.ac.ru/TTHB/2/T_T_5_2_1_Ref.html
31. Розен В.П., Соловей А.И., Балашев А.А. Методиче-
ские указания для работы студентов по лабораторному
практикуму по курсам «Модели и методы оптимизации си-
стем электроснабжения», «Автоматизированные системы
управления и переработки информации» и «Энергетический
менеджмент». К. 1999. 27 с.
32. Татаринова Г.Г. Методология анализа данных в со-
циологии. Условие транзитивности. URL:
http://society.polbu.ru/tatarova_sociology33_all.html
33. Тепловой насос. URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Тепловой_насос
34. Федянин В.Я., Карпов М.К. Использование грунто-
вых теплообменников в системах теплоснабжения. Ползу-
новский вестник. №4. 2006. С. 98-103.
35. Федянин В.Я., Михеев Д.Д. Методика расчета тепло-
вых потоков в грунтовом теплообменнике. Горизонты обра-
зования. 61-я научно-техническая конференция студентов,
аспрантов и профессорско-препода-вательского состава.
2003. Вып. 5. Ч. 11. С. 12-15.
36. Хайнрих Г., Найорк Х., Нестлер В.Тепловые уста-
новки для отопления и горячего водоснабжения.
Стройиздат. М. 1985. 351 с.
37. Шаталов И.К., Фролов М.Ю., Шаталов И.К. Схема
теплонасосной установки с параллельным подключением.
Вестник РУДН, сер. Инженерные исследования. 2003 №1.
С. 103-105
38. Яценко Л.В. Визначення ефективності застосування
комбінованих енергосистем на основі відновлюваних дже-
рел енергії. Технічна електродинаміка. Ч.1. Київ. 1999.
С. 34-41.
ОДНОКОНТУРНІ ТА ДВОКОНТУРНІ ТЕПЛОНАСО-
СНІ СИСТЕМИ. ВЗАЄМОЗВ’ЯЗОК ФІЗИЧНИХ ПРО-
ЦЕСІВ ТА ЕФЕКТИВНОСТІ
С. В. Гошовський, доктор технічних наук, проф.,
О. В. Зур'ян, кандидат технічних наук
Український державний геологорозвідувальний інститут
04114 вул. Автозаводська, 78А, Київ
Наведено теоретичний аналіз особливостей використання і
технологій побудови одноконтурних та двоконтурних теп-
лонасосних систем. Виконано аналіз основних недоліків од-
ноконтурних теплонасосних систем. Аналітично обґрунто-
вано, що процес теплообміну відбувається при змінних
температурах з боку джерела і приймача теплоти, що веде
до додаткових втрат в випарнику і конденсаторі й,
відповідно, до зниження коефіцієнта трансформації теп-
лонасосної системи. Експериментально встановлено, що
зменшення коефіцієнта трансформації відбувається не
прямо пропорційно збільшенню температури теплоносія на
вході в систему, а має деяке прискорення, обумовлене
підвищенням теплових втрат в системі, пов'язаних із
збільшенням тиску і температури. Представлено діючий
макет розробленої і сконструйованої в УкрДГРІ двоконтур-
ної експериментальної теплонасосної системи. Описана
методика проведення досліджень. Наведено характеристи-
ки вимірювального обладнання, що було встановлено на
макеті експериментальної установки й програмного забез-
печення, яке використовувалося для архівування і візуалізації
даних, отриманих в процесі проведення досліджень. Викла-
дені результати наукової роботи, отримані в ході теоре-
тичних розрахунків і експериментальних досліджень ефек-
тивності теплонасосних систем, в залежності від одно-
контурного або двоконтурного виконання. Даються залеж-
ності коефіцієнта трансформації теплового насоса від
кількості контурів. Обґрунтовано залежність ефектив-
ності теплонасосної системи від параметрів первинного
джерела низькопотенційного тепла і конструктивних особ-
ливостей системи теплопостачання. Зроблено висновок, що
двоконтурна система з послідовно з'єднаними контурами
працює ефективніше, ніж одноконтурна. Бібл. 38, табл. 1,
рис. 6.
Ключові слова: тепловий насос, двоконтурний тепловий
насос, енергія довкілля, відновлювані джерела енергії.
REFERENCES
1. Alimgazin A.Sh., Bahtiyarova S.G., Berguzinov A.N.
Ekolohichni aspekty zastosuvannya teplonasosnykh
tekhnolohiy dlya teplopostachannya riznykh obyektiv v
respublitsi Kazakhstan. [Environmental aspects of the appli-
cation of heat pump technologies for heat supply of various
objects in the Republic of Kazakhstan]. Vestnik PGU No. 1.
2010. Pp. 42-52. [in Russian].
2. Bezrodnyj M.K. Galan M.A. Enerhetychna efektyvnist
teplonasosovoyi systemy ventylyatsiyi z rekuperatorom teploty i
retsyrkulyatsiyeyu vidpratsovanoho povitrya. [Energy efficiency
of the heat pump pump system for ventilation with heat recovery
and recirculation of exhaust air]. Naukovi visti NTUU «KPI».
2011. No. 2. Pp. 16-19. [in Ukrainian].
3. Basok B.I., Belyaeva T.G., Rutenko A.A., Lunina A.A.
Analiz ekonomichnoyi efektyvnosti pry realizatsiyi teplona-
sosnykh system dlya teplonavantazhennya. [Analysis of econom-
ic efficiency in the implementation of heat pump systems for
heat supply]. Prom. teplotehnika. 2008. No. 4. Pp. 56-63. [in
Russian].
4. Vargaftik N.B. Spravochnyk po teplofyzycheskym
svoystvam rechovyn. [Handbook of thermophysical properties of
substances]. М. Nauka. 1972. [in Russian].
5. Goshovskiy S.V., Zurian A.V. Izvlecheniye energii tepla
Zemli. [Extraction of energy of heat of the Earth]. LAMBERT
Academic Publishing. 2018. 296p. [in Russian].
6. Goshovskiy S.V., Zurian A.V. Analiz primeneniya
razlichnykh istochnikov vozobnovlyayemoy energii dlya op-
mal'noy raboty teplonasosnykh sistem. [Analysis of the applica-
tion of various renewable energy sources for optimal operation
of heat pump systems]. Sbornik nauchnyih trudov Ukrainskogo
gosudarstvennogo geologorazvedochnogo instituta. 2015. No. 2.
Pp. 9-20. [in Russian].
http://www.energosovet.ru/stat422.html
http://twt.mpei.ac.ru/TTHB/2/T_T_5_2_1_Ref.html
http://society.polbu.ru/tatarova_sociology33_all.html
https://ru.wikipedia.org/wiki/Тепловой_насос
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 94
7. Goshovskiy S.V., Zurian A.V. Gruntovyye teploob-
menniki (GT) dlya geotermal'nykh sistem teplosnabzheniya
optimal'noye konstruktsii i kharakteristiki. [Soil heat exchangers
(GT) for geothermal heating systems are optimally designed and
features]. Sbornik nauchnyih trudov Ukrainskogo gosudarstven-
nogo geologorazvedochnogo institute. 2013. No. 4. Pp. 16-184.
[in Russian].
8. Dokumentatsiya dlya proyektirovaniya Bosch Ther-
motechnik 6720642483 (2009/12). [Design documentation
Bosch Thermotechnik 6 720 642 483(2009/12)]. Retrived from
https://www.bosch-
climate.ru/files/201212111351220.Condens%207000%20W.pdf
[in Russian].
9. Elistratov S.L. Kompleksnoye issledovaniye ef-fektivnosti
teplovykh nasosov [Comprehensive study of the effectiveness of
heat pumps]. diss. doktora tehn. nauk: 01.04.14. Elistratov Sergey
Lvovich. .Novosibirsk. 2010. 383 p. [in Russian].
10. Zabulonov Yu.L. Otsinka vplivu obyektiv elektro-
nerhetiki na pryrodno seredovyshche ta stan zdorovya nasele-
nyynya. Zakhyst dovkillya vid antropohen. navantazh. [Estima-
tion of influence of objects of electric power industry on the
natural environment and state of health of the population Zaxyst
dovkillya vid antropogen. navantazh]. Zb. nauk. pr. 2005.
No. 11(13). Pp. 58-64. [in Ukrainian].
11. Ilin R.A., Ilin A.K. Novyy podkhod k otsenke ef-
fektivnosti teplovykh nasosov. [New approach to evaluating the
efficiency of heat pumps]. Vestnik AGTU. Ser.: Morskaya
tehnika i tehnologiya. 2010. №2. Pp. 83-87. [in Russian]
12. Kalnin I.M. Tekhnika nizkikh temperatur na sluzhbe
energetiki. [Technique of low temperatures in the service of
energy]. Holodilnoe delo. 1996. No. 1. Pp. 26-29. [in Russian].
13. Kaplun V.V. Zasady staloho rozvytku palyvno-
enerhetychnoho kompleksu ukrayiny u Svitli Vykonannya
vymoh konventsiy RIO. [Principles of sustainable development
of Ukraine's fuel and energy complex in the light of the require-
ments of the RIO conventions]. Visnyk KNUTD. 2014. No.
5(79). Pp. 64-69. [in Ukrainian].
14. Kachynskyj A.B., Xmil T.A. Ekolohichna bezpeka
Ukrayiny: analiz, otsinka ta derzhavna polityka. [Ecological
safety of Ukraine: analysis, evaluation and state policy]. К.
NISD. 1997. 127 p. [in Ukrainian].
15. Kidruk M.I. Modelirovaniye i optimizatsiya sistem tep-
losnabzheniya zdaniy s vnedreniyem vozobnovlyayemykh isto-
chnikov energii. [Modeling and optimization of building heat
supply systems using renewable energy sources]. Nova tema.
2007. No. 4. Pp. 13-16. [in Russian].
16. Korcheviy YU.P., Volchin I.A., Horbunov V.S. ta in.
Ekolohichni aspekty rozvytku teploenerhetyky Ukrayiny. [Envi-
ronmental aspects of the development of heat and power engi-
neering of Ukraine]. Energetika i elektrifikatsii. 2002. No. 2.
Pp. 45-50. [in Ukrainian].
17. Kudrya S.O. Stan ta perspektyvy rozvytku vid-
novlyuvanoyi enerhetyky v Ukrayini. [Status and Prospects for
the Development of Renewable Energy in Ukraine]. Vіsnik
NAN Ukraїni. 2015. No. 12. Pp. 19-26. [in Ukrainian].
18. Limarenko A.N., Taranenko O.O. Ekologicheskiye
posledstviya polucheniya i ispol'zovaniya geotermal'noy energii
v Ukraine. [Ecological consequences of obtaining and using
geothermal energy in Ukraine]. Tehnologicheskiy audit i rezervy
proizvodstva. 2015. No.3/1(23). Pp. 19-26. [in Russian].
19. Lyubchik G.N. Ekologicheskiye pokazateli
vozdeystviya energeticheskikh ustanovok na okruzhayushchuyu
sredu. Promyshennaya teplotekhnika. [Environmental indicators
of the impact of energy installations on the environment].
Promyshlennaya teplotehnika. 1992. T.14. No.1-3. Pp. 72-78. [in
Russian].
20. Macevitiy Yu.M., Chirkin N.B., Bogdanovich L.S.,
Klepanda A.S. Vnedreniye teplonasosnykh ustanovok.
Ekotekhnologii i resursosberezheniye. [Introduction of heat
pump installations]. Ekotehnologii i resursosberezhenie. 2008.
No.3. Pp. 4-10. [in Russian]
21. Nakorchevskiy A.I. Gruntovyye akkumulyatory teploty
i modernizatsiya kommunal'noy teploenergetiki. [Soil accumula-
tors of heat and modernization of municipal heat and power
engineering]. K. Institut tehnicheskoy teplofiziki NAN Ukrainy.
2010. 254 p. [in Russian].
22. Nekrasova O.A., Sinyak Yu.V. Issledovaniye teplona-
sosnykh sistem otopleniya (modelnyy podkhod). [Research of heat
pump systems of heating (model approach)]. Teploenergetika. 1986.
No.11. Pp. 30-34. [in Russian].
23. Oblasti primeneniya teplovykh naosov. [Application areas
of thermal pumps]. Retrived from:
https://www.atmosfera.ua/heatpump/oblasti-primeneniya-tn/ 1. [in
Russian].
24. Ovcharov S.V., Strebkov A.A., Buryak A.V. Razrabotka
kombinirovannoy sistemy otopleniya zhilykh domov i kom-
munal'nykh ob"yektov v sel'skoy mestnosti. [Development of a
combined heating system for residential and public buildings in
rural areas]. Tehnologicheskiy audit i rezervy proizvodstva.
2015. No.1(21). T. 1. Pp. 46-51. [in Russian]
25. Oliynichenko V.G., Marchenko E.V. Sravnitelnyy analiz
tipov tekhnologicheskogo ispolneniya teplovykh nasosov. [Com-
parative analysis of the types of technological performance of heat
pumps]. Vozobnovlyaemaya energetika i energoeffektivnost v
ХХI stoletii: Materialy XYIII Mezhdunarodnoy nauchno -
prakticheskoy konferencii. Kiev. 2017. Pp. 604-609. [in Russian].
26. Petin Yu.M., Nakoryakov V.E. Teplovyye nasosy.
[Heat pumps]. Rossiyskiy himicheskiy zhurnal. 1999. Т. 41.
No. 6. Pp. 107-111. [in Russian].
27. Popov A.V. Analiz effektivnosti razlichnykh tipov
teplovykh nasosov. [Analysis of the effectiveness of various
types of heat pumps]. Zhurnal «Problemy energosberezhenie».
2005. No.1-2. Retrived from:
http://www.energosovet.ru/stat422.html [in Russian]
28. Potapova A.A., Sultanguzin I.A. Primeneniye
teplovykh nasosov v sisteme teplosnabzheniya promyshlennogo
predpriyatiya i goroda. [The use of heat pumps in the heat supply
system of industrial enterprises and the city]. Metallurg. 2010.
No.9. Pp. 44-51. [in Russian].
29. Prutska O.O., Fedyk O.Yu. Suchasnyy stan ta prob-
lemy rozvytku alʹternativnoyi enerhetyky v Ukrayini. [Current
state and problems of alternative energy development in
Ukraine]. Zbirnyk naukovykh prats VNAU (Vinnytskyy natsion-
alnyy ahrarnyy universytet). 2012. No.1(56). T. 2. Pp. 158-164.
[in Ukrainian].
30. Raschet kholodil'noy mashiny. [Calculation of the re-
frigeration machine]. Retrived from:
http://twt.mpei.ac.ru/TTHB/2/T_T_5_2_1_Ref.html [in Russian]
31. Rozen V.P., Solovey A.I., Balashev A.A. Metodicheski-
ye ukazaniya dlya raboty studentov po laboratornomu praktiku-
ma po kursam «Modeli i metody optimizatsii sistem elektros-
nabzheniya», «Avtomatizirovannyye sistemy upravleniya i pere-
rabotki informatsii» i «Energeticheskiy menedzhment». [Guide-
lines for the work of students in laboratory practical work on the
courses "Models and methods for optimizing power supply sys-
tems", «Avtomatizirovannye sistemy upravleniya i pererabotki
informacii» i «Energeticheskiy menedzhment»]. К. 1999. 27 p.
[in Russian].
32. Tatarinova G.G. Metodologiya analiza dannykh v
sotsiologii. Usloviye tranzitivnosti. [Methodology of data analy-
sis in sociology. Transitivity condition]. Retrived from:
http://society.polbu.ru/tatarova_sociology33_all.html [in Russian].
33. Teplovoy nasos. [Heat pump]. Retrived from:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Тепловой_насос [in Russian]
34. Fedyanin V.Ya., Karpov M.K. Ispolzovaniye
gruntovykh teploobmennikov v sistemakh teplosnabzheniya.
https://www.bosch-climate.ru/files/201212111351220
https://www.bosch-climate.ru/files/201212111351220
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2019. № 1 95
[The use of ground heat exchangers in heating systems].
Polzunovskiy vestnik. №4. 2006. Pp. 98-103. [in Russian].
35. Fedyanin V.Ya., Miheev D.D. Metodika rascheta
teplovykh potokov v gruntovykh teploobmennike. [The method
of calculating the heat flow in the soil heat exchanger]. Gorizon-
ty obrazovaniya. 61-ya nauchno-tehnicheskaya konferenciya
studentov, asprantov i professorsko-prepodavatelskogo sostava.
2003. No. 5. T. 11. Pp. 12-15. [in Russian].
36. Haynrih G., Nayork H., Nestler V. Teplovyye ustanov-
ki dlya otopleniya i goryachego vodosnabzheniya. [Thermal
installation for heating and hot water]. Stroyizdat. М.
1985. 351 p. [in Russian].
37. Shatalov I.K., Frolov M.Yu. Skhema teplonasosnoy
ustanovki s parallel'nym podklyucheniyem. [Scheme of heat pump
installation with parallel connection]. Vestnik RUDN, ser. Inzhe-
nernye issledovaniya. 2003. No.1. Pp. 103-105. [in Russian].
38. Yacenko L.V. Opredeleniye effektivnosti primeneniya
kombinirovannykh energosistem na osnove vozobnovlyayemykh
istochnikov energii. [Determination of efficiency of application
of combined power systems on the basis of renewable energy
sources]. Texnichna elektrodynamika. 1999. T.1. Pp. 34-41. [in
Russian].
Стаття надійшла до редакції.02.07.18
Остаточна версія 14.03.19
|
| id | veorgua-article-194 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:05:06Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/ca/5c1818529af575f0bdb1b794d04f67ca.pdf |
| spelling | veorgua-article-1942026-07-18T06:32:12Z SINGLE-CIRCUIT AND DUAL-CIRCUIT HEAT PUMP SYSTEMS. INTERRELATION OF PHYSICAL PROCESSES AND EFFICIENCY ОДНОКОНТУРНЫЕ И ДВУХКОНТУРНЫЕ ТЕПЛОНАСОСНЫЕ СИСТЕМЫ. ВЗАИМОСВЯЗЬ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ЭФФЕКТИВНОСТИ Goshovskyi, S. Zurian, O. heat pump, dual-circuit heat pump, energy of environment, renewable energy sources. тепловой насос, двухконтурный тепловой насос, энергия окружающей среды, возобновляемые источники энергии. It contains the theoretical analysis of special aspects of the use and technologies used for single and dual circuit heat pump systems. The analysis of major disadvantages of single circuit heat pump systems is conducted. It is analytically proved that heat exchange process occurs at variable temperatures of the heat source and heat sink and it causes stray load loss in an evaporator and condenser and, correspondently, it decreases the coefficient of performance of the heat pump system. Experiments proved that decrease of the coefficient of performance is not positively associated with increase of the temperature of supply heat transfer medium, but it has some acceleration caused by increase of the system heat loss related to increase of pressure and temperature. It demonstrates functioning model of the experimental dual circuit heat pump system developed and designed by UKRSGRI. It describes the research procedure. It contains specifications of measuring equipment used for the experimental system model and of software used for archiving and visualization of data obtained during research conduction. It states the results of scientific work received by theoretical calculations and experimental testing of the heat pump system efficiency depending on one or dual circuit version. The dependence of heat pump coefficient of performance on the number of circuits is shown. It explains the dependence of the heat pump system efficiency on characteristics of the primary source of low-grade heat and design features of the heat supply system. The conclusion is drawn that the dual circuit system with circuits connected in series is more efficient than the single circuit one. Ref. 8, tab. 8, fig. 4. Приведен теоретический анализ особенностей использования и технологий построения теплонасосных систем в одно-контурном и двухконтурном исполнении. Выполнен анализ основных недостатков одноконтурных теплонасосных систем. Аналитически обосновано, что процесс теплообмена происходит при переменных температурах со стороны источника и приемника теплоты, что ведет к дополнительным потерям в испарителе и конденсаторе и, соответственно, к снижению коэффициента трансформации теплонасосной системы. Экспериментально установлено, что уменьшение коэффициента трансформации происходит не прямо пропорционально увеличению температуры подающего теплоносителя, а имеет некоторое ускорение, обусловленное повышением тепловых потерь в системе, связанных с увеличением давления и температуры. Представлен действующий макет разработанной и сконструированной в УкрГГРИ двухконтурной экспериментальной теплонасосной установки. Описана методика проведения исследований. Приведены характеристики измерительного оборудования, установленного на макете экспериментальной установки и программного обеспечения, которое использовалось для архивирования и визуализации данных, полученных в процессе проведения исследований. Изложены результаты научной работы, полученные в ходе теоретических расчетов и экспериментальных исследований эффективности теплонасосных систем, в зависимости от одноконтурного или двухконтурного исполнения. Даются зависимости коэффициента трансформации теплового насоса от количества контуров. Обоснованы зависимости эффективности теплонасосной системы от параметров первичного источника низкопотенциального тепла и конструктивных особенностей системы теплоснабжения. Сделан вывод, что двухконтурная система с последовательно соединенными контурами работает   эффективнее, чем одноконтурная. Библ. 38, табл.1, рис. 6. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2019-03-18 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/194 10.36296/1819-8058.2019.1(56).83-95 Vidnovluvana energetika ; No. 1(56) (2019): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 83-95 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 1(56) (2019): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 83-95 Відновлювана енергетика; № 1(56) (2019): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 83-95 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2019.1(56) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/194/132 Copyright (c) 2019 S. Goshovskyi, O. Zurian https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | heat pump dual-circuit heat pump energy of environment renewable energy sources. Goshovskyi, S. Zurian, O. SINGLE-CIRCUIT AND DUAL-CIRCUIT HEAT PUMP SYSTEMS. INTERRELATION OF PHYSICAL PROCESSES AND EFFICIENCY |
| title | SINGLE-CIRCUIT AND DUAL-CIRCUIT HEAT PUMP SYSTEMS. INTERRELATION OF PHYSICAL PROCESSES AND EFFICIENCY |
| title_alt | ОДНОКОНТУРНЫЕ И ДВУХКОНТУРНЫЕ ТЕПЛОНАСОСНЫЕ СИСТЕМЫ. ВЗАИМОСВЯЗЬ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ЭФФЕКТИВНОСТИ |
| title_full | SINGLE-CIRCUIT AND DUAL-CIRCUIT HEAT PUMP SYSTEMS. INTERRELATION OF PHYSICAL PROCESSES AND EFFICIENCY |
| title_fullStr | SINGLE-CIRCUIT AND DUAL-CIRCUIT HEAT PUMP SYSTEMS. INTERRELATION OF PHYSICAL PROCESSES AND EFFICIENCY |
| title_full_unstemmed | SINGLE-CIRCUIT AND DUAL-CIRCUIT HEAT PUMP SYSTEMS. INTERRELATION OF PHYSICAL PROCESSES AND EFFICIENCY |
| title_short | SINGLE-CIRCUIT AND DUAL-CIRCUIT HEAT PUMP SYSTEMS. INTERRELATION OF PHYSICAL PROCESSES AND EFFICIENCY |
| title_sort | single-circuit and dual-circuit heat pump systems. interrelation of physical processes and efficiency |
| topic | heat pump dual-circuit heat pump energy of environment renewable energy sources. |
| topic_facet | heat pump dual-circuit heat pump energy of environment renewable energy sources. тепловой насос двухконтурный тепловой насос энергия окружающей среды возобновляемые источники энергии. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/194 |
| work_keys_str_mv | AT goshovskyis singlecircuitanddualcircuitheatpumpsystemsinterrelationofphysicalprocessesandefficiency AT zuriano singlecircuitanddualcircuitheatpumpsystemsinterrelationofphysicalprocessesandefficiency AT goshovskyis odnokonturnyeidvuhkonturnyeteplonasosnyesistemyvzaimosvâzʹfizičeskihprocessoviéffektivnosti AT zuriano odnokonturnyeidvuhkonturnyeteplonasosnyesistemyvzaimosvâzʹfizičeskihprocessoviéffektivnosti |