.

Комбіновані теплонасосні установки малої потужності для систем теплопостачання: Автореф. дис… канд. техн. наук / Л.М. Тростянецький, Одес. держ. пол

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 2375
Скачать документ

ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Тростянецький Леонід Михайлович

УДК 643.334

КОМБІНОВАНІ ТЕПЛОНАСОСНІ УСТАНОВКИ
МАЛО? ПОТУЖНОСТ? ДЛЯ СИСТЕМ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ

Спеціальність 05.14.04 – Промислова теплоенергетика

АВТОРЕФЕРАТ
дисертац?? на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Одеса – 1999

Дисертація є рукопис.

Робота виконана на кафедр? “Промислова теплотехн?ка та енергозбереження” Одеського державного політехнічного університету

Науковий керівник – кандидат технічних наук, доцент
Титар Сергій Семенович.
Одеський державний пол?техн?чний ун?-
верситет, зав?дуючий кафедрою промис-
лово? теплотехн?ки та енергозбереження.
Оф?ц?йн? опоненти: доктор техн?чних наук, професор
Бурдо Олег Григорович.
Одеська державна академ?я харчових технолог?й, зав?дуючий кафедрою проце-
с?в ? апарат?в

кандидат технічних наук, доцент
Кожелупенко Юр?й Деонисович.
Одеська державна академ?я холоду, доцент кафедри систем терморегулю-
вання.
Пров?дна орган?зац?я – Одеська науково-виробнича ф?рма
“Нов? технолог??”.

Захист відбудеться “ 26” червня 1999 р. о 14-00 годин? на засіданні спеціалізованої ради Д 05.06.02 Одеського державного політехнічного університетіу за адресою: 270044, м. Одеса, проспект Шевченка, 1.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці за адресою: 270044, м. Одеса, проспект Шевченка, 1.

Автореферат розісланий 20 травня 1999 р.

Вчений секретар
спец?ал?з?ровано? ради, професор
Мазуренко А.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Проблема енергозбереження стає одною з найважливіших в енергетиці. Один з найперспективніших напрямків розв’язання цієї проблеми пов’язаний з розвитком різних форм нетрадиційної енергетики, включаючи створення, застосування і вдосконалення теплонасосних установок і систем, розробку і реалізацію раціональних систем комбінування теплових насосів і традиційних систем теплопостачання, теплових насосів і геліосистем тощо. Принцип дії теплового насоса, фізичні причини енергетичної ефективності цього пристрою відомі вже понад ста років. Є широкий досвід практичного застосування цих пристроїв. Незважаючи на очевидні досягнення щодо практичного використання теплових насосів у різних галузях промисловості до цього часу переважним є використання здебільшого парокомпресійних теплових насосів як пристроїв реверсивних відносно установок кондиціювання повітря для розв’язання проблем опалення та деякою мірою гарячого водопостачання.
Відомо, що названий напрямок практичного застосування теплових насосів успішно розвивається перш за все у країнах теплого та помірного клімату, де середньодобова температура навколишнього середовища знижується не більше за 0 0С.
Це дозволяє зберегти працездатність серійно вироблених теплових насосів протягом усього періоду експлуатації. Відомо, що при зниженні температури навколишнього середовища нижче нуля, продуктивність теплових насосів різко знижується, а при деякому значенні цієї температури їх експлуатація стає неможливою. Це добре відома велика залежність статичних характеристик парокомпресійних теплових насосів (ТНУ) та їх енергетичної ефективності від температури низькопотенційного джерела тепла не враховується, як правило, при визначенні схемних і конструктивних технологічних рішень найбільш ефективного застосування ТНУ. Тому не набули заслуженого розвитку різні схеми комбінування ТНУ з традиційними системами теплопостачання чи з іншими пристроями нетрадиційної енергетики.
Велика вада, яка суттєво й несприятливо впливає на інтенсивність практичного застосування ТНУ щодо розв’зання проблем теплопостачання, є високі питомі витрати при створенні цих установок.
З іншого боку, при експлуатації в побуті, у промисловості є значний парк парокомпресійного обладнання для кондиціювання повітря, не призначеного за вихідними експлуатаційними характеристиками до “реверсування” в ТНУ. Разом з тим, як на принципові міркування, це обладнання може працювати так само, як і ТНУ.
Проте теоретичні основи такої реконструкції не розроблено, а конкретний досвід експериментального моделювання таких задач невідомий. Між іншим, успішне дослідження цієї проблеми не лише сприяло б інтесифікації ефективного застосування ТНУ, але й забезпечило б ефект енергозбереження. Викладене доводить актуальність теми даної науково-дослідницької роботи.
Робота зд?йснена у рамках м?жнародно? програми INTAS, що присвячена досл?дженню альтернативних джерел енергопостачання. Тематична направленн?сть ? зм?ст роботи в?дпов?дають основним завданням державно? програми “TASIS” Енергетичного центру ЕС у Ки?в?.
Мета роботи: “Розвинути теоретичні положення експериментального і математичного моделювання комбінованих парокомпресійних ТНУ з тим, аби на цій підставі можна було об’єктивно враховувати вплив схемних рішень статичних характеристик ТНУ на температурні режими їх роботи та енергетичну ефективність, а також визначити методи (шляхи) раціональної реконструкції існуючих побутових кондиціонерів у ТНУ”.
Наукову новизну дисертації окреслено так:
 вперше виконано експериментальні дослідження температурних режимів та енергетичної ефективності різних варіантів реконструювання серійного побутового кондиціонера в побутову ТНУ, що використовує, залежно від схеми, як джерела низькопотенційного тепла – повітря навколишнього середовища або воду від рідинної системи;
 виконано математичне моделювання температурних режимів та енергетичної ефективності індивідуальних і комбінованих ТНУ з урахуванням статичних характеристик теплообмінного обладнання та парокомпресійних агрегатів для типових схемних рішень;
 запропоновано концепцію узагальнення температурних характеристик і показників енергетичної ефективності ТНУ на підставі ідей та процедур, що передбачені теорією подібності, доведено ефективність такого підходу на конктретних результатах теоретичного аналізу.
Результати теоретичних та експериментальних досліджень, виконані за темою дисертації, обґрунтовують таке наукове положення: ”Математичні моделі температурних режимів та енергетичної ефективності комбінованих парокомпресійних теплонасосних установок, що збудовані з урахуванням використання статичних характеристик компресорного і теплообмінного обладнання, створюють об’єктивну основу для правильного вибору схемних рішень і параметрів ТНУ, виявлення раціональних зон експлуатації цих установок, у тому числі як “доводників” для усунення дефіциту теплопостачання в існуючих опалювальних системах, при спільній роботі з геліоустановками й акумуляторами тепла та в інших ситуаціях практичного застосування комбінованих ТНУ”.
Обґрунтованість наукового положення, головних висновків, пропозицій і рекомендацій визначається: задовільним узгодженням розрахункових та експериментальних даних за температурними режимами роботи ТНУ, застосуванням апробованих методів експериментальних та теоретичних досліджень, всебічним аналізом можливих джерел похибок.
Практична цінність дисертації визначається:
1. Розробленими інженерними методами об’єктивного визначення енергетичної ефективності звичайних і комбінованих ТНУ з урахуванням: типу джерела низькопотенційного тепла, статичних характеристик обладнання, показників “енергетичної” та економічної цінності одиниці використаної первинної енергії тощо.
2. Позитивними результатами експериментального моделювання розрахункових варіантів реконструкції парокомпресійних кондиціонерів, що серійно випускаються, для трансформації їх в ефективні, як на енергетичному, так і на економічному рівні, теплонасосні установки.
Дисертація складається зі вступу, чотирьох глав, висновків, рекомендованої літератури, додатків. Обсяг дисертації – 178 сторінок, включаючи 130 сторінок основного тексту, 1 таблицю, 40 рисунків, рекомендовану літературу (47 джерел), додаток.
Головні результати роботи опубліковано у шести працях.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розд?л? дано аналітичний огляд проблеми, що базується на вивченні інформації, рекомендованої в статтях й у відомих монографіях зарубіжних та вітчизняних спеціалістів, таких як Рей і Макмайкл, Хайнріх Г. і Найрон Х., Мартиновський В.С., Янтовський Є.Н та Левин Л.А., Везиришвілі О.Ш. і Меладзе Н.В., Проценко В.П., Кліланд А. та інші. Доведено, що теплонасосна техніка і технологія інтенсивно розвивається, а виробництво ТНУ протягом останніх десятиліть характеризується стійкими тенденціями інтенсивного зростання та споживання. Доведено, що незважаючи на значні успіхи практичного застосування теплонасосних установок у різних галузях промисловості галузь найбільших потреб щодо теплонасосної техніки і технології пов’язана з проблемами теплопостачання. Визначено, що незважаючи на неухильно зростаючий інтерес до адсорбційних та інших “непарокомпресійних” варіантів ТНУ найбільше поширення й розвиток набули саме парокомпресійні ТНУ. З аналітичного огляду випливає:
1. Великою вадою ТНУ є значні капітальні витрати, що робить економічно виправданим застосування цих установок тільки при певних співвідношеннях між цінами на “замикаюче” паливо й одиницю встановленого обладнання. Тому використання як резерву для”перетворення” на теплонасосні установки існуючого парку парокомпресійних кондиціонерів становить перспективну й актуальну науково-технічну проблему, успішне розв’язання якої пророкує економічний ефект. В літературі немає відомостей щодо експериментальних й аналітичних досліджень цієї проблеми, також як і практичних рекомендацій її реалізації.
2. Теоретичні дослідження теплонасосних установок визначають математичні моделі їх статичних характеристик, а закономірності енергетичної чи економічної ефективності вивчаються за умов орієнтації на номінальні режими роботи ТНУ. Оскільки для ТНУ типові є істотно змінні режими роботи, але зміна температур підведення та відведення тепла дуже впливає на продуктивність та ефективність роботи ТНУ, тому існуючий підхід до розрахунково-теоретичних досліджень потребує відповідних змін і вдосконалення.
3. Існують різні схеми застосування ТНУ в комбінованих системах теплопостачання, але немає математичних моделей, що описують енергетичні характеристики різних схем комбінованих ТНУ та досвід їх порівняльного аналізу.
4. Одне з загальновизнаних і найпоширеніших застосувань ТНУ пов’язано з задачами опалення і гарячого водопостачання. Виняткова різноманітність джерел практичних задач цієї галузі актуалізує теоретичний підхід до створення узагальнених характеристик теплонасосних установок, включаючи визначення їхньої енергетичної ефективності. Але пропозиції цього напрямку невідомі.
Сформульовані висновки так окреслюють задачі цієї дисертаційної роботи:
1. Розробити методики теоретичного аналізу “енергетичної” ефективності парокомпресійних теплонасосних установок,звичайних і комбінованих, з урахуванням температурних режимів їх роботи, статичних характеристик теплообмінних апаратів і компресорних груп.
2. Виконати теоретичний аналіз енергетичної ефективності деяких варіантів перспективного застосування комбінованих теплонасосних установок, включаючи схемні рішення сполучення теплонасосних установок і споживачів тепла, в тому числі за умов використання ТНУ як “доводників” тепла існуючих систем теплопостачання.
3. Виконати експериментальне моделювання теплових режимів побутового парокомпресійного кондиціонера типу ПК, що реконструйований у теплонасосну установку, визначити найкращі варіанти реконструкції та їх ефективність для обґрунтування рекомендацій щодо практичного застосування.
4. Експериментально перевірити адекватність розроблених методик теоретичного аналізу, а також деяких практичних задач, показати ефективність їх застосування.
Другий розд?л дисертації висвітлює питання математичного моделювання температурних режимів і характеристик енергетичної ефективності комбінованих теплонасосних установок. У ній:
1. Розглянуто принципові схеми комбінування теплонасосних установок та вихідні положення побудови математичних моделей.
2. Створено математичні моделі температурних режимів ефективності комбінованих ТНУ.
3. Запропоновано, обґрунтовано та реалізовано узагальнений метод аналізу енергетичної ефективності комбінованих ТНУ на підставі ідей та відомих положень теорії подібності.
4. Розглянуто зміни в методиках математичного моделювання з використанням у системі сукупності теплових насосів, що утворюють теплонасосну групу (ТНГ), де ТН можуть бути сполучені послідовно чи паралельно.
5. Дано численні приклади реалізації математичних моделей. Помічено, що з погляду побудови математичних моделей комбінованих ТНУ, різні схеми комбінування можна подати двома варіантами спільної роботи ТНУ (ТН) і теплообмінника рідинної системи, з якою “комбінується” ТНУ.
Ці варіанти схемних сполучень показано на рис.1. Використано відомі співвідношення перевірочного розрахунку теплообмінних апаратів, нехтуючи зміни середніх значень коефіцієнтів теплопередачі та “водяних еквівалентів” теплоносіїв у теплообмінниках ТНУ, оскільки для головних апаратів ТНУ (випарник і конденсатор) галузі конвективних зон (перегріта пара, переохолоджений конденсат тощо) не роблять, як правило, істотний внесок у загальну поверхню теплообміну відповідного апарата. Використано також лінеаризовані статичні характеристики парокомпресійних груп у вигляді
(1)
або у вигляді
. (2)
На цій основі в дисертації здобуто рівняння, що визначають залежність характерних температур ТНУ від головних чинників (температури джерела низькопотенційного тепла, температури навколишнього середовища, коефіцієнтів теплопередачі ki, поверхонь теплообмінників Fi і т.д.). На цій самій основі одержано рівняння для розрахунку енергетичної ефективності щодо різних альтернативних варіантів усунення дефіциту теплопостачання.
Встановлено, що слід розрізняти два головні режими роботи ТНУ – “безперервний” і “ періодичний”.

А.

В.

Рис.1
А. Схема 1 комбінованої теплонасосної установки та розімкнутої рідинної системи теплопостачання з наперед ввімкнутою установкою теплового насоса;
F1 – теплообмінник, що сполучає рідинну систему теплопостачання з ТНУ; ТН – тепловий насос; F2 – теплообмінник, що передає тепло споживачу тепла від рідинної системи.
В. Схема 2 комбінованої теплонасосної установки та розімкнутої рідинної системи теплопостачання з “послідовною” установкою теплового насоса
F1 – див. вище; ТН – див. вище; F2 – див. вище.
При безперервному режимі досяжна теплопродуктивність ТН Qтн менша за дефіцит теплопостачання або дорівнює йому в існуючій системі опалення, яка при номінальному теплоспоживанні Q0 забезпечує лише Q0, тобто
. (3)
Вважається, що величина теплової потужності Q, яку бракує і яка дорівнює
Q0–Q10–Qтн=Q, (4)
компенсують, використовуючи електрообігрів або газовий обігрів.
За таких умов результуюче рівняння, яке визначає “енергетичну” ефективність застосування ТНУ, що працює за схемою 2 , за умов безперервної роботи має вигляд
. (5)
Для схеми 1 при безперервній роботі відповідно матимемо
(6)
Для періодичної роботи вихідне рівняння, що визначає економію витрат, має одну ту саму форму для схем 1 і 2
. (7)
Використано співвідношення для Q0 і Q10 у вигляді
(8)
та
, (9)
а також рівняння для визначення відносного періоду безперервної роботи ТНУ
. (10)
Це рівняння здобуто з міркувань, що перехід до періодичної роботи (

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019