Способы улучшения обработки воды и повышения энергетических характеристик теплового насоса типа «вода – воздух»

Выполнено научно-теоретическое обоснование энергетических характеристик теплового насоса, напрямую зависящих от качества подготовленной воды, для надежной и бесперебойной работы испарителя теплового насоса и компрессора. На основе экспериментальных данных рассчитаны энергетические показатели теплового насоса. Рассмотрен способ комбинированной технологии работы теплового насоса типа «вода – воздух», эффективность которой основана на предварительном улучшении качества умягченной воды с помощью мембранной ультрафильтрационной установки. Такое решение позволило уменьшить нагрузку на фильтры и исключить использование химических реагентов, применяемых в классических схемах водоподогревательных установок. В целях усовершенствования работы компрессора теплового насоса предложен метод, основанный на изменении скорости вращения вала с помощью электронных микропроцессорных устройств. Для регулирования производительности компрессора использован частотный преобразователь, обладающий широким диапазоном изменения частоты переменного тока. Исследованы интервалы изменения частоты переменного тока, соответствующие энергоэффективным значениям коэффициента преобразования энергии теплового насоса. Полученные в ходе экспериментов и определенные расчетным путем значения коэффициента преобразования энергии теплового насоса согласуются между собой в пределах погрешностей эксперимента с регулированием производительности компрессора. Предложенная экспериментальная установка позволила определить зависимость основных характеристик блока теплонасосной установки от числа оборотов компрессора и найти эффективный диапазон его регулирования (50–180 %). Разработка усовершенствованных технологий для очистки природных вод в условиях повышенных антропогенных нагрузок на природные источники воды является приоритетной среди фундаментальных и прикладных исследований в области водоподготовки.

1. Krishnamoorthy, S. Efficiency Optimization of a Variable-Capacity/Variable-Blower-Speed Residential Heat-Pump System with Ductwork / S. Krishnamoorthy, M. Modera, C. Harrington // Energy and Buildings. 2017. Vol. 150. Р. 294–306. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.05.066.

2. Study on Optimization of Underground Water Source Heat Pump / Z. Kang [et al.] // Procedia Engineering. 2017. Vol. 205. Р. 1691–1697. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.353.

3. Многотемпературный тепловой насос с каскадным включением компрессоров / М. Л. Шит [и др.] // Проблемы региональной энергетики. 2017. Т. 34, № 2. С. 90–97.

4. Optimal Operation, Configuration and Sizing of Generation and Storage Technologies for Residential Heat Pump Systems in the Spotlight of Self-Consumption of Photovoltaic Electricity / T. Beck [et al.] // Applied Energy. 2017. Vol. 188. Р. 604–619. https://doi.org/0.1016/j. apenergy.2016.12.041.

5. Design of Serially Connected District Heating Heat Pumps Utilising a Geothermal Heat Source / J. K. Jensen [et al.] // Energy. 2017. Vol. 137. Р. 865–877. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.03.164.

6. Heat Roadmap Europe: Large-Scale Electric Heat Pumps in District Heating Systems / A. David [et al.] // Energies. 2017. Vol. 10, No 4. Р. 1–18. https://doi.org/10.3390/en10040578.

7. Large Heat Pumps in Swedish District Heating Systems / H. Averfalk [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 79. Р. 1275–1284. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.135.

8. Simulation, Implementation and Monitoring of Heat Pump Load Shifting Using a Predictive Controller / J. Allison [et al.] // Energy Conversion and Management. 2017. Vol. 150. Р. 890–903. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.04.093.

9. Чичерин, С. В. Методика планирования нагрузок системы централизованного теплоснабжения / С. В. Чичерин, С. В. Глухов // Градостроительство и архитектура. 2017. Т. 7, № 3. С. 129–136. https://doi.org/10.17673/Vestnik.2017.03.22.

10. Тепловые насосы для ТЭЦ и теплофикационных ПГУ: «территория заблуждений» и направления развития / В. Е. Михайлов [и др.] // Энергетик. 2017. № 3. С. 7–12.

11. Чичерин, С. В. О вопросах реконструкции систем теплоснабжения в городах России и стран СНГ / С. В. Чичерин // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2017. Т. 997, № 9. С. 34–35.

12. Janghorban Esfahani, I. Evaluation and Optimization of a Multi-Effect EvaporationAbsorption Heat Pump Desalination Based Conventional and Advanced Exergy and Exergoeconomic Analyses / I. Janghorban Esfahani, S. Lee, C. Yoo // Desalination. 2015. Vol. 359. Р. 92–107. https://doi.org/10.1016/j.desal.2014.12.030.

13. Comparative Assessment of Different Categories of Absorption Heat Transformers in Water Desalination Process / K. Parham [et al.] // Desalination. 2016. Vol. 396. Р. 17–29. https://doi.org/10.1016/j.desal.2016.05.031.

14. Stormwater Management by Microfiltration and Ultrafiltration Treatment / A. D. Ortega Sandoval [et al.] // Journal of Water Process Engineering. 2017. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2017.07.018.

15. Šarevski, M. N. Thermal Characteristics of High-Temperature R718 Heat Pumps with Turbo Compressor Thermal Vapor Recompression / M. N. Šarevski, V. N. Šarevski // Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 117. Р. 355–365. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng. 2017.02.035.

16. Шит, М. Л. Система автоматической стабилизации давления перед испарителями в многофункциональном тепловом насосе / М. Л. Шит, А. А. Журавлев // Проблемы региональной энергетики. 2017. Т. 33, № 1. С. 93–99.

17. Leonzio, G. Mathematical Model of Absorption and Hybrid Heat Pump / G. Leonzio // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017. Vol. 25, No 10. Р. 1492–1504. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2017.06.015.

18. Experimental Study of Enhancing Heating Performance of the Air-Source Heat Pump by Using a Novel Heat Recovery Device Designed for Reusing the Energy of the Compressor Shell / B. Huang [et al.] // Energy Conversion and Management. 2017. Vol. 138. Р. 38–44. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.01.061.

19. Ганеев, Р. Ш. Компьютерное исследование эксергетического коэффициента полезного действия контура теплового насоса с аппроксимацией термодинамических свойств фреона R407C / Р. Ш. Ганеев, Э. Н. Самигуллина, Р. Ф. Маннанова // Вестник Московского энергетического института. 2017. № 1. С. 6–12.

20. A Comprehensive Approach to Find the Performance Map of a Heat Pump Using Experiment and Soft Computing Methods / M. H. Moradi [et al.] // Energy Conversion and Management. 2017. Vol. 153. Р. 224–242. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.09.070.

21. Techno-Economic Analysis of Air Source Heat Pump Applied for Space Heating in Northern China / Q. Zhang [et al.] // Applied Energy. 2017. Vol. 207. Р. 533–542. https://doi.org/10 1016/j.apenergy.2017.06.083.

22. A High-Efficient Centrifugal Heat Pump with Industrial Waste Heat Recovery for District Heating / B. Hu [et al.] // Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 125. Р. 359–365. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.07.030.

23. Amoabeng, K. O. A Study on the Performance Characteristics of a Testing Facility for a Water-to-Water Heat Pump / K. O. Amoabeng, K. H. Lee, J. M. Choi // International Journal of Refrigeration. 2018. Vol. 86. P. 113–126. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2017.11.013.

24. Numerical Study on the Optimal Design of Injection-Hole Geometries of a Twin Rotary Compressor in a Liquid Injection Heat Pump / Y. Jeon [et al.] // Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 113. Р. 1178–1188. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.11.115.

25. Математическая модель теплового расчета конденсаторов тепловых насосов, использующих в качестве рабочих агентов неазеотропные смеси предельных углеводородов / А. П. Усачев [и др.] // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения. 2017. Т. 1, № 1. С. 123–128.

26. Коваленко, Н. В. Тепловые насосы для отопления железнодорожных объектов / Н. В. Коваленко, Е. Н. Пирогов, В. А. Семеновых // Путь и путевое хозяйство. 2017. № 6. С. 32–35.

27. Чичерин, С. В. Наружная коррозия как основная причина повреждаемости тепловых сетей и способы защиты от нее / С. В. Чичерин // Вестник Московского энергетического института. 2017. № 4. С. 50–54. https://doi.org/10.24160/1993-6982-2017-4-50-54.

28. Low-Cost Control System Built upon Consumer-Based Electronics for Supervisory Control of a Gas-Operated Heat Pump. Part 2 / R. Wetherington [et al.] // ASHRAE Transactions. 2017. Vol. 123. Р. 72–79.

29. Monitoring of Gas Driven Absorption Heat Pumps and Comparing Energy Efficiency on Primary Energy / M. Fumagalli [et al.] // Renewable Energy. 2017. Vol. 110. Р. 115–125. https://doi.org/10.1016/j.renene.2016.12.058.

30. Чичерин, С. В. Анализ проектных решений, связанных с расположением измерительных пунктов системы оперативного дистанционного контроля / С. В. Чичерин // Автоматизация и IT в энергетике. 2017. № 12. С. 12–15.

31. Saprykina, N. Yu. Investigation of the Formation of the Temperature Field of Soil during the Operation Geothermal Heat Pumps under the Influence of Groundwaters / N. Yu. Saprykina, P. V. Yakovlev // Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2017. Vol. 36, No 4. Р. 58–69.

32. Джунусова, Л.Р. Улучшение качества обессоленной воды на комбинированной ВПУ котельных / Л. Р. Джунусова // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2016. №. 23. С. 167–176. https://doi.org/10.15518/isjaee.2015.23.02.