Оценка энергетической эффективности цикла теплового насоса со ступенчатым сжатием

. Мировые тенденции в области разработки и внедрения теплонасосной техники направлены на увеличение выпуска и модернизацию существующих тепловых насосов. В них экологически обосновано применение хладагентов с нулевым значением потенциала истощения озонового слоя относительно фтортрихлорметана и с минимальными значениями потенциалов глобального потепления относительно диоксида углерода. Перспективными являются теплонасосные установки со ступенчатым сжатием, а также последовательной и каскадной схемами включения, которые обеспечивают более высокую температуру теплоносителя в системе теплоснабжения. Повышение эффективности теплового насоса зависит от совершенства термодинамического цикла работы, выбора рабочего агента и качественного функционирования установки на нерасчетном температурном режиме. В статье приведены результаты исследования показателей эффективности работы тепловых насосов со ступенчатым сжатием. Сформулированы концепции применения теплового насоса с двухступенчатым сжатием рабочего агента. Выполнены экспериментальные исследования с тепловым насосом Altal GWHP26Н мощностью 24,2 кВт на экологичных хладагентах R134а и R600а. Представлены результаты сравнительного расчета показателей эффективности работы однои двухступенчатых тепловых насосов. Рассмотрены различные схемы реализации термодинамического цикла для однои двухступенчатого тепловых насосов. Доказана эффективность работы двухступенчатых тепловых насосов, реализующих термодинамический цикл с переохлаждением конденсата и регенерацией теплоты пара рабочего агента. Двухступенчатый термодинамический цикл теплового насоса сопровождается минимальными потерями при дросселировании жидкого хладагента и решает проблему полезного теплоиспользования для повышения температуры нагреваемого теплоносителя для систем отопления и горячего водоснабжения. Регенерация пара рабочего агента на выходе из испарителя за счет использования регенеративного теплообменника дает также дополнительный эффект по минимизации термодинамических потерь и повышению эффективности циклов парокомпрессионных тепловых насосов в условиях больших перепадов температур в испарителе и конденсаторе.

1. Chicherin, S. V. Comparison of a District Heating System Operation Based on Actual Data – Omsk City, Russia, Case Study / S. V. Chicherin // International Journal of Sustainable Energy. 2018. Vol. 38, No. 6. Р. 603-614. doi:10.1080/14786451.2018.1548466

2. Chicherin, S. Low-Temperature District Heating Distributed from Transmission-Distribution Junctions to Users: Energy and Environmental Modelling / S. Chicherin // Energy Procedia. Vol. 147. Р. 382–389. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.07.107

3. Экологическая целесообразность применения тепловых насосов для отопления индивидуальных жилых домов в Беларуси / Н. В. Лобикова [и др.] // Вестник Белорусско-Российского университета. 2018. Т. 59, № 2. С. 33–44.

4. Способы улучшения обработки воды и повышения энергетических характеристик теплового насоса типа «вода – воздух» / Л. Р. Джунусова [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 4. С. 372–380. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-4-372-380.

5. Разработка и внедрение технологий использования низкопотенциального тепла тепловыми насосами / Д. Г. Закиров [и др.] // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. Т. 94, № 1. С. 85–90.

6. Chicherin, S. GIS-Based Optimisation for District Heating Network Planning / S. Chicherin, A. Volkova, E. Latõšov // Energy Procedia. Vol. 149. Р. 635–641. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.08.228

7. Evaluating the Cost of Heat for End Users in Ultra Low Temperature District Heating Networks with Booster Heat Pumps / J. Vivian [et al.] // Energy. 2018. Vol. 153. Р. 788–800. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.04.081

8. Абильдинова, C. К. Высокотемпературные тепловые насосы, в работе которых используются экологичные хладагенты нового поколения / C. К. Абильдинова, Р. А. Мусабеков, А. С. Расмухаметова // Сб. статей по матер. науч.-практ. конф. «Роль молодежи в становлении экономики знаний» РМСЭЗ – 2018. Алматы: АУЭС, 2018. С. 93–102

9. Курнакова, Н. Ю. О возможности повышения энергоэффективности тепловой схемы ТЭС с применением теплового насоса / Н. Ю. Курнакова, А. В. Нуждин, А. А. Волхонский // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22, № 7. С. 114–122.

10. Directive 2006/40/EC of the European Parliament and of the Council of 17 May 2006 Relating to Emissions from Air-Conditioning Systems in Motor Vehicles and Amending Council Directive 70/156/EC, 2006 [Electronic Resource]. Offcial Journal of the European Union. Mode of access: http://tinyurl.com/lxw8nm.

11. Heat Pump Placement, Connection and Operational Modes in European District Heating / M. A. Sayegh [et al.] // Energy and Buildings. 2018. Vol. 166. Р. 122–144. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.02.006

12. Потенциал использования тепловых насосов для теплоснабжения станций метрополитена / С. Н. Науменко [и др.] // Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2018. Т. 77, № 4. С. 200–204.

13. Does Heat Pumps Perform Energy Efficiently as We Expected: Field Tests and Evaluations on Various Kinds of Heat Pump Systems for Space Heating / J. Deng [et al.] // Energy and Buildings. 2019. Vol. 182. Р. 172–186. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.10.014