УДК 621.577/697.34.

Бергенжанова Гулим Рысказыевна -  к.т.н., доцент АУЭС

Елеманова Алия Аликовна – старший преподаватель  АУЭС 

 

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТНУ

 

Теплонасосные установки (Термотрансформаторы) позволяют осуществлять построение экономичных и экологически чистых систем теплоснабжения и кондиционирования. Независимо от типа привода системы с теплонасосными установками (ТНУ) оказываются весьма эффективными, а суммарный коэффициент преобразования энергии (КОП-отношение выработанного тепла к подведенной энергии на привод компрессора) обычно превышает 1 /1/. Современные тепловые насосы имеют КОП, лежащий в пределах от 2 до 7.

Источниками низкопотенциального тепла для ТНУ могут быть: тепло глубоких и поверхностных слоев грунта, тепло водоемов тепло окружающего воздуха, сбросная теплота, солнечная энергия (солнечный коллектор).

Цель исследований – физическое моделирование системы теплоснабжения  с целью получения исходных данных для проектирования систем теплоснабжения и кондиционирования, включающих ТНУ.

Объектом исследования является система теплоснабжения, включающая тепловой насос. Тепловым насосом принято называть устройство, предназначенное для получения теплоты на основе обрат­ного термодинамического цикла. Цель применения тепло­вых насосов в системах теплоснабжения — экономия топлива по сравнению с непосред­ственным его сжиганием в печах и котлах.

Регулирование тепловой мощности систем теплоснабжения и кондиционирования с использованием ТНУ должно предусматривать соблюдение следующих принципов /2/:

- в процессе регулирования следует, по возможности, устанавливать режимы работы ТНУ со значениями КПЭ, близкими к максимальным;

- тепловой насос должен обеспечивать требуемую температуру воды в системе горячего водоснабжения, если объект оборудован таковой;

- устройства регулирования должны автоматически поддерживать необходимые температуры в системах отопления и горячего водоснабжения.

Регулирование тепловой мощности может быть ступенчатым и непрерывным (плавным). Первое обычно легче осуществить практически (например, переключением обмоток приводных электродвигателей переменного тока, работа в режиме «стоп-пуск»). Такой способ регулирования осуществляется в большинстве ТНУ.

При ступенчатом регулировании отопления имеют место колебания температуры в пределах заданной /3/ (рис. 1), что неблагоприятно сказывается на комфортности микроклимата в помещении. Если со ступенчатым регулированием ТНУ сочетается количественное регулирование системы теплоснабжения, то поддержание температур достигается изменением режима работы циркуляционных насосов внешних контуров которые должны быть согласованы с частотой вращения вала привода ТНУ, в результате чего схема автоматизации усложняется. Важно отметить, что при ступенчатом режиме работы ТНУ резкое изменение мощности, частый пуск-останов приводят к снижению ресурса установки.

Рисунок 1 Схема ступенчатого отопления

Q-тепловая нагрузка; t-температура в помещении; z-время.

 

Плавное регулирование предполагает применение электродвигателей с дополнительными устройствами - частотными преобразователями.

Стоимость ТНУ в этих случаях возрастает, но такая ТНУ быстро окупается так как  её экономичность выше благодаря возможности поддержания оптимальных параметров при любых режимах работы.

Выгоды применения частотных преобразователей для управления скоростью вращения однофазных и трёхфазных асинхронных двигателей очевидны. Это экономия электроэнергии, уменьшение износа оборудования и, соответственно, увеличение срока его службы, предотвращение таких нежелательных явлений, как гидроудары в контуре хладоагента. Кроме выше перечисленных преимуществ, применение частотного преобразователя позволяет сократить затраты на автоматизацию системы тепло-, хладоснабжения в целом.

В соответствии с целью исследований необходимо экспериментальным путем определить зависимость основных энергетических характеристик (теплопроизводительность, КПД, КОП)  от числа оборотов компрессора (n), провести оценку достоверности результатов исследований.

Измеряемые параметры выводятся на персональный компьютер при помощи  контроллера CFP  (CompactFieldPoint). Для автоматизации экспериментальных исследований, расчета ТНУ и обработки результатов в реальном времени разработано приложение в программной среде LabVIEW Real Time.

Предложенная экспериментальная установка позволит получить зависимости основных характеристик (η, Qк, φ) от числа оборотов различных видов компрессоров и определить возможный диапазон регулирования. Эти данные позволят рекомендовать для проектирования ТНУ с системами качественного регулирования и обеспечат более глубокое регулирование мощности и температурных режимов, лучшее согласование с изменяющимися параметрами источников теплоты, систем кондиционирования, окружающей среды, а также высокую экономичность в процессе эксплуатации.

 

 

Литература

 

1.  Бутузов В.А. Перспективы применения тепловых насосов // Про­мышленная энергетика. - 2005. - № 10.

2.  Горожанкин С.А. Эффективность тепловых насосов, работающих по циклу Стирлинга // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып.21. – К.: Технiка, 2000.

3.  Богословский В.Н. Тепловой режим здания. – М.: Стройиздат, 1979. – 248с., ил.