Эксергетическая оптимизация параметров теплонасосной системы теплоснабжения

Аннотация

Relevance: due to the fact that our country does not have its own production of heat pumps that meet modern world requirements, the Uzbek market offers products from foreign companies that produce similar equipment. At the same time, today the production of heat pumps in the world is subordinated, first of all, to the specific interests of the manufacturing countries (this refers not only to climatic features, but also to the level of applied construction technologies, architectural, planning and engineering solutions, the level of technology in the production of heat pump equipment, market needs and other factors). Therefore, the use of imported equipment and blind copying of foreign projects for the conditions of Uzbekistan can not only lead to suboptimal solutions. The feasibility of using heat pumps and the optimal modes of their operation for each specific facility can be determined only on the basis of completed thermodynamic and technical and economic calculations. Aim: to show the possibility of using the thermoeconomic method to optimize the operating modes of a steam compression heat pump unit operating in an autonomous heating system of a municipal facility. Methods: exergy analysis methods were used during development. When optimizing the parameters of heat pumps, the system of compiled equations was differentiated. Results: confirmed by calculation using the optimization model proposed on the basis of the exergy analysis method for the parameters of heat pumps when heating the premises of a building. An important advantage of the method is the accuracy of the thermodynamic calculation. Real calculations show that it is possible to take into account exergy losses during heat transfer through the elements of the system.

Английская аннотация из статьи. Авторская аннотация воспроизводится на условиях лицензии CC BY-NC-ND 4.0. Аннотация дана на английском языке.

Ключевые слова

• тепловой насос
• эксергетический анализ
• термоэкономическая оптимизация
• водяной тепловой насос
• теплообменники
• Ташкентская область

Простыми словами

Авторы из Института проблем энергетики и Ташкентского государственного технического университета построили эксергоэкономическую (термоэкономическую) модель автономной системы отопления коммунального здания с парокомпрессионным тепловым насосом. Система включает компрессор с электроприводом, конденсатор, расширительный вентиль, испаритель, насосы низкопотенциального и промежуточного теплоносителей и конвективный воздухонагреватель с вентилятором. Модель делит ее на три зоны; целевая функция — переменная часть приведенных затрат эксергии: электроэнергия на компрессор, насосы и вентилятор, а также отчисления на амортизацию и ремонт каждого элемента.

Приравнивание к нулю производных этих затрат по шести переменным дает условия минимума. Переменные — изменения температуры воздуха, промежуточного и низкопотенциального теплоносителей, а также логарифмические температурные напоры в отопительном приборе, конденсаторе и испарителе. В расчетном примере тепловой насос отдает 4 кВт теплоты; наружный воздух −7 °C, помещение 18 °C, вода низкопотенциального источника 10 °C, хладагент R134 с переохлаждением 5 °C и перегревом 5 °C, электроэнергия 0,9 тыс. сум за кВт·ч, отопительный период в Ташкентской области 1 560,5 ч.

На каждой кривой затрат четко виден минимум. Для этих условий авторы рекомендуют для теплового насоса, использующего теплоту окружающей среды, температурные перепады 4,5 °C в испарителе, 5 °C в конденсаторе и 5,5 °C в отопительном приборе. Они делают вывод, что модель позволяет аналитически определить проектные условия и режимы работы любой парокомпрессионной теплонасосной установки в такой схеме.

Как цитировать

A. I. Anarbayev and M. A. Koroli (2024). Exergy optimization of parameters of a heat pump heating system. Energiya va resurs tejash muammolari (Problems of Energy and Sources Saving), No. 3, 2024, pp. 94–102. https://doi.org/10.5281/zenodo.14032812