Введение 8
Глава 1. Обзор литературы, постановка задачи исследования 11
1.1 Типы и применение тепловых насосов 12
1.1.1 Парокомпрессионные тепловые насосы 13
1.1.2 Абсорбционные тепловые насосы 15
1.2 Типы и применение накопителей энергии 19
1.2.1 Однофазные тепловые накопители 21
1.2.2 Тепловые накопители с фазовым переходом «твердое тело жидкость»
1.2.3 Аккумулирующий материал 23
1.3 Стратификация воды 23
1.4 Конфигурация теплопередачи 24
1.5 Тепловой насос с солнечными коллекторами 26
1.6 Аккумулирование тепловой энергии с автономным отопителем.... 32
1.7 Выводы 33
Глава 2. Расход тепловой энергии на отопление офисного здания за 34
отопительный период
2.1 Выбор региона 34
2.2 Анализ теплопотерь в программе Revit 36
2.3 Выводы 39
Глава 3. Моделирование комбинированной системы 40
3.1 Схема и принцип работы комбинированной системы 40
3.1.1 Энергетический анализ системы 45
3.1.2 Эксергетический анализ системы 48
3.2 Результаты расчета 53
3.3 Моделирование в среде TRNSYS 57
3.3.1 Водный тепловой насос 57
3.3.2 Подземный резервуар для сезонного хранения 58
3.3.3 Кожухотрубный теплообменник 58
3.3.4 Теплообменник с поперечным потоком 59
3.3.5 Контроллеры 59
3.3.6 Фаза зарядки 60
3.3.7 Фаза разряда 62
3.4 Результаты в среде TRNSYS 63
3.5 Выводы 67
Заключение 68
Список использованных источников
В настоящее время в России исходя из соображений рационального использования энергетических ресурсов Земли, а также в виду минимизации
вреда окружающей среде и соблюдения основных принципов Федерального
закона No 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической
эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты»
(Федеральный закон No 261-ФЗ, 2009) [1]-возрастает потребность в проектировании возобновляемых или вторичных энергоресурсов. Вышеназванный
закон основывается на принципах стимулирования энергосбережения и рационального использования энергетических ресурсов. По данным на 2019 г.
известно, что в России потребляется около полутора миллиардов тонн у.т. в
год, причем около 40 % этой энергии используется в системах теплоснабжения [2]. Все это сопровождается пагубным воздействием на экологию. В то
же время в России на данный момент не часто встречается использование
возобновляемых источников энергии. Использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) приведет к увеличению энергоэффективности строящихся объектов, а также позволит значительно уменьшить загрязнение
окружающей среды.
Актуальность темы исследования заключается в повышении эффективности использования энергии в системах теплоснабжения зданий и сооружений; снижении вредных факторов, негативно влияющих на экологию; а также
выравнивании циклограммы энерготеплоснабжения объектов путем применения тепловых насосов с солнечными коллекторами и сезонного резервуара
для хранения энергии.
Степень разработанности темы исследования. Множество ученых
посвящали свои исследования тепловым насосам, такие как: Боровков В.М.,
Молодкина М.А., Дацюк Т.А., Васильев Г.Н., Буртасенков Д.Г., Кириллов
Н.Г., Салова Т.Ю. Также вопрос, связанный с тепловыми накопителями, изучали следующие ученые: Куколев М.И., Умеренков Е.В., Котенко Э.В., Ко9
тенко В.И., Цымбалюк Ю.В., Шульгин В.В. Но до сих пор не разработана
общая расчетная модель для проектирования системы теплоснабжения на основе использования в качестве основных элементов теплового насоса и солнечных коллекторов с сезонным резервуаром для хранения энергии.
Целью диссертационной работы является обоснование использования теплового насоса и солнечных коллекторов с резервуаром для сезонного
хранения энергии в офисном здании.
Для достижения поставленной цели исследования были решены следующие задачи:
1) Анализа возможности применения в системе отопления комбинированной системы, состоящей из теплового насоса с солнечными коллекторами и резервуара для сезонного хранения
энергии;
2) Обоснования надобности использования комбинированной системы;
3) Разработки подходов к применению системы теплоснабжения
с использованием теплового насоса и солнечных коллекторов с
резервуаром для сезонного хранения энергии;
4) Выбора системы для конкретного объекта.
Объект исследования. Тепловой насос и солнечные коллекторы с резервуаром для сезонного хранения энергии в системе отопления.
Предметом исследования является система отопления с применением
теплового насоса и солнечных коллекторов с резервуаром для сезонного хранения энергии.
В этом исследовании был разработан, а также теоретически и численно
проанализирован новый тип SAHP с системой аккумулирования тепловой
энергии посредством использования двухпроходного солнечного коллектора
в качестве испарителя. Эта система может работать в трех дополнительных
режимах и имеет TESU и дает устойчивую и эффективную энергию для
отопления офисного здания. Основные выводы сводятся к следующим:
По мере повышения температуры испарителя COP теплового
насоса увеличивается.
Потери в системе уменьшаются за счет использования солнечного коллектора в качестве испарителя. В конструкции с двухходовым коллектором рабочая жидкость перегревается и предотвращается попадание жидкости в компрессор.
По сравнению с обычным SAHP, TESU, входящий в систему
SAHP, способствует расширению применений в области отопления, чтобы
эффективно удовлетворять потребности в более высоких нагрузках.
Система SAHP с модификацией накопителя тепловой энергии
станет моделью для энергоэффективных конструкций.
Полученная в течение 243 мин тепловая энергия берется из HTF
и выделяется в PCM через 390 мин. Это время очень продолжительно из-за
низкой теплопроводности PCM. Для этой двойной трубы могут быть выполнены ребристые конструкции, чтобы увеличить теплопередачу от HTF к PCM
и сократить время плавления и затвердевания PCM.
В этом исследовании программное обеспечение для моделирования системы в основном используется для достижения приемлемых результатов в
переходном режиме. Потребности в обогреве были оценены с помощью программного обеспечения для моделирования энергии и расчета нагрузки для
офисного здания. Согласно результатам, экономия энергии является значительной благодаря уменьшению разности температур между конденсацией и
испарением.
