Автоматизована методика розрахунку параметрів для нетрадиційних технологій опалення та кондиціонування будівель

Abstract

UK: Мета роботи. Розробити автоматизовану методику розрахунку параметрів для теплонасосних систем опалення, кондиціонування та гарячого водопостачання, призначених для застосування в побутових умовах при нестандартних потоках передавання теплової енергії. Методи дослідження. Математичне моделювання термодинамічних процесів, що протікають в системах опалення, кондиціонування та гарячого водопостачання. Отримані результати. Обґрунтована та розроблена автоматизована методика розрахунку параметрів нетрадиційної технології, що використовує стандартне теплонасосне обладнання системи водного опалення для режиму охолодження повітря в теплий період року, та скидання теплоти що відводиться в грунт. А для потреб гарячого водопостачання тепловий насос повітря-рідина, що працює в якості швидкісного водонагрівача. Виконана оцінка розроблених раніше авторами технологій утилізації теплової енергії в будівлях. Перша технологія передбачала застосування схемі з тепловим насосом та тепловим акумулятором в холодний період, та дозволяла зменшити витрати умовного палива в два рази в порівнянні із газовою колонкою для гарячого водопостачання на тому самому об’єкті. Друга технологія передбачала утилізацію теплоти за допомогою теплового акумулятору в комплексній системі кондиціонування та гарячого водопостачання в теплий період, що дозволяє заощадити від 74 до 82% умовного палива в порівнянні зі схемою з котлом та кондиціонером без теплового акумулятору. Зроблено критичні висновки щодо необхідності застосування для цих технологій додаткового габаритного обладнання та надлишковій кількості отримуваної гарячої води. Проаналізовані можливості реалізації такої схеми. Зроблено аналітично обґрунтовані рекомендації щодо конструкції (оребрення поверхонь теплообміну) опалювальних приладів та параметрів режимів їх експлуатації в холодний та теплий періоди року. При цьому виконувалась умова незмінності площ теплообміну опалювальних приладів та базової витрати води в системі опалення. Обґрунтована необхідність в регулюванні режиму кондиціонування шляхом зміни витрати води в системі для підтримання постійної температури внутрішнього повітря при коливаннях температури зовнішнього повітря. Наукова новизна. Вперше приділяється увага дослідженням нетрадиційних способів застосування теплонасосного опалення з метою опалення, кондиціонування та гарячого водопостачання житлових приміщень. Розроблена автоматизована методика визначення раціональних параметрів для даних технологій. Практична цінність. Розроблено автоматизовану методику формування керуючої залежності масової витрати води в системі від температури зовнішнього повітря з умови постійності заданої комфортної температури внутрішнього повітря. Проаналізовано застосування теплового насосу повітря-рідина для гарячого водопостачання в теплий період, відзначено високий коефіцієнт перетворення енергії (14...22). Обґрунтовано економію умовного палива від застосування розглянутої технології від 13% до 18% в порівнянні з технологією, що використовує тепловий акумулятор. EN: Purpose. Develop an automated method for calculating parameters for heat pump systems for heating, air conditioning and hot water supply, designed for use in domestic conditions with non-standard heat transfer flows. Methodology. Mathematical modeling of thermodynamic processes occurring in heating, air conditioning and hot water supply systems. Findings. The automated method of calculating the parameters of non-traditional technology, which uses standard heat pump equipment of the water heating system for the cooling mode of the air in the warm period of the year, and the discharge of heat dissipated into the ground, was substantiated and developed; and for the needs of hot water supply heat pump air-liquid, acting as a high-speed water heater. The estimation of technologies of the thermal energy utilization in buildings developed earlier by authors is executed. The first technology involved the use of a heat pump and heat accumulator scheme in the cold season, and halved the consumption of conventional fuel compared to a gas column for hot water at the same facility. The second technology involved heat recovery with the help of a heat accumulator in a complex system of air conditioning and hot water supply in the warm period, which saves from 74 to 82% of conventional fuel compared to the scheme with boiler and air conditioner without heat accumulator. Critical conclusions were drawn about the need to use additional dimensional equipment for these technologies and the excess amount of hot water received. Possibilities of realization of such scheme were analyzed. Analytically substantiated recommendations on the design (ribbing of heat exchange surfaces) of heating devices and parameters of their operating modes in the cold and warm periods of the year were given. The condition of invariance of heat exchange areas of heating devices and basic water consumption in the heating system was fulfilled. The need to regulate the air conditioning regime by changing the water flow in the system to maintain a constant indoor air temperature with fluctuations in outdoor air temperature was substantiated. Originality. For the first time, attention is paid to the study of non-traditional methods of using heat pump heating for heating, air conditioning and hot water supply of residential premises. The automated method for determining rational parameters for these technologies was developed. Practical value. The automated method of forming the control dependence of the mass flow of water in the system on the outside air temperature on the condition of constancy of the set comfortable indoor air temperature was developed. The use of air-liquid heat pump for hot water supply in the warm period was analyzed, a high energy conversion factor was noted (14 ... 22). The savings of conventional fuel from the application of the considered technology from 13% to 18% in comparison with the technology using a heat accumulator were substantiated.