Регулирование температуры конденсации парокомпрессионного теплового насоса на базе поршневой длинноходовой компрессорной ступени при фиксированных температурах воспринимающего теплоносителя

Рассмотрен теоретический цикл теплового насоса, реализуемый в том числе на базе поршневой длинноходовой тихоходной компрессорной ступени при фиксированных температурах воспринимающего теплоносителя. Энергетическими составляющими являются индикаторная мощность компрессора, тепловая мощность потребителя, дополнительная тепловая мощность, подводимая к рабочему телу теплового насоса перед процессом сжатия, а также дополнительная тепловая мощность, подводимая к рабочему телу теплового насоса или отводимая от него в процессе сжатия. В качестве независимых параметров регулирования рассмотрены: соотношение массовых расходов рабочего тела теплового насоса и воспринимающего теплоносителя; перегрев рабочего тела теплового насоса на всасывании и показатель политропы сжатия.

Выполнен анализ возможных расчетных и нерасчетных режимов работы теплового насоса при фиксированных режимных параметрах потребителя. Разработана методика определения термодинамической эффективности идеального теплового насоса при различных способах регулирования температуры конденсации. Исследована взаимосвязь коэффициента преобразования теплового насоса с различными способами регулирования температуры конденсации при использовании в качестве его рабочего тела водяного пара. Представленные результаты теоретического анализа отражают характер зависимости тепловой мощности и коэффициента преобразования теплового насоса от соотношения массовых расходов воспринимающего теплоносителя и рабочего тела теплового насоса, показателя политропы процесса сжатия, перегрева пара на всасывании.

1. Антипов Ю. А. Утилизация вторичных энергоресурсов газовых двигателей и газотурбинных установок с использованием тепловых насосов: автореф. … дис. канд. техн. наук. Москва, 2005. 16 с.

2. Захаров М. К. Сравнение эффективности применения различных вариантов теплового насоса // Химическая промышленность. 2002. № 8. С. 1–7.

3. Коновалов В. И., Романова Е. В., Гатапова Н. Ц. Сушка с тепловыми насосами в химической промышленности: возможности и экспериментальная техника // Вестник ТГТУ. 2011. Т. 17, № 1. С. 153–178.

4. Амерханов Р. А. Тепловые насосы. Москва: Энергоатомиздат, 2005. 160 с.

5. Шомова Т. П. Повышение энергетической эффективности газоперерабатывающих предприятий на основе применения тепловых насосов: автореф. дис. … канд. техн. наук. Иваново, 2014. 20 с.

6. Малафеев И. И., Ильин Г. А., Крысанов К. С. Рабочие тела высокотемпературных тепловых насосов. Современное состояние вопроса и направления развития // Известия МГТУ «МАМИ». 2014. T. 3, № 3 (21). С. 53–58.

7. Елистратов С. Е. Комплексное исследование эффективности тепловых насосов: автореф. дис. … канд. техн. наук. Новосибирск, 2011. 40 с.

8. Рей Д., Макмайл Д. Тепловые насосы. Москва: Энергоиздат, 1982. 224 с.

9. Trott A. R., Welch T. Refrigeration and Air-Conditioning. 3rd ed. Butterworth Heinemann, Oxford, 2000. 377 p.

10. Bellocchi S., Guizzi G. L., Manno M. [et al.]. Reversible heat pump HVAC system with regenerative heat exchanger for electric vehiles: Analysis of its impact on driving range // Applied Thermal Engineering. 2018. Vol. 129. P. 290–305. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2017.10.020.

11. 13th IEA Heat Pump Conference 2021/ Conference Proceedings — Full Papers. URL: https://heatpumpingtechnologies.org/publications/13th-iea-heat-pumpconference-2021-conference-proceedings-full-papers/ (дата обращения: 18.10.2022).

12. Pedersen S. Annex 47: Heat Pumps in District Heating and Cooling Systems // Heat Pump Technologies Magazine. 2020. Vol. 38, № 1. P. 27–30.

13. Kitanovski A., Plaznik U., Tomc U. [et al.]. Present and future caloric refrigeration and heat-pump technologies // International Journal of Refrigeration. 2015. Vol. 57. P. 288–298.

14. Song Y., Cui C., Yin X. [et al.]. Advanced development and application of transcritical CO2 refrigeration and heat pump technology–A review // Energy Reports. 2022. Vol. 8. P. 7840–7869. DOI: 10.1016/j.egyr.2022.05.233.

15. Saito K. Latest heat pump technologies in Japan / 12th IEA Heat Pump Conference (2017) K.4.7.1. URL: https://heatpumpingtechnologies.org/archive/hpc2017/wp-content/uploads2017/06/k471.pdf (дата обращения: 12.10.2022).

16. Володин В. И., Седляр К. В. Выбор эксплуатационных параметров и хладагента для парокомпрессионных тепловых насосов // Труды БГТУ. 2016. № 3. С. 147–153.

17. Bless F., Arpagaus C., Bertsch S. Theoretical investigation of high-temperature heat pump cycles for steam generation // 13th IEA Heat Pump Conference, April 26–29. Jeju, Korea, 2021. P. 357–369. DOI: http://dx.doi.org/10.18462/iir.gl.2018.1201.

18. Badran B. E., Ghanbarpourgeravi M., Khodabandeh R. The Future of Refrigerants for Heat Pump Applications // Heat Pump Technologies Magazine. 2022. Vol. 40, № 1. P. 22–25. DOI: 10.23697/z1mf-g484.

19. Андрющенко А. И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок. Москва: Высшая школа, 1968. 288 с.

20. Bosnjakovic F., Knoche K. F. Technische Thermodynamik. Teil I. Darmstadt; Steinkopff, 1998. 543 s.

21. Юша В. Л., Громов А. Ю., Ушаков П. В. Анализ влияния температурных режимов поршневой длинноходовой компрессорной ступени на термодинамическую эффективность теплового насоса // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2023. Т. 7, № 1. С. 18–25. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-1-18-25.

22. Юша В. Л., Бусаров С. С. Определение показателей политропы схематизированных рабочих процессов воздушных поршневых тихоходных длинноходовых компрессорных ступеней // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2020. Т. 4, № 1. С. 15–22. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-1-15-22.

23. Юша В. Л., Бусаров С. С. Методика расчёта действительной производительности одноступенчатых длинноходовых поршневых компрессоров // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2020. Т. 4, № 4. С. 9–15. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-4-9-15.

24. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. Москва: Энергоиздат, 1981. 416 с.

25. Цветков О. Б., Лаптев Ю. А. Таблицы свойств холодильных агентов. Cанкт-Петербург: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2013. 52 с.

26. Ривкин С. Л., Александров А. А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: справ. Москва: Энергоатомиздат, 1984. 80 с.

27. Френкель М. И. Поршневые компрессоры. Теория, конструкции и основы проектирования. Москва–Ленинград: Машгиз, 1960. 655 с.

28. Пластинин П. И. Поршневые компрессоры. В. 2 т. Т. 1. Теория и расчет. 3 изд. Москва: КолосС, 2006. 456 с. ISBN 5-9532-0428-0.