Анализ влияния температурных режимов поршневой длинноходовой компрессорной ступени на термодинамическую эффективность теплового насоса

Представлен краткий обзорный анализ применимости тепловых насосов в различных отраслях техники и производства как одной из наиболее энергосберегающих технологий. Рассмотрен теоретический цикл теплового насоса на базе поршневой длинноходовой тихоходной компрессорной ступени, позволяющей реализовать процесс сжатия в широком диапазоне величины показателя политропы. Выполнен анализ взаимосвязи интегральных характеристик и энергоэффективности теплового насоса с температурным режимом компрессорной ступени при использовании в качестве рабочего тела водяного пара. Представленные результаты теоретического анализа отражают характер зависимости тепловой мощности и коэффициента трансформации теплового насоса от показателя политропы процесса сжатия, температуры кипения, перегрева пара на всасывании, разности температур конденсации и кипения.

1. Янтовский Е. И., Левин Л. А. Промышленные тепловые насосы. Москва: Энергоатомиздат, 1989. 125 с.

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

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

4. 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.

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

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

7. 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.

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

9. Дуванов С. А. Исследование тепловых насосов на режимах, отличных от номинального, при сохранении выходных параметров: автореф. дис. … канд. техн. наук. Астрахань, 2006. 21 с.

10. Васильев Г. П. Теплоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоёв Земли: автореф. дис. … канд. техн. наук. Москва, 2011. 38 с.

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

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

13. 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.

14. Holihan P. Analysis of Geothermal Heat Pump Manufacturers Survey Data / Energy Information Administration/ Renewable Energy 1998: Issues and Trends. URL: https://docs.yandex.ru/docs/view?tm=1666084188&tld=ru&lang=en&name=geo_hp_art.pdf (дата обращения: 18.10.2022).

15. 13th IEA Heat Pump Conference 2021 / Conference Proceedings — Full Papers. URL: https://heatpumpingtechnologies.org/publications/13th-iea-heat-pump-conference-2021conference-proceedings-full-papers/ (дата обращения: 18.10.2022).

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

17. Abergel T. Efforts for heat pump deployment are bearing fruit, but more will be needed // Heat Pump Technologies Magazine. 2020. Vol. 38, № 2. P. 7–8.

18. Kitanovski A., Plaznik U., Tomc U., Poredos A. Present and future caloric refrigeration and heat-pump technologies // International Journal of Refrigeration. 2015. Vol. 39. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2015.06.008.

19. Bobbo S., Fedele L., Curcio M. [et al.]. Energetic and Exergetic Analysis of Low Global Warming Potential Refrigerants as Substitutes for R410A in Ground Source Heat Pumps // Energies. 2019. Vol. 12. 3538. DOI: 10.3390/en12183538.

20. 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.

21. 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)

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

23. Сычёв А. О. Разработка и исследование теплонасосной системы отопления сельского дома на основе использования потенциальной теплоты открытого водотока: дис. … канд. техн. наук. Москва, 2021. 189 с.

24. Colbourne D. History of Flammable Refrigerants. URL: https://www.researchgate.net/ (дата обращения 10.10.2022).

25. 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.

26. Kaida T. Thermodynamic analysis of refrigerant selection for high temperature heat pump cycles / 13th IEA Heat Pump Conference April 26–29, Jeju, Korea. 2021. P. 1833–1842.

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

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

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

30. Мазурова О. К., Чубанова Т. О. К оценке эффективности переохлаждения для ряда хладагентов в теплонасосном цикле // Науковедение. 2013. № 3. URL: https://naukovedenie.ru/PDF/52trgsu313.pdf (дата обращения 12.10.2022).

31. Wenxing S., Shuangquan S., Baolong W. [et al.]. Thermodynamics analysis and thermoeconomics evaluation on heat recovery inverter air-cooling heat pump with domestic hot water // 7th IEA Heat Pump Conference, May 19–22, Beijing, China. 2002. P. 889–894. URL: https://heatpumpingtechnologies.org/publications/ (дата обращения 19.10.2022).

32. 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.

33. 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.

34. Пластинин П. И. Поршневые компрессоры. В 2 т. Т. 1. Теория и расчёт. Москва: КолосС, 2006. 456 с.

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

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

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

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