ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО НАСОСА

РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ СО ЩЕЛЕВЫМИ СВЕТОВОДАМИ

УДК

Квеладзе З.Д., Козырев Д.В.,

Низамутдинов Р.Ж.

Южно-Уральский аграрный университет

desmor@yandex.ru

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО НАСОСА

Аннотация.В работе обоснована необходимость использования тепловых насосов для теплоснабжения автономных потребителей; проанализированы климатические особенности Челябинской области, ограничивающие применение существующих схем работы теплонасосных установок, предложена экспериментальная установка, позволяющая исследовать разнообразные виды сред для определения наиболее эффективного источника низкопотенциального тепла.

 

Суровые климатические условия Южного Урала (температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92, составляет минус 34°С; среднегодовая температура в регионе – плюс 2°С, среднемесячная в январе – минус 15,8°С) предопределяют теплоснабжение как наиболее социально значимый и в тоже время наиболее энергоемкий сектор экономики [1].

В Челябинской области сложилась непростая ситуация: рост потребления энергоресурсов при отсутствии собственных (за исключением запасов бурого угля), обуславливает дефицит энергоресурсов и особенно обостряет проблему обеспечения сельскохозяйственных и удаленных от централизованных сетей снабжения потребителей.

Основываясь на мировом опыте, решить данную проблему можно внедрением энергосберегающих технологий с использованием тепловых насосов - установок, предназначенных для переноса теплоты от источника низкого потенциала к приемнику теплоты более высокого потенциала [2].

Источники низкопотенциального тепла, применяемые в теплонасосных установках для теплоснабжения автономных потребителей, ограничены климатическими особенностями Челябинской области. Так, в условиях Южного Урала применение наиболее распространенных во всем мире воздушных тепловых насосов для круглогодичного использования невозможно.

В качестве источников теплоты служат обычные энергоносители окружающей среды, при этом нижние границы применения определяются для воды температурой замерзания, а для воздуха температурой образования инея на поверхности воздухоохладителя. Примерами таких источников могут служить подземные грунтовые и поверхностные воды.

Но Челябинская область не обладает запасами глубинных термальных вод и подземного стоков [3]: территория горного Урала относится к зоне аномально низкого (<30 мВт/м2) теплового потока, т.е. характеризуется развитием исключительно холодных подземных вод. Температура их до глубины 300-400 м обычно составляет 5-7ºС и даже на глубинах до 1000 м не поднимается выше 9ºС [4].

Существующие схемы подключения тепловых насосов имеют ряд недостатков (необходимость перекачки воды из источника приводит к дополнительным потерям тепла и требует специальной подготовки воды в теплообменнике, а его наличие обуславливает снижение коэффициента преобразования теплового насоса), которые в значительной степени ограничивают их применение в условиях Челябинской области.

Для исследования схем тепловых насосов с применением источников низкопотенциального тепла, характеризующих климатические особенности Южного Урала, необходимо создание экспериментальной установки.

Существует множество экспериментальных стендов для изучения принципов работы теплового насоса [5, 6, 7]. Традиционные схемы установок позволяют экспериментально изучить небольшую вариацию сред с низким потенциалом тепла, таких систем как «воздух-воздух» или «вода-воздух».

В условия Уральского климата целесообразнее использовать иные источники низкопотенциального тепла, такие как, тепло различных типов грунта, водоёмов, грунтовых вод, сточных вод, рекуперация в системе вентиляции.

Мы разработали стенд, который выгодно отличается от остальных тем, что позволяет исследовать любую среду с запасом низкопотенциального тепла от +30 до +400 С и обеспечивает наглядную демонстрацию работы теплового насоса. Студентам предлагается исследовать разнообразные виды сред для определения наиболее эффективного источника низкопотенциального тепла. Установка имеет малые габариты и небольшое потребление энергии, удобна для использования в аудиториях любого размера.

Стенд расположен на металлическом каркасе, который обработан антикоррозийным грунтом и покрыт акриловой эмалью. На каркасе закреплена столешница - основание и вертикальная панель с размещенными на ней элементами. В столешницу встроены емкости с разными видами сред и электронагревателями. На вертикальной панели расположен шкаф управления и измерительные приборы.

Принципиальная схема разрабатываемой экспериментальной установки представлена на рисунке 1.

Учебный стенд обеспечивает проведение следующих эспериментов для разных режимов работы установки:

• изучение технологических операций, используемых при эксплуатации и ремонте теплохолодильных машин;

• исследование температурных режимов и теплопереноса в теплообменных аппаратах холодильной машины;

• исследование давлений в теплообменных аппаратах холодильной машины;

• анализ изменения удельного расхода электроэнергии и коэффициента рабочего времени холодильной машины;

• расчет холодопроизводительности испарителя холодильной машины.

• расчет производительности конденсатора холодильной машины.

 

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки

1 - термометр сопротивления; 2 - насос для перекачки воды;

3 - электронагреватель среды; 4 - емкость с нагреваемой средой; 5 -конденсатор

6 – компрессор; 7 - мост сопротивлений; 8 - дроссельный вентиль; 9 – ресивер

10 - электронагреватель среды; 11 - емкость с охлаждаемой средой

 

Таким образом, предлагаемая установка позволит исследовать режимы работы тепловых насосов в условиях Челябинской области и ускорить их ввод в эксплуатацию для теплоснабжения автономных потребителей.

 

Список использованных источников

1. СНиП 23-01-99. Система нормативных документов в строительстве. Строительные нормы и правила Российской Федерации. Строительная климатология. Режим доступа: http://www.kwark.ru/files/gs/010.pdf.

2. Низамутдинов Р.Ж. Использование низкопотенциальной тепловой энергии Земли для теплоснабжения сельского потребителя в условиях ЮжногоУрала: Автореферат дис. на соиск. к. т. н. ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия», Челябинск, 2013. 26 с.

3. Голованова И.В. Тепловое поле Южного Урала / Отв. ред. В.Н.Пучков; Ин-т геологии Уфим. НЦ РАН. М.: Наука, 2005. 189 с.

4. Гидрогеология СССР. Том XIV. Урал. Уральское территориальное геологическое управление. Редактор В.Ф.Прейс. М., «Недра», 1972, 648 с.

5. http://galsen.ru/catalog/set/40/233/1110/#sthash.zJQflK8a.dpbs

6. http://uchteh.ru/vus/6558/6562.html

7. http://uch-oborudovanie.ru/stend-trenazher-teplovoy-nasos

8. http://www.vrnlab.ru/photos/stend-trenazher-teplovoy-nasos-s-ispolzovaniem-geotermalnoy-nizkopotentsialnoy-energii

 





©2015-2017 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.

Обратная связь

ТОП 5 активных страниц!