Моделирование гелиоабсорбционной теплонасосной системы горячего водоснабжения

ЦЕЛЬ. Предлагается бытовая система горячего водоснабжения, объединяющей солнечный коллектор и тепловой насос для климатических условий города БАКНИНЬ - ВЬЕТНАМ, способной круглогодично обеспечивать горячей водой 5 пользователей. Обосновать работоспособность предлагаемой системы в данных условиях.

МЕТОДЫ. Решение задачи выполнено опытным путем и методом математического моделирования. Математическая модель основывается на уравнениях энергетического баланса с учетом коэффициентов полезного действия. Приведены схема и принцип работы опытной установки и результаты расчета системы комбинированного горячего водоснабжения на базе среднемесячных значений суммарной суточной радиации для места расположения солнечного коллектора. Система содержит в качестве источников энергии солнечный коллектор с вакуумными теплопоглощающими трубками и воздушный тепловой насос. При достаточной солнечной радиации горячая вода вырабатывается полностью из теплоабсорбционных вакуумных трубок, хранится в резервуаре солнечного коллектора и проходит через емкость теплового насоса до потребителя при неработающем тепловом насосе. В случае недостатка солнечного излучения включается воздушный тепловой насос.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Выполнен расчет мощности солнечного коллектора исходя из среднемесячных значений суммарной суточной радиации и эффективности солнечного коллектора, количество тепла добавляемого к солнечной системе горячего водоснабжения, тепловой мощности теплового насоса и выбран тепловой насос для системы горячего водоснабжения.

ВЫВОДЫ. Результаты опытов подтверждают расчеты по восполнению дефицита тепла для солнечного коллектора воздушным тепловым насосом небольшой мощности в любое время года. Расчеты выполнены для системы обеспечивающей горячей водой суточную потребность пяти и трех человек. Показано, что небольшая теплопроизводительность теплового насоса позволяет снизить стоимость первоначальных капиталовложений в бытовые системы горячего водоснабжения с солнечным коллектором и соответственно перспективность предлагаемой системы горячего водоснабжения в условиях Вьетнама.

1. Бутузoв В.А., Тoмарoв Г.В., Шетoв В.Х. Геoтермальная система теплoснабжения с испoльзoванием сoлнечнoй энергии и теплoвых насoсoв // Прoм. энергетика. 2008. № 9. С.39-43.

2. Гершкoвич В.Ф. Oт централизoваннoгo теплoснабжения к теплoвым насoсам/ В.Ф. Гершкoвич // Нoвoсти теплoснабжения. (Эл. журнал) 2010. №11. С. 34-39.

3. Гладилин А.В., Альтернативная энергетика в современной экономике: состояние, развитие, перспективы / Конкурентоспособность в глобальном мире: экономика, наука, технологии. 2017. № 4-5 (41). С. 82-84.

4. Бутузов В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. Мировой рынок гелиоустановок и перспективы солнечного теплоснабжения в России // Энергосбережение. 2016. № 3. С. 70-80.

5. Hot water heat pump catalog. The international division, Midea air conditioning and refrigeration sector, 2012. https://midea-air.ru/files/shop_series/295/documents_file/2/0b0-3-m- thermal.pdf

6. Тепловые насосы для отопления и ГВС https://www.mitsubishi- aircon.ru/product/products/gs18_atw_index.php.

7. Туник А.А. Математическая модель процессов тепломассопереноса в плоском солнечном коллекторе / Вестник МГСУ. 2016. № 1. С.126-142

8. Ефремова О.А., Хворова Л.А. Maтематическое моделирование систем солнечного теплоснабжения // Известия Алтайского государственного университета. 2017. № 4. С. 98- 103.

9. António J.M. Araújo Solar thermal modeling for rapid estimation of auxiliary energy requirements in domestic hot water production: Proportional flow rate control, Energy. 2017. No. 138. Р. 668-681.

10. Халлыев И., Гильфанов К.Х. Снижение стоимости теплонасосной системы теплоснабжения путем замены коллектора первого контура // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики, 2020. Т. 22 № 1. С. 28-37.

11. Гильфанов К.Х., Гайнуллин Р.Н., Нгуен Тиен. Энергосберегающая система отопления объектов электроэнергетики // Вестник Казанского государственного энергетического университета. Казань: КГЭУ. 2020. № 1 (45). C. 46-53.

12. Ротов П. В., Сивухин А. А., Ротова М. А., др. В. Об эффективности управления циркуляцией горячей воды // Изв. вузов. Проблемы энергетики, 2020, Т. 22 № 6. С. 117- 129 С. 117-129.

13. Васильев Л.Л., Харлампиди Д.Х., Тарасова В.А., и др. Гелиосистема отопления с двухфазной многокомпонентной жидкостью // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. 2019. № 1. С.56-63

14. Sukhatme K., Nayak J K. (2008), Solar energy: Principles of Thermal Collection and Storage, Third edition, Tata McGraw-Hill Education. https://www.pdfdrive.com/solar-energy-principles-of-thermal-collection-and-storage-e183880096.html

15. Nguyen Quoc Uy, Nguyen An Nguyen, Thanksgiving, literary (2016), verified Models the radiation absorbed on the surface of the glass tube, vacuum solar collector, energy sun, Magazine Features, range of temperature, 5/2016, no. 129, tr. 11 -15, 32.

16. Ruchi Shukla, Sumathy K., Phillip Erickson, Jiawei Gong (2013), Recent advances in the solar water heating systems: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews 19, pp. 173-190.

17. Liu B.Y.H., Jordan R.c. Daily insolation on surfaces titled toward the equator. Transactions, ASHRAE, 67, 526 (1961).

18. Cooper RI. The absorbtion of solar radiation in solar stills. Solar energy, 12, 3 (1969).

19. Klein S.A. Calculation of monthly average insolation on tiltled surfaces. Solar energy, 19, 325 (1977).

20. US Army Installations Management Command (IMCOM), US Army Corps of Engineers (USACE) and the US Department of Energy Federal Energy Management Program (DOE FEMP). Central solar hot water systems design guide. 2011.

21. 1999 ASHRAE Handbook. HVAC Applications. 1999. https://www.academia.edu/11207373/Ashrae_1999_HVAC_Applications_Handbook.