Расчет цикла теплового насоса при различных источниках низкопотенциального тепла в условиях Арктики Республики Саха (Якутия)

На сегодняшний день в мире растет тенденция на внедрение тепловых насосов в системы теплоснабжения. Тепловой насос за счет способности использования в качестве источника низкопотенциальное тепло имеет высокие параметры энергоэффективности. В связи с этим расчет цикла теплового насоса при различных источниках низкопотенциального тепла является важной задачей при оценке целесообразности внедрения теплового насоса в изолированные системы энергоснабжения в арктических территориях Республики Саха (Якутия). В работе рассмотрены три источника: грунт, водоем и воздух с температурами -5 ºC, 2 ºC, 5 ºC соответственно. Предложено использование схемы теплового насоса с промежуточным теплообменником для дополнительного роста эффективности. В качестве рабочего тела выбран фреон марки R134a, входящий в группу озонобезопасных. Проведены расчеты термодинамических параметров цикла работы теплового насоса с промежуточным теплообменником. Из полученных данных расчета построены графики цикла фреона в p,h-диаграмме. Построен график зависимости коэффициента трансформации электроэнергии (COP) от температуры низкопотенциального источника тепла. Выявлено, что при различных источниках низкопотенциальной теплоты значение коэффициента трансформации электроэнергии (COP) остается больше 1, что соответствует эффективному режиму работы. Так же максимальное значение коэффициента трансформации электроэнергии (COP), равное 2,5, достигается при использовании в качестве источника низкопотенциальное тепло воздуха с температурой +5 ºC. Исходя из расчетов наблюдается зависимость коэффициента трансформации электроэнергии (COP) от температуры низкопотенциального тепла. Связано это с затратами на работу сжатия в компрессоре, а именно на затраты энергии на электропривод. Показана техническая целесообразность внедрения теплового насоса в изолированные системы энергоснабжения арктических районов Якутии.

1. Альзаккар, А. М. Н. Разработка и исследование гибридной электростанции КЭ-650 для отдаленных потребителей электроэнергии в условиях Севера и Арктики / А. М. Н. Альзаккар, Н. П. Местников, Ф. Х. Алхадж // Проблемы и перспективы развития электроэнергетики и электротехники: Материалы III Всероссийской научно-практической конференции. – Казань: Казанский государственный энергетический университет, 2021. – С. 365-370.

2. Глотов, А. В. Проблемы и перспективы развития изолированных энергосистем дальнего востока: на примере энергосистемы Республики Саха (Якутия) / А.В. Глотов, А.А. Меркульева // Вестник МФЮА. – 2017. - № 1. – С. 55-64.

3. Реев, В. Г. Энергоснабжение Арктических районов Республики Саха (Якутия) / В. Г. Реев, П. Ф. Васильев // Энергетические системы: Материалы VI Международной научно-технической конференции. – Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2022. – С. 40-44.

4. Местников, Н. П. Разработка способа повышения энергоэффективности фотоэлектрической солнечной установки в условиях Севера / Н. П. Местников, А. М. Н. Альзаккар // XVI Всероссийская открытая молодежная научно-практическая конференция «Диспетчеризация и управление в электроэнергетике». – Казань : "Бриг", 2022. – С. 67-69.

5. Трубаев, П. А. Тепловые насосы : учебное пособие для студентов высших учебных заведе- ний, обучающихся по специальности 140105 «Энергетика теплотехнологий» направления подготовки 140100 «Теплоэнергетика» / П. А. Трубаев, Б. М. Гришко. – Белгород: БГТУ им. В. Г. Шу- хова, 2010. – 142 с.

6. Гритчин, Р. Д. Воздушный тепловой насос как эффективный источник тепла для жилого дома / Р. Д. Гритчин, Д. И. Иванков // Молодой ученый. — 2016. — № 8 (112). — С. 199-202.

7. CoolPack: [сайт]. – Вирум, 2023. – URL: https://www.ipu.dk/products/coolpack/ (дата обращения 02.02.2023).

8. Манзарханова, Л. М. Исследование систем отопления и горячего водоснабжения с целью выявления оптимальных значений температур в тепловой сети / Л.М. Манзарханова // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2015. – № 6 (101). – С. 93–98.