Ефективність Роботи Буферного Накопичувача Гідротермальної Теплонасосної Системи Як Акумулятора Теплової Енергії

Abstract

Актуальною задачею при проєктуванні комплексних локальних систем (кластера) енергозабезпечення з використанням відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) є врахування досвіду експлуатації конкретних типів обладнання в реальних умовах. У роботі розглядається можливість ефективного застосування як елемента енергетичного кластера буферного накопичувача гідротермальної теплонасосної системи як акумулятора теплової енергії для забезпечення об’єктів багатоцільового призначення тепловою енергією. Буферний накопичувач входить до складу малоємнісної системи отримання теплової енергії, яка є частиною загальної системи (юніт), що складається з буферного накопичувача теплоносія, теплового насоса та фанкойлів. Показана структурна схема енергетичного кластера та місце в ній малоємнісної системи отримання теплової енергії. Представлений діючий макет розробленої й сконструйованої в Інституті відновлюваної енергетики НАН України експериментальної гідротермальної теплонасосної системи, до складу якої входить буферний накопичувач. Описана методика проведення досліджень. Наведено характеристики вимірювального обладнання, встановленого на експериментальній установці, яке використовувалося для отримання даних у процесі проведення досліджень. Викладено результати науково-дослідної роботи, отримані в ході теоретичних розрахунків і проведених експериментальних досліджень ефективності буферного накопичувача гідротермальної теплонасосної системи як акумулятора теплової енергії. Наведено розрахунок коефіцієнта перетворення теплового насосу «вода-вода» в системі опалення приміщення площею до 100 м2 з використанням фанкойлів та буферного накопичувача теплової енергії різної ємності. Виконано розрахунок необхідного об’єму теплоносія та ємності буферного накопичувача, на один кіловат виробленої теплової енергії, для забезпечення автономної роботи теплонасосної системи, де він виконує функцію акумулятора та колектора теплової енергії одночасно. Надано практичні рекомендації щодо кількісних та якісних характеристик обладнання при проєктуванні систем накопичення низькопотенційної теплової енергії для гідротермальних теплонасосних систем. Визначено достатній об’єм теплоносія та ємність акумулятора, на один кіловат виробленої теплової енергії тепловим насосом, для забезпечення стабільної роботи гідротермальної теплонасосної системи в цілому. Експериментально підтверджено та теоретично обґрунтовано, що буферний накопичувач теплонасосної системи є необхідним елементом системи, він виконує як функцію амортизатора, так і суттєво підвищує ефективність роботи теплонасосної системи в цілому. Також буферний накопичувач залежно від теплового навантаження може самостійно працювати як автономне джерело низькопотенційної теплової енергії. Зроблено висновки, що мають перспективу подальші дослідження щодо можливості застосування як джерела, для підтримання необхідного енергетичного потенціалу в буферному накопичувачі гідротермальної теплонасосної системи, сонячної системи для нагріву води. Також є актуальними дослідження з порівняння ефективності комплексної роботи сонячної системи для нагріву води та теплового насоса, де теплообмін відбувається: по-перше, в контурі випарника теплового насоса; по-друге, в контурі конденсатора теплового насоса. Робота проведена в рамках виконання науково-дослідної роботи «Розроблення енергетичних кластерів для забезпечення об’єктів багатоцільового призначення електричною та тепловою енергією з використанням технологій відновлюваної та водневої енергетики (шифр: «Енерго-гарант»)».