Введение к работе
Актуальность проблемы
В системах жизнеобеспечения жилых и общественных зданий широко используются холодильные машины для кондиционирования воздуха в летнее время и тепловые насосы (ТИ) для отопления в холодное время года. Кондиционирование воздуха, создавая комфортные условия в странах с умеренным климатом, постепенно становится жизненно необходимой частью быта в жарких странах. Теплонасосное теплоснабжение, как альтернатива прямому сжиганию органического топлива или электроотоплению, получает все большее распространение в мире, являясь основным средством экономии не возобновляемых источников энергии. Тенденцией развития этой техники в последние годы является создание комбинированных систем хладо и теплоснабжения (СХТС), способных выполнять функции холодильной машины и теплового насоса. СХТС отличаются большим разнообразием типов, схем и состава оборудования. В то же время методы расчета, проектирования и оптимизации СХТС разработаны недостаточно. Поскольку, в отличие от, холодильных машин (ХМ) и тепловых насосов (ТН) СХТС вырабатывают и холод и теплоту, причем часто одновременно, показатели эффективности СХТС и ее составных частей, необходимые для оптимизации параметров системы будут отличаться от известных на сегодня. Важной особенностью использования СХТС для стран с жарким климатом является также то, что в качестве источника низко потенциальной теплоты (ИНТ) для ее работы в режиме ТН может быть эффективно использован окружающий воздух, температура которого не опускается ниже нуля градусов Цельсия. Поэтому здесь возможно использование обратимых СХТС (лето - зима), включающих также круглогодичное горячее водоснабжение (ГВС). Таким образом, становится очевидной актуальность разработки методического аппарата для определения состава и выбора параметров комбинированной обратимой СХТС на основе комплексного показателя эффективности, учитывающего особенности ее эксплуатации. При этом следует иметь в виду, что сегодня комфортные условия, как правило, обеспечиваются только в элитных домах дорогостоящими энерго неэффективными средствами: автономные кондиционеры, электрообогреватели, электробойлеры и др. Использование рационально спроектированных относительно дешевых и экономичных СХТС позволит расширить сферу комфортного жизнеобеспечения населения.
Цель работы
Разработка комплексной методики определения состава и выбора параметров парокомпрессионных машин комбинированных систем кондиционирования и теплоснабжения в жилых и общественных зданиях.
Основные задачи работы
1. Выбор и обоснование комплексного критерия эффективности комбинированных СХТС, а также частных показателей эффективности их составных частей.
2. Разработка универсальной математической модели функционирования парокомпрессионных холодильных машин (ХМ), тепловых насосов (ТН) и комбинированных систем (СХТС).
3. Разработка алгоритмов проектного и поверочного расчетов. Создание комплексной программы проектного расчета и оптимизации параметров ХМ, ТН, СХТС. Создание комплексной программы расчета характеристик (поверочного расчета) спроектированных ХМ, ТН, СХТС.
4. Расчет, численное исследование Й выбор оптимальных параметров СХТС для типового жилого дома.
5. Рекомендации по выбору СХТС.
Научная новизна
1. Разработана система частных и общего критериев эффективности СХТС и их элементов. В качестве комплексного (охватывающего) предложен экономической критерий эффективности - стоимость эксергии (отношение приведенных годовых затрат на эксплуатацию системы к сумме выработанной эксергии). Энергетическую эффективность многоцелевых СХТС предложено оценивать с помощью эксергетического КПД.
2. Разработана методика анализа эффективности СХТС и ее составных частей на основе предложенных эффективности.
3. Разработана универсальная математическая модель комбинированной системы (СХТС) холодильной машины (ХМ) и теплового насоса (ТН). Предусмотрено деление СХТС на несколько уровней сложности (подсистем), что обеспечивает рациональное построение расчетных программ и удобство анализа результатов численного эксперимента.
4. Получены результаты численного исследования предложенной СХТС, позволившие обосновать выбор ее схемы, рабочего вещества и состава элементов.
5. Показано, что для условий работы СХТС с относительно не высокой температурой конденсации экономически более выгодно использовать среднего давления (R22, R134a) с нормальной температурой кипения ts - 40 °С.
Практическая значимость работы
1. Разработаны программы для проектного и поверочного расчета СХТС (ХМ, ТН) с различным составом элементов и использованием различных рабочих веществ, позволяющие выбрать оптимальные параметры СХТС и рассчитать ее характеристики в широком диапазоне изменения условий работы. 2. В качестве примера практического применения предложенной методики разработана реальная парокомпрессионная система с вторичным теплоносителем для кондиционирования воздуха, отопления и горячего водоснабжения типового жилого дома в г. Каир. С помощью разработанных программ рассчитаны ее показатели и характеристики, показан механизм формирования оптимальных параметров, оценена экономическая эффективность.
3. Обоснована экономическая эффективность использования в типовом жилом доме предложенной централизованной СХТС в условиях г. Каир.
Апробация работы
Основные научные результаты работы доложены и обсуждены на VIII и IX Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов (Москва, МЭИ, 2002, 2003гг.), экспонировались на IV выставке-ярмарке «Современная образовательная среда» (Москва, ВВЦ, 2002г.).
Публикации
По теме диссертационной работы имеется пять печатных работ.
Структура и объем работы
Объем диссертации составляет 164 страницы, включающие 56 рисунков, 30 таблиц. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов по работе и списка использованной литературы, включающего ссылки на 120 работ.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение
Обоснована актуальность создания экономичных централизованных систем хладотеплоснабжения жилых и общественных зданий на основе компрессионных машин, необходимость разработки меюдичеекого аппарата для выбора их оптимальных схем, состава оборудования и рабочих параметров. Сформулирована цель диссертации. Раскрыта научная новизна результатов и практическая ценность работы. Приведена апробация диссертационного исследования.
