ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Общие проблемы строительной науки и производства . Унификация и стандартизация в строительстве

Разработка компьютерной модели теплового насоса с постоянной частотой вращения спирали компрессора

  • Тимофеев Даниил Викторович - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Малявина Елена Георгиевна - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2017.4.437-445
Страницы: 437-445
Тепловые насосы применяются для отопления зданий и сооружений. Определение теплотехнических характеристик теплового насоса в режимах, отличных от номинального, связано с определенными трудностями, поскольку в холодном климате России эти характеристики, указанные производителями в соответствии с требованиями стандартов, будут отличаться в худшую сторону. В работе были поставлены следующие цели: компьютерное моделирование теплового насоса вода-вода или вода-гликоль и его представление в виде системы моделей двух теплообменников и спирального компрессора; проведение численных расчетов геотермальной системы теплоснабжения и оценка ее эффективности при разных конфигурациях и режимах работы с помощью компьютерного моделирования. Программный пакет для компьютерного моделирования написан на языке Scala, для получения параметров модели из данных о работе компрессора и теплового насоса используются алгоритмы Нелдера-Мида и Левенберга-Марквардта, для одномерной минимизации применяется метод золотых сечений. Полученная модель состоит из отдельных моделей компрессора, теплообменников испарителя и конденсатора. Модель компрессора учитывает полезный перегрев хладагента, работу на различных хладагентах. Модели теплообменников выполнены упрощенно. Параметры модели вычисляются по данным, указанным производителями оборудования тепловых насосов и компрессоров. Модель аппроксимирует данные производителя оборудования, поэтому может использоваться как элемент геотермальной системы в программах энергетического моделирования. При помощи модели можно также определить реальные характеристики работы теплового насоса на режимах, отличных от номинального, и при использовании разных хладагентов. Еще одно приложение полученных результатов - выявление недобросовестных производителей, указывающих фиктивные данные в своих каталогах.
  • тепловой насос;
  • спиральный компрессор;
  • параметры хладагента;
  • геотермальная энергетика;
  • компьютерное моделирование;
  • энергетическое моделирование;
Литература
  1. Chen Y., Halm N.P., Groll E.A. et al. Mathematical modeling of scroll compressors - part I: compression process modeling // International Journal of Refrigeration. 2002. Vol. 25. No. 6. Pp. 731-750.
  2. Дуванов С.А., Ильин А.К. Метод моделирования работы тепловых насосов // Вестник Астраханского государственного технического университета. 2005. Вып. 2 (25). C. 66-70.
  3. Allien J.J., Hamilton J.F. Steady-state reciprocating water chiller models // ASHRAE Transactions. 1983. 89?(2A). Pp. 398-407.
  4. Huchtemann K., Dirk M. Advanced simulation methods for heat pump systems // Proceedings of the 7th Modelica Conference. Como, Italy. 2009, Sep 20-22. Pp. 798-803.
  5. Kinab E., Marchio D., Riviere P. et al. Reversible heat pump model for seasonal performance optimizations // Energy and Buildings. 2010. No. 42. Pp. 2269-2280.
  6. Jin H., Spitler J. A parameter estimation based model of water to water heat pumps for use in energy calculation programs // ASHRAE Transactions. 2002. 108 (1). Pp. 3-17.
  7. Zakula T. Heat pump simulation model and optimal variable-speed control for a wide range of cooling conditions?: master of science in building technology thesis. Massachusetts Institute of Technology, 2010.
  8. Kavanaugh S., Rafferty K. Geothermal heating and cooling. Design of Ground-Source Heat Pump systems. Atlanta : ASHRAE, 2014. 420 p.
  9. Duprez M.-E., Dumont E., Frere M. Modeling of reciprocating and scroll compressors // International journal of refrigeration. 2007. No. 30. Pp. 873-886.
  10. Duprez M.-E., Dumont E., Frere M. Modeling of scroll compressors - Improvements // Internacional journal of refrigeration. 2010. No 33. Pp. 721-728.
  11. Winandy E., Saavedra C., Lebrun J. Experimental analysis and simplified modeling of a hermetic scroll refrigeration compressor // Applied Thermal Engeneering. 2001. Vol. 22. Pp. 107-120.
  12. Scalaopt. Scala numerical optimization library // Built for developers. Режим доступа: https://github.com/bruneli/scalaopt.
  13. Fritsch F.N., Carlson R.E. Monotone piecewise cubic interpolation // SIAM Journal of Numerical Analysis. 1980. Vol. 17. No. 2. Pp. 238-246.
  14. DuPont refrigerant expert. Cycle calculation program // Chemours. Режим доступа: https://www.chemours.com/Refrigerants/en_US/products/DUPREX/DUPREX.html.
  15. Yana Motta S.F., Sethi A., Vera Becera E.D. et al. Genetron properties. Режим доступа: https://www.honeywell-refrigerants.com/americas/resources/?cat=app.
  16. NIST reference fluid thermodynamic and transport properties database (REFPROP). Режим доступа: http://www.nist.gov/srd/nist23.cfm.
  17. Coquelet C., El Abbadi J., Houriez C. Prediction of thermodynamic properties of refrigerant fluids with a new three-parameter cubic equation of state // International Journal of Refrigeration. 2016. Vol. 69. Pp. 418-436.
  18. Poling B.E., Prausnitz J.M., O’Connell J.P. Properties of gases and liquids. Fifth edition. McGRAW-HILL, 2001.
  19. Mulero A., Cachadina I., Tian J. Ideal gas contribution to the isobaric heat capacity of refrigerants: Polling et al.’s polynomial correlation vs. DIPPR data // Journal of Chemical Thermodynamics. 2013. Vol. 61. Pp. 90-99.
  20. Гершкович Г.П. Кое-что из американского опыта проектирования тепловых насосов // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2008. № 9. Режим доступа: https://www.c-o-k.ru/articles/koechto-iz-amerikanskogo-opyta-proektirovaniya-teplovyh-nasosov.
  21. Тимофеев Д.В., Малявина Е.Г. Разработка численной модели теплопередачи между грунтом и термоскважиной // Вестник гражданских инженеров. 2015. №?5 (52). C. 196-202.
СКАЧАТЬ (RUS)