ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПРЕССОРОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВОК ТЕПЛОВОГО НАСОСА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
DOI:
https://doi.org/10.52167/1609-1817-2024-131-2-104-117Ключевые слова:
винтовые компрессоры, тепловой насос, давление, охлаждающая жидкость, спиральные механизмыАннотация
Одним из актуальных направлений исследований в разработке устройств водяных, тепловых насосов является применение винтовых компрессорных насосов с изменяемой спиральной поверхностью. В частности, применение таких компрессоров в тепловых насосах с прогнозированием воздействия внешних условий позволяет оптимизировать и прогнозировать его производительность. Если мы обратимся к стандартному аппаратному обеспечению управления, упрощенные оптимальные концепции управления будут более эффективными. В этой статье мы рассмотрим этот вопрос и определим винтовые компрессорные насосы с изменяющейся спиральной поверхностью и для теплового насоса небольшого размера, изменяющегося во времени коэффициента полезного действия, в форме адаптации к полученному условию. Наше решение учитывает изменения эффективности теплового насоса в зависимости от внешней температуры и профиля нагрузки, которые изменяются в горизонте управления. Предлагаемая конструктивная трансформация насоса, позволяет регулировать спиральную поверхность винтовых компрессорных насосов, а также адаптировать их работу к различным условиям, что повышает эффективность и снижает расход энергии на потребляемую мощность. При этом применение современных технологий интеллектуального управления позволяет оптимизировать работу насосов в режиме реального времени с учетом условий окружающей среды и потребностей помещения. Предложенный подход был подробно протестирован и реализован на испытательном стенде компрессорного насоса. Научно-технический уровень данной работы основан на использовании методов и методик при проведении научно-исследовательских работ любого уровня в ВКТУ им. Д. Серикбаева. Метрологическое обеспечение данной работы обеспечивается лабораторно-технической базой кафедры ВКТУ им. Д. Серикбаева. Интенсивный имитационный анализ дополняет тестирование, демонстрируя точность и потенциал метода, в том числе с точки зрения практической реализации.
Библиографические ссылки
[1] Xiaodong Cao, Xilei Dai, Junjie Liu. Building energy-consumption status worldwide and the state-of-the-art technologies for zero-energy buildings during the past decade // Energy and BuildingsVolume 128, 15 September 2016, Pages 198-213.
[2] Sean Kapp, Jun-Ki Choi, Kelly Kissock. Toward energy-efficient industrial thermal systems for regional manufacturing facilities // Energy Reports-2022, Volume 8, Pages 1377-1387.
[3] Levsev A.P., Lapin E.S., Zhang Q. Increasing the heat transfer efficiency of sectional radiators in building heating systems // Magazine of Civil Engineering. 2019. №8 (92). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/increasing-the-heat-transfer-efficiency-of-sectional-radiators-in-building-heating-systems (дата обращения: 26.07.2023).
[4] Song, M.; Mao, N.; Xu, Y.; Deng, S. Challenges in, and the development of, building energy saving techniques, illustrated with the example of an air source heat pump. Therm. Sci. Eng. Prog. 2019, 10, 337–356. [Google Scholar] [CrossRef]
[5] Ali Ghahramani, Kanu Dutta, Burcin Becerik-Gerber. Energy trade off analysis of optimized daily temperature setpoints // Journal of Building Engineering. – 2018.-Volume 19- Pages 584-591.
[6] Soroush Rastegarpour, Riccardo Scattolini, Luca Ferrarini. Performance improvement of an air-to-water heat pump through linear time-varying MPC with adaptive COP predictor, Journal of Process Control,Volume 99, 2021, Pages 69-78, ISSN 0959-1524, https://doi.org/10.1016/j.jprocont.2021.01.006
[7] Rashid, S., Dinara, T., Madina, S., Olga, K., &Syrymgali, Y.]. Practice and future of energy-efficient construction in the republic of Kazakhstan // Journal of Applied Engineering Science-2021, 19 (1), 1 - 8. https://doi.org10.5937/jaes0-27404
[8] Addis, B. Physical Models and Innovation in Architectural and Civil Engineering // Nexus Network Journal – 2021. -23, pages 833–854. https://doi.org/10.1007/s00004-021-00560-1
[9] Jradi, M., Boel, N., Madsen, B.E. et al. BuildCOM: automated auditing and continuous commissioning of next generation building management systems // Energy Informatics -2021. 4, 2 https://doi.org/10.1186/s42162-020-00136-2
[10] Wang, Z.; Luther, B. M.; Amirkhani, M.; Liu, C.; Horan, P. State of the art on heat pumps for residential buildings // Buildings – 2021. – 11. pages 350. https://doi.org/10.3390/buildings11080350
[11] Liu, Y.J. Systematic renovation design of surface water source heat pump for a hot spring center based on thermodynamic analysis. // International Journal of Heat and Technology-2021. – Vol. 39, No. 3, pp. 1026-1036. https://doi.org/10.18280/ijht.390340
[12] Deutz, K.R., Charles, G.L., Cauret, O., Rullière, R., Haberschill, P. Detailed and dynamic variable speed air source heat pump water heater model: Combining a zonal tank model approach with a grey box heat pump model. // International Journal of Refrigeration - 2018, 92: 55-69. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2018.05.022
[13] Duhui Jiang, Cui Hongshe, «Study on Fuzzy Control for Air-To-Water Heat Pumps Connected to a Residential Floor Heating System». // Mathematical Problems in Engineering, vol. 2020, Article ID 3861824, 11 pages, 2020. https://doi.org/10.1155/2020/3861824
[14] A. Afram and F. Janabi-Sharifi, “Theory and applications of HVAC control systems-a review of model predictive control (MPC),” Building and Environment, vol. 72, pp. 343–355, 2014. View at: Publisher Site | Google Scholar
[15] A. Afram, F. Janabi-Sharifi, A. S. Fung, and K. Raahemifar, “Artificial neural network (ANN) based model predictive control (MPC) and optimization of HVAC systems: a state-of-the-art review and case study of a residential HVAC system,” // Energy and Buildings, -2017.vol. 141, pp. 96–113, View at: Publisher Site | Google Scholar
[16] E. Carrascal, I. Garrido, A. Garrido, and J. Sala, “Optimization of the heating system use in aged public buildings via model predictive control,” Energies- 2016. vol. 9, No. 4, p. 251.
View at: Publisher Site | Google Scholar
[17] M. Killian and M. Kozek, “Implementation of cooperative Fuzzy model predictive control for an energy-efficient office building,” Energy and Buildings - 2018. vol. 158, pp. 1404–1416, View at: Publisher Site | Google Scholar
[18] Stefano Poppi, Nelson Sommerfeldt, Chris Bales, Hatef Madani, Per Lundqvist, Techno-economic review of solar heat pump systems for residential heating applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 81, Part 1, 2018, Pages 22-32, https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.07.041.
[19] Sawant P, Villegas Mier O, Schmidt M, Pfafferott J. Demonstration of Optimal Scheduling for a Building Heat Pump System Using Economic-MPC// Energies.-2021; 14(23):7953. https://doi.org/10.3390/en14237953
[20] Sarbassov, Y., Kerimray, A., Tokmurzin, D., Tosato, G. C., & De Miglio, R. (2013). Electricity and heating system in Kazakhstan: Exploring energy efficiency improvement paths. EnergyPolicy, 60, 431-444. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2013.03.012
[21] Гольцев А. Г. Симальная паропроизводительность системы, Environmental Science 2016. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:54749928
[22] C. Koulamas, A.P. Kalogeras, R. Pacheco-Torres, J. Casillas, L. Ferrarini, Suitability analysis of modeling and assessment approaches in energy efficiency in buildings, Energy and Buildings, Volume 158, 2018, Pages 1662-1682, ISSN 0378-7788, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.12.002
[23] Iakovos T. Michailidis, Thomas Schild, Roozbeh Sangi, Panagiotis Michailidis, Christos Korkas, Johannes Fütterer, Dirk Müller, Elias B. Kosmatopoulos, Energy-efficient HVAC management using cooperative, self-trained, control agents: A real-life German building case study, Applied Energy, Volume 211, 2018, Pages 113-125, ISSN 0306-2619, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.11.046
[24] Kaufmann, Florian &Schifflechner, Christopher &Dawo, Fabian & Wieland, Christoph & Hartmut, Spliethoff. (2021). Evaluation of Reversible Screw Compressors with an Adaptable Built-In Volume Ratio in Reversible Heat Pumps. 10.14459/2021mp1633112.
[25] Qian Ning, Wei Sun, Guogeng He, Dehua Cai, Xiao Li, Zhihao Zhang, Investigation on improving the heating performance of a heat pump using a rotary compressor with vapor and two-phase injection, Energy Conversion and Management, Volume 278, 2023,116703, ISSN 0196-8904, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.116703.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Mурат Алимкулов, Сергей Миргородский, Анатолий Гольцев, Байтак Апшикур, Валерий Чернавин
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
