Thermodynamic efficiency of heat pump systems, air heating and ventilation with heat recovery and heat recirculation of exhaust air

Тепловий насос може використовувати різні джерела низькопотенційної теплоти, віддаючи її різним теплоносіям. Одними із найефективніших систем для використання теплових насосів є системи повітряного опалення та вентиляції. Це перспективні технології, які допомагають економити кошти і ефективно справляються зі своїми завданнями. Не зважаючи на те, що в Україні системи на основі теплових насосів використовуються понад 10 років, в літературі бракує даних відносно обґрунтованого аналізу і порівняння різних повітряних систем опалення та вентиляції. Дана стаття присвячується аналізу системи, яка працює одночасно як на опалення, так і на вентиляцію приміщення. Наведено результати аналізу роботи теплонасосних систем повітряного опалення та вентиляції. Отримані значення коефіцієнта використання енергії для таких систем. Зроблені висновки щодо ефективності використання теплових насосів у системах повітряного опалення та вентиляції.The heat pump can use different sources of low heat, giving it a different carrier. Some of the most effective systems for using heat pumps are air heating system and ventilation. This advanced technology to help save money and effectively cope with their tasks. Despite the fact that Ukraine is a system based on heat pumps used for over 10 years, the literature lacks data on sound analysis and comparison of different air heating and ventilation. This article is dedicated to the analysis system that works simultaneously as a heating and ventilation in the room. The results of the analysis of heat pump systems, air heating and ventilation. The comparative analysis of two heat pump systems. Conclusions on the efficiency of heat pumps in heating systems, air and ventilation.Тепловой насос может использовать различные источники низкопотенциальной теплоты, отдавая ее различным теплоносителям. Одними из самых эффективных систем для использования тепловых насосов являются системы воздушного отопления и вентиляции. Это перспективные технологии, которые помогают экономить средства и эффективно справляются со своими задачами. Несмотря на то, что в Украине системы на основе тепловых насосов используются более 10 лет, в литературе не хватает данных относительно обоснованного анализа и сравнения различных воздушных систем отопления и вентиляции. Данная статья посвящена анализу системы, которая работает одновременно как на отопление, так и на вентиляцию помещения. Приведены результаты анализа работы теплонасосных систем воздушного отопления и вентиляции. Полученные значения коэффициента использования энергии для таких систем. Сделаны выводы относительно эффективности использования тепловых насосов в системах воздушного отопления и вентиляции

Термодинамическая эффективность теплонасосной конвейерной сушилки с утилизацией теплоты высушенного зерна

Наведено математичну модель та результати термодинамічного аналізу теплонасосної рециркуляційної конвеєрної сушарки з утилізацією теплоти висушеного зерна. Метою роботи являється аналіз якісного впливу модуля утилізації теплоти висушеного зерна на енергетичну ефективність теплонасосної сушарки зерна та розробка математичної моделі для розрахунку коефіцієнту використання енергії. Результати чисельного розрахунку по сформульованій математичній моделі вказують на енергетичну перевагу теплонасосної сушарки з модулем утилізації теплоти. Моделювання процесів проводиться для першого періоду сушіння з постійною інтенсивністю видалення вологи з зерна пшениці. Зроблені висновки щодо ефективності використання модуля утилізації теплоти висушеного зерна, а також отримані кількісні характеристики коефіцієнту використання зовнішньої енергії на випаровування вологи.The mathematical model and results of thermodynamic analysis of heat pump recirculation conveyor dryer with heat recovery dried grain are presented in the article. The aim: analyze the effect of the heat recovery module dried grain on the energy efficiency of the heat pump grain dryers, the elaboration of mathematical model of calculating energy usage. Results of numerical calculations by the formulated mathematical model indicate the advantage of the heat pump dryer with heat recovery unit. The first period of drying is modeled when a constant intensity remove moisture from the grain of wheat. Conclusions about the effectiveness of the use of heat recovery module dried grain. Also the quantitative characteristics of utilization of external energy to evaporate moisture.Приведена математическая модель и результаты термодинамического анализа теплонасосной рециркуляционной конвейерной сушилки с утилизацией теплоты высушенного зерна. Целью работы является анализ качественного влияния модуля утилизации теплоты высушенного зерна на энергетическую эффективность теплонасосной сушилки зерна, разработка математической модели для расчета коэффициента использования энергии. Результаты численного расчета по сформулированной математической модели указывают на энергетическое преимущество теплонасосной сушилки с модулем утилизации теплоты. Моделирование процессов проведено для первого периода сушения с постоянной интенсивностью удаления влаги из зерна пшеницы. Сделаны выводы относительно эффективности использования модуля утилизации теплоты высушенного зерна. Также получены количественные характеристики коэффициента использования внешней энергии на испарение влаги

Эффективность работы теплового насоса в системе теплоснабжения с использованием теплоты отходящих газов после конденсационного котла

Визначено термодинамічну ефективність теплонасосної схеми гарячого водопостачання з використанням теплоти відхідних газів після конденсаційного котла. Встановлено, що існує оптимальний ступінь охолодження димових газів у випарнику теплового насоса (ТН), якому відповідає максимальний питомий корисний ефект, отриманий від утилізації теплоти відхідних газів за допомогою ТН з урахуванням затрати роботи на привід компресора ТН. Отримано залежність оптимального ступеня охолодження продуктів згорання природного газу у випарнику ТН від температури води на вході до конденсатора ТН у діапазоні 10-35 °С і температури води в системі гарячого водопостачання у діапазоні 45-55 °С. Забезпечення оптимального ступеня охолодження димових газів у випарнику ТН дає можливість отримати максимальний питомий корисний ефект від утилізації низькотемпературної скидної теплоти відхідних газів конденсаційного котла за допомогою ТН з урахуванням затрат енергії на привід компресора ТН.The thermodynamic efficiency of heat pump hot water supply schemes using heat from exhaust gases after the condensing boiler was determined. It was established, that there is the optimum degree of cooling of the flue gases in the evaporator heat pump, which corresponds to the maximum specific useful effect received from the exhaust gases heat utilization by HP based on the cost to the heat pump compressor drive. The dependence of the optimum degree of cooling of the flue gases in the evaporator of heat pump has been calculated, water temperature at the inlet to the condenser of heat pump is in the range 10-35 °C and the temperature of water in the hot water supply is in the range 45-55°. The optimum degree of cooling of the flue gases in the evaporator heat pump allows you to get the maximum specific useful effect received from the exhaust gases heat utilization by HP based on the cost of the heat pump compressor drive.Определена термодинамическая эффективность теплонасосной схемы горячего водоснабжения с использованием теплоты отходящих газов после конденсационного котла. Установлено, что существует оптимальная степень охлаждения дымовых газов в испарителе теплового насоса (ТН), которой соответствует максимальный удельный полезный эффект, полученный от утилизации теплоты отходящих газов с помощью ТН с учетом затраты работы на привод компрессора ТН. Получена зависимость оптимальной степени охлаждения продуктов сгорания природного газа в испарителе ТН от температуры воды на входе в конденсатор ТН в диапазоне 10-35 °С и температуры воды в системе горячего водоснабжения в диапазоне 45-55 °С. Обеспечение оптимальной степени охлаждения дымовых газов в испарителе ТН позволяет получить максимальный удельный полезный эффект от утилизации низкотемпературной сбросной теплоты отходящих газов конденсационного котла с помощью ТН с учетом затрат энергии на привод компрессора ТН

Анализ эффективности рециркуляционной сушилки зерна с тепловым насосом

Наведено результати термодинамічного аналізу традиційних і теплонасосних конвеєрних установок конвективного сушіння зерна. Метою роботи є аналіз впливу рециркуляції на енергетичну ефективність традиційної і теплонасосної сушарок зерна. Розроблена математична модель вказує на енергетичну перевагу теплонасної сушарки над традиційною. Метою розробки моделі є отримання виразів для визначення коефіцієнта використання енергії для двох типів сушарок. Моделювання процесів проводиться для першого періоду сушіння з постійною інтенсивністю видалення вологи із зерна. Розрахунки здійснені для зерна пшениці. Показано вплив рециркуляції на підвищення ефективності роботи сушильних систем. Зроблені висновки щодо ефективності роботи конвеєрних теплонасосних сушарок, а також отримано кількісні характеристики коефіцієнта використання зовнішньої енергії на випаровування вологи. Показано значне підвищення енергетичної ефективності роботи сушарок при використанні як джерела теплоти теплового насоса, ефективність якого істотно зростає при зниженні технологічної температури сушіння.The results of the thermodynamic analysis of conventional and heat pump conveyer convective drying of grain are shown in this article. The purpose of this work is to analyze the impact of recirculation on the energy efficiency of traditional and heat pump grain dryers. The mathematical model should also shows energy advantage of heat pump dryers in relation to traditional. Modeling of processes is performed for the first period of drying at a constant rate of moisture removal from the grain. The calculations were made for wheat grain. The influence of recirculation on the increasing of the drying systems efficiency has been showed. The conclusions considering the effectiveness of the conveyer heat pump dryers, as well as the quantitative characteristics of utilization rates of external energy for evaporation have been made. A significant increase of energy efficiency of dryer using the heat pump as a heat source was shown. The efficiency of the heat pump increases significantly with decreasing drying process temperature.Приведены результаты термодинамического анализа традиционных и теплонасосных конвейерных установок конвективной сушки зерна. Целью работы является анализ влияния рециркуляции на энергетическую эффективность традиционной и теплонасосной сушилок зерна. Математическая модель показывает на энергетическое преимущество теплонасосной сушилки относительно традиционной. Моделирование процессов проводится для первого периода сушки с постоянной интенсивностью удаления влаги из зерна. Показано влияние организации рециркуляции на повышение эффективности работы сушильных систем. Сделаны выводы об эффективности работы конвейерных теплонасосных сушилок, а также получены количественные характеристики коэффициента использования внешней энергии на испарение влаги. Показано значительное увеличение энергетической эффективности работы сушилок при использовании в качестве источника теплоты теплового насоса, эффективность работы которого значительно увеличивается при понижении технологической температуры сушки

Detection of moving targets in SAR

Основная статьяRadar with ground moving target indication (GMTI) is intended to isolate the signals of moving targets from the whole mass of signals reflected by different objects. In this work, we investigate two approaches to form GMIT images: displaced phase center antenna algorithm (DPCA) and along-track interferometry algorithm (ATI) by using the mathematical model of SAR

Multiple scattering effect on luminescence of the dyed polymer matrix

The luminescence properties of the Rodamine 6G in strongly scattering matrix in dependence of the medium parameters were examined. The luminescence spectrum of this object was found to be dependent on the scattering particle concentration, particle material and sample thickness. It was shown that the main reason of the dependencies is an enhanced reabsorption of luminescence radiation in the light scattering sample caused by manifold light scattering

Polarization SAR system

Основная статьяA mathematical model is constructed for the dependence of the specific ESR on the slip angle for various types of X-band surfaces. A fully polarimetric radar image of a terrain site, synthesized from a three-dimensional model of the underlying surface

Термодинамическая эффективность теплонасосной системы кондиционирования воздуха в закрытом плавательном бассейне в жаркий период года

Проаналізовано термодинамічну ефективність відкритої теплонасосної схеми кондиціювання повітря для критого басейну в спекотний період року залежно від параметрів роботи системи і зовнішнього повітря. Побудовано математичну модель роботи відкритої теплонасосної системи кондиціювання повітря, реалізацію якої проведено числовим методом послідовних наближень. Виявлено, що з підвищенням температури і відносної вологості зовнішнього повітря відбувається розширення температурних рамок циклу роботи теплового насоса, що призводить до погіршення умов його роботи та значного зниження холодильних коефіцієнтів теплового насоса і теплонасосної схеми. Для забезпечення заданого температурно-вологісного режиму в приміщенні басейну в умовах охолодження припливного повітря необхідне регулювання двох його потоків, що характеризуються значеннями частки повітря, що надходить до випарника, та частки повітря, що надходить до конденсатора, залежно від параметрів зовнішнього середовища. Можливості кондиціювання повітря в закритих басейнах у спекотний період року обмежені перш за все високими значеннями температури скидного повітря після конденсатора теплового насоса.The thermodynamic efficiency of the open heat pump air conditioning system for indoor swimming pool in the hot season, depending on the parameters of the system and the outside air was analyzed. A mathematical model of open heat pump air conditioning system was constructed and realized by a numerical method of successive approximations. It was revealed, that with increasing temperature and relative humidity of outdoor air temperature frames of the heat pump cycle expanded leading to deterioration of conditions of its work, and a significant reduction in the coefficient of performance of the heat pump and refrigerating efficiency of the heat pump scheme. For providing a temperature and humidity in the room in a pool of cooling the incoming air regulation of its two streams, characterized by the value share of air entering the evaporator, and a portion of the air entering the condenser, depending on the parameters of the environment. Opportunity of air conditioning indoor pools in the hot season is limited primarily by high values after the exhaust air temperature of the condenser of the heat pump.Проанализирована термодинамическая эффективность открытой теплонасосной схемы кондиционирования воздуха для крытого бассейна в жаркий период года в зависимости от параметров работы системы и наружного воздуха. Разработана математическая модель работы открытой теплонасосной системы кондиционирования воздуха, реализация которой была проведена численным методом последовательных приближений. Обнаружено, что с повышением температуры и относительной влажности наружного воздуха происходит расширение температурных рамок цикла работы теплового насоса, что приводит к ухудшению условий его работы и существенному снижению холодильных коэффициентов теплового насоса и теплонасосной схемы. Для обеспечения заданного температурно-влажностного режима в помещении бассейна в условиях охлаждения приточного воздуха необходимо регулирование двух его потоков, характеризующихся значениями доли воздуха, поступающего в испаритель, и части воздуха, поступающего в конденсатор, в зависимости от параметров внешней среды. Возможности кондиционирования воздуха в закрытых бассейнах в жаркий период года ограничены прежде всего высокими значениями температуры сбросного воздуха после конденсатора теплового насоса

Термодинамическая эффективность теплонасосных систем кондиционирования воздуха с использованием камеры смешивания в закрытом бассейне в жаркий период года

Проблематика. Видалення великої кількості вологи, що надходить у приміщення басейна внаслідок її випаровування, а також підтримка температури та вологості повітря в приміщенні басейна є основною задачею, яку повинна ефективно розв’язувати теплонасосна система обробки повітря. Мета дослідження. Мета роботи – аналіз термодинамічної ефективності теплонасосної схеми кондиціювання повітря для критого басейна в спекотний період року залежно від параметрів роботи системи і зовнішнього повітря. Схема передбачає встановлення камери змішування спочатку до, а потім після теплового насоса (ТН). Методика реалізації. Побудовано математичну модель роботи теплонасосної системи кондиціювання повітря, реалізацію якої було проведено числовим методом послідовних наближень. Результати дослідження. Схема з камерою змішування до ТН характеризується досить низькими значеннями холодильного коефіцієнта схеми, що пов’язано з досить високим тепловим навантаженням випарника ТН. Збільшення коефіцієнта рециркуляції та істотне зниження частки свіжого припливного повітря сприяє збереженню холоду в системі кондиціювання і підвищенню холодильного коефіцієнта всієї теплонасосної схеми кондиціювання. Висновки. Теплонасосна система кондиціювання басейна з рециркуляцією відпрацьованого повітря та камерою змішування після ТН у теплий або спекотний період року має найбільш високу термодинамічну ефективність як за значеннями холодильного коефіцієнта всієї схеми, так і за робочим діапазоном зміни температури та відносної вологості зовнішнього атмосферного повітря.Background. Removal of a large amount of moisture entering the premises as a result of the evaporation, and temperature and humidity maintenance in the room of the pool is the main problem, which should effectively address heat pump air handling system. Objective. Objective is the thermodynamic analysis of heat pump air conditioning scheme for the indoor pool on a hot period of the year depending on the parameters of the system and the outside air. The scheme provides for the mixing chamber mounting before, and then after the heat pump. Methods. The mathematical model of heat pump air conditioning system was built, implementation of which was conducted by numerical method of successive approximations. Results. The scheme from mixing chamber to the heat pump is characterized by relatively low values of the scheme performance coefficient, due to the relatively high heat load of the heat pump evaporator; the increase of the recycling rate and a significant decrease in the proportion of fresh supply air contributes to the preservation of cold air in the system and increases the coefficient of the entire heat pump air scheme. Conclusions. Pool heat pump air conditioning system with the recirculation of exhaust air and the mixing chamber after the heat pump in warm or hot season has the highest thermodynamic efficiency by the values of the coefficient of the whole circuit, and the working range of changes in temperature and relative humidity of the outside air.Проблематика. Удаление большого количества влаги, поступающей в помещение бассейна вследствие ее испарения, а также поддержание температуры и влажности воздуха в помещении бассейна является основной задачей, которую должна эффективно решать теплонасосная система обработки воздуха. Цель исследования. Цель работы – анализ термодинамической эффективности теплонасосной схемы кондиционирования воздуха для крытого бассейна в жаркий период года в зависимости от параметров работы системы и наружного воздуха. Схема предусматривает установление камеры смешивания сначала до, а затем после ТН. Методика реализации. Построена математическая модель работы теплонасосной системы кондиционирования воздуха, реализация которой была проведена численным методом последовательных приближений. Результаты исследования. Схема с камерой смешивания до ТН характеризуется достаточно низкими значениями холодильного коэффициента схемы, что связано с достаточно высокой тепловой нагрузкой испарителя ТН. Увеличение коэффициента рециркуляции и существенное снижение доли свежего приточного воздуха способствует сохранению холода в системе кондиционирования и повышению холодильного коэффициента всей теплонасосной схемы кондиционирования. Выводы. Теплонасосная система кондиционирования бассейна с рециркуляцией отработанного воздуха и камерой смешивания после ТН в теплый или жаркий период года имеет наиболее высокую термодинамическую эффективность как по значениям холодильного коэффициента всей схемы, так и по рабочим диапазонам изменения температуры и относительной влажности наружного атмосферного воздуха

Эффективность рециркуляционного теплонасосной системы кондиционирования воздуха в закрытом плавательном бассейне в жаркий период года

У статті проведено аналіз термодинамічної ефективності теплонасосної схеми кондиціювання повітря з рециркуляцією для критого басейну в спекотний період року, в залежності від параметрів роботи системи і зовнішнього повітря. Побудована математична модель роботи рециркуляційної теплонасосної системи кондиціювання повітря, реалізація якої була здійснена чисельним методом послідовних наближень. Отримані залежності для визначення параметрів повітря у характерних точках системи та холодильного коефіцієнта теплонасосної системи кондиціювання. Показано, що з підвищенням температури і відносної вологості зовнішнього повітря відбувається розширення температурних рамок циклу роботи теплового насосу, що призводить до погіршення умов його роботи та суттєвого зниження холодильного коефіцієнта теплового насосу і холодильного коефіцієнта теплонасосної схеми. Визначено, що застосування розглянутої схеми кондиціювання повітря басейну з рециркуляцією відпрацьованого повітря забезпечує підвищення холодильного коефіцієнта схеми з підвищенням температури навколишнього середовища, але не дозволяє досягти високої термодинамічної ефективності та значного підвищення граничної температури зовнішнього повітря.The thermodynamic efficiency of recirculating heat pump air conditioning system in the indoor pool during the hot season are analyzed in the article, depending on the parameters of the system and the outside air. A mathematical model of the recirculation heat pump air conditioning system are developed, the implementation of which was a quantitative method of successive approximations. The dependences for the parameters of air in characteristic points system and coefficient of heat pump air conditioning system are received. There are shown that with increasing temperature and relative humidity of the outside air expanding the temperature scope of the heat pump cycle that distort his work and a significant reduction in coefficient of heat pump of performance and heat pump coefficient of performance of the scheme. Use of heat pump air conditioning system in the indoor swimming pool with recirculation of exhaust air increase the cooling coefficient of scheme with increasing of ambient temperature, but do not allow to achieve of high thermodynamic efficiency and a significant increase of boundary ambient temperature.В статье проведен анализ термодинамической эффективности теплонасосной схемы кондиционирования воздуха с рециркуляцией для крытого бассейна в жаркий период года в зависимости от параметров работы системы и наружного воздуха. Построена математическая модель работы рециркуляционной теплонасосной системы кондиционирования воздуха, реализация которой была проведена численным методом последовательных приближений. Получены зависимости для определения параметров воздуха в характерных точках системы и холодильного коэффициента теплонасосной системы кондиционирования. Показано, что с повышением температуры и относительной влажности наружного воздуха происходит расширение температурных рамок цикла работы теплового насоса, что приводит к ухудшению условий его работы и существенному снижению холодильного коэффициента теплового насоса и холодильного коэффициента теплонасосной схемы. Определено, что применение рассматриваемой схемы кондиционирования воздуха бассейна с рециркуляцией отработанного воздуха обеспечивает повышение холодильного коэффициента схемы с повышением температуры окружающей среды, но не позволяет достичь высокой термодинамической эффективности и повышения предельной температуры наружного воздуха