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

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

Оптимальные условия работы вертикальных грунтовых теплообменников для теплонасосных систем теплоснабжения

В статті викладена методика визначення оптимальних умов роботи вертикального ґрунтового теплообмінника для теплонасосної системи низькотемпературного водяного опалення, що забезпечують мінімум енергетичних затрат на вироблення теплоти. Визначено, що при застосуванні вертикальних зондів для теплонасосної системи теплопостачання існує оптимальна швидкість теплоносія, якій відповідають мінімальні сумарні затрати електроенергії на систему опалення в цілому. Отримано співвідношення між характеристиками вертикального ґрунтового теплообмінника(глибина свердловини, інтенсивність відбору теплоти від ґрунту, діаметр труби, швидкість руху теплоносія) в оптимальних умовах його роботи. Показано, що оптимальна швидкість теплоносія в нижньому контурі та відповідні гідравлічні втрати залежить від глибини свердловини, діаметра труби теплообмінника та типу ґрунту, слабо залежать від теплофізичних характеристик теплоносія і практично не залежать від температурних умов роботи теплонасосної системи. Визначені співвідношення для характеристик вертикального ґрунтового теплообмінника можуть бути використані на стадії проектування теплонасосних систем теплопостачання з використанням теплоти ґрунту для забезпечення їх максимальної енергетичної ефективності.The method of determination of optimal working conditions of vertical ground heat exchanger for heat pump low temperature water heating system, providing minimum energy cost for heat production is presented in this article. It was determined that there is an optimum speed of a heat carrier to which minimum total cost of electricity for heating system in a whole corresponds when using vertical probes for heat pump heating system. The correlation between the characteristics of vertical ground heat exchanger (depth of the well, the intensity of selection of heat from the soil pipe diameter, the velocity of a heat carrier) in its optimal working conditions was found. It is shown that the optimum speed of a heat carrier in the lower circuit and relevant hydraulic loss depends on the depth of the well, the heat exchanger tube diameter and type of ground, weakly depend on the thermal characteristics of a heat carrier and are almost independent of temperature conditions of heat pump systems. The determined correlations for vertical ground heat exchanger characteristics can be used at the design stage of heat pump heating systems using ground heat for ensuring their maximum energy efficiency.В статье изложена методика определения оптимальных условий работы вертикального грунтового теплообменника для теплонасосной системы низкотемпературного водяного отопления, которые обеспечивают минимум энергетических затрат на выработку теплоты. Определено, что при применении вертикальных зондов для теплонасосной системы теплоснабжения существует оптимальная скорость теплоносителя, которой соответствуют минимальные суммарные затраты электроэнергии на систему отопления в целом. Получено соотношения между характеристиками вертикального грунтового теплообменника (глубина скважины, интенсивность отбора теплоты от почвы, диаметр трубы, скорость движения теплоносителя) в оптимальных условиях его работы. Показано, что оптимальная скорость теплоносителя в нижнем контуре и соответствующие гидравлические потери зависят от глубины скважины, диаметра трубы теплообменника и типа почвы, слабо зависят от теплофизических характеристик теплоносителя и практически не зависят от температурных условий работы теплонасосной системы. Установленные соотношения для характеристик вертикального грунтового теплообменника могут быть использованы на стадии проектирования теплонасосных систем теплоснабжения с использованием теплоты грунта для обеспечения их максимальной энергетической эффективности

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

Эффективность теплонасосно-рекуператорной схемы отопления и вентиляции с использованием теплоты вентиляционного и атмосферного воздуха

Проблематика. Сучасний технологічний прогрес людства зумовлює зростання потреби в енергії, тепловій чи електричній. Велика частка цієї енергії отримується спалюванням корисних копалин, запаси яких стрімко зменшуються. Економія енергоресурсів в усіх галузях економіки є глобальною проблемою сучасності. Мета дослідження. Пошук ефективних шляхів зменшення енергоємності теплоенергетичного обладнання є актуальним питанням. Одним із таких шляхів є використання альтернативних низькопотенційних джерел енергії із застосуванням повітряних теплових насосів, що набули широкого використання через низькі капіталовкладення порівняно з іншими джерелами енергії, необмеженість і доступність джерела теплоти. Проте їх значним недоліком є втрата потужності та ефективності зі зниженням температури повітря. Метою дослідження є пошук вирішення цього недоліку. Методика реалізації. У статті викладено методику аналізу ефективності теплонасосно-рекуператорної схеми опалення та вентиляції з використанням теплоти вентиляційного і атмосферного повітря. Розроблено теоретичну модель цієї системи та виконано числовий аналіз її термодинамічної ефективності. Результати дослідження. Встановлено, що застосування цієї системи дає змогу зменшити сумарні питомі затрати зовнішньої енергії на опалення та вентиляцію порівняно із системою без використання вентиляційного повітря за будь-яких значень коефіцієнта рекуперації та відносного потоку теплоти на вентиляцію. Отримано графічні залежності для невідомих параметрів у вузлових точках системи. Отримано співвідношення для визначення сумарних питомих затрат зовнішньої енергії в досліджуваній схемі. Висновки. Визначено, що при використанні цієї схеми на стадії проектування системи теплонасосного опалення та вентиляції можливо істотно знизити капітальні та експлуатаційні затрати. Використання отриманих залежностей у розробці систем теплонасосного опалення та вентиляції забезпечить максимальну енергоефективність їх роботи.Background. Modern technological progress of mankind leads to an increase in demand for energy whether it is heat or electricity. Most of this energy is obtained by burning minerals, which reserves are rapidly decreasing. Energy saving in all sectors of the economy is a global problem of our time. Objective. The search for effective ways to reduce the energy capacity of heat and power equipment is a pressing issue. One of such ways is the use of alternative low-potential energy sources such as air heat pumps, which are widely used due to low capital investments compared to other energy sources, unlimited and affordable heat source. However, their significant disadvantage is the loss of power and efficiency with a decrease in air temperature. The aim of the study is to find a solution to this drawback. Methods. The article describes a method for analysing the effectiveness of a heat pump recuperative heating and ventilation system with use of heat of ventilation and atmospheric air. A theoretical model of this system has been designed, and a numerical analysis of its thermodynamic efficiency has been performed. Results. It is seen that the use of this system allows reducing the total relative costs of external energy for heating and ventilation as compared to the system without using ventilation air at any values of the recovery coefficient and relative heat flow for ventilation. Graphic dependencies for unknown parameters at system nodes were obtained. Ratios for determining the total unit cost of external energy in the scheme under study are obtained. Conclusions. It was determined that when using this system at the design stage of the heat pump heating and ventilation system, it is possible to significantly reduce capital and operating costs. The use of the obtained dependencies in the development of heat pump heating and ventilation systems will ensure maximum energy efficiency of their work.Проблематика. Современный технологический прогресс человечества обусловливает рост потребности в энергии, тепловой или электрической. Большая часть этой энергии получается путем сжигания полезных ископаемых, запасы которых стремительно уменьшаются. Экономия энергоресурсов во всех отраслях экономики является глобальной проблемой современности. Цель исследования. Поиск эффективных путей уменьшения энергоемкости теплоэнергетического оборудования является актуальным вопросом. Одним из таких путей является использование альтернативных низкопотенциальных источников энергии с применением воздушных тепловых насосов, которые получили широкое использование из-за низких капиталовложений по сравнению с другими источниками энергии, неограниченности и доступности источника теплоты. Однако их значительным недостатком является потеря мощности и эффективности со снижением температуры воздуха. Целью исследования является поиск решения данного недостатка. Методика реализации. В статье изложена методика анализа эффективности теплонасосно-рекуператорной схемы отопления и вентиляции с использованием теплоты вентиляционного и атмосферного воздуха. Разработана теоретическая модель этой системы, и выполнен численный анализ ее термодинамической эффективности. Результаты исследования. Установлено, что применение данной системы позволяет уменьшить суммарные удельные затраты внешней энергии на отопление и вентиляцию по сравнению с системой без использования вентиляционного воздуха при любых значениях коэффициента рекуперации и относительного потока теплоты на вентиляцию. Получены графические зависимости для неизвестных параметров в узловых точках системы. Получены соотношения для определения суммарных удельных затрат внешней энергии в исследуемой схеме. Выводы. Определено, что при использовании данной схемы на стадии проектирования системы теплонасосного отопления и вентиляции возможно существенно снизить капитальные и эксплуатационные затраты. Использование полученных зависимостей в разработке систем теплонасосного отопления и вентиляции обеспечит максимальную энергоэффективность их работы

Термодинамическая эффективность теплонасосной схемы отопления с использованием теплоты грунта и сточных вод

Проблематика. На сьогодні набувають актуальності розробка і дослідження термодинамічної або енергетичної ефективності комбінованих теплонасосних систем теплопостачання з використанням декількох низькотемпе­ратурних джерел енергії. Мета дослідження. Визначення залежності відносної продуктивності вертикального ґрунтового теплообмінника від теплоспоживання гарячої води будинком і температури навколишнього середовища. Методика реалізації. Проведено термодинамічний аналіз схеми, на основі якого зроблено висновки щодо покращення умов роботи комбінованої теплонасосної системи теплопостачання та зменшення питомих затрат зовнішньої енергії на вироблення теплоти в системі опалення. Результати дослідження. Отримано співвідношення для визначення сумарних питомих затрат зовнішньої енергії на систему теплонасосного опалення з використанням теплоти ґрунту та стічних вод. Показано, що схема теплонасосної системи опалення з використанням додаткової теплоти стічних вод ефективніша, ніж вихідна схема опалення, на величину, що залежить від споживання гарячої води будівлею і від температури навколишнього середовища. Висновки. Визначено, що при використанні схеми, що розглядалась, на стадії проектування системи теплонасосного опалення можливо істотно знизити капітальні та експлуатаційні затрати. Використання отриманих залежностей у розробці систем теплонасосного опалення забезпечить максимальну енергоефективність їх роботи.Background. Currently, the development and research of thermodynamic or energy efficiency of combined heat pump heat supply systems with the use of several low-temperature sources of energy becomes relevant. Objective. The aim of the paper is to determine the dependence of the relative productivity of the vertical ground heat exchanger on the hot water heat consumption by the building and the ambient temperature. Methods. A thermodynamic analysis of scheme was carried out, on the basis of which conclusions were made on improving the working conditions of combined heat pump heat supply system and reducing the specific energy consumption for heat generation in the heating system. Results. The correlation for determining the total specific energy expenditure for the heat pump system with the use of ground and sewage heat is obtained. It is shown that the heat pump heating system scheme with the use of additional sewage heat is more effective than the initial heating scheme. The effectiveness depends on the consumption of hot water in the building, and the ambient temperature. Conclusions. It is determined that using this scheme in designing the heat pump heating system can significantly reduce capital and operating costs. The use of obtained dependencies in the development of heat pump systems will ensure the maximum energy efficiency of their operation.Проблематика. В настоящее время приобретают актуальность разработка и исследование термодинамической или энер­гетической эффективности комбинированных теплонасосных систем теплоснабжения с использованием нескольких низкотемпературных источников энергии. Цель исследования. Определение зависимости относительной производительности вертикального грунтового теплообменника от теплопотребления горячей воды домом и температуры окружающей среды. Методика реализации. Проведен термодинамический анализ схемы, на основе которого сделаны выводы по улучшению условий работы комбинированной теплонасосной системы теплоснабжения и уменьшению удельных затрат внешней энергии на выработку теплоты в системе отопления. Результаты исследования. Получены соотношения для определения суммарных удельных затрат внешней энергии на систему теплонасосного отопления с использованием теплоты грунта и сточных вод. Показано, что схема теплонасосной системы отопления с использованием дополнительной теплоты сточных вод эффективнее, чем исходная схема отопления, на величину, зависящую от потребления горячей воды зданием и от температуры окружающей среды. Выводы. Определено, что при использовании рассматриваемой схемы на стадии проектирования системы теплонасосного отопления возможно существенно снизить капитальные и эксплуатационные затраты. Использование полученных зависимостей в разработке систем теплонасосного отопления обеспечит максимальную энергоэффективность их работы