Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

В современных условиях вопросы энергоэффективности и энергосбережения являются актуальными, и, зачастую, определяют и ценовую политику организации, и конкурентоспособность продукта или услуги.

Однако для обеспечения качественных результатов при проектировании и разработке продукта/услуги необходимо обладать как научной базой, так и соответствующими инструментами, позволяющими анализировать и прогнозировать свойства и характеристики веществ, приборов, стендов и т.п.

Создание для этих целей небольших исследовательских установок является перспективной задачей, решение которой позволяет добиться универсальности подхода, быстрой переналадки оборудования, качественной и малозатратной отработки результатов частных исследовательских задач, что может также активно использоваться в образовательном процессе для будущих специалистов-исследователей.

Примером такой установки для исследования нового продукта служит экспериментальный стенд теплонасосной установки (ТНУ), спроектированный и смонтированный на кафедре теоретических основ теплотехники ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ», принципиальная схема которого представлена на рис. 1 [1, 2].

Использование ТНУ в условиях развития децентрализованного теплоснабжения России – один из наиболее удачных способов реализации потенциальных возможностей эффективного преобразования низкопотенциальной тепловой энергии для отопления и (или) горячего водоснабжения объектов, а также для получения технологического или другого полезного эффекта.

Перспективность этого направления подтверждает высокий уровень мирового спроса на теплонасосную технику. В США ежегодно производится около 1 млн тепловых насосов, при этом при строительстве общественных зданий во многих случаях используются исключительно ТНУ. В Швеции 70 % теплоты для нужд теплоснабжения вырабатывается ТНУ. Общий объем продаж выпускаемых за рубежом ТНУ составляет 125 млрд долл. США. По прогнозам Мирового энергетического комитета, к 2020 г. в мире доля ТНУ в теплоснабжении составит 75 % [3]. В России же использование теплонасосных технологий сильно ограничено – случаи использования ТНУ единичны. Прежде всего, этот факт обусловлен отсутствием отечественного производителя таких установок и постоянного спроса на продукцию.

Ограниченный объем проводимых в России исследований ТНУ и обусловил разработку и проведение режимных испытаний вышеуказанного экспериментального стенда (рис. 1).

В состав контура хладагента входят: испаритель, компрессор, потребляемая мощность электродвигателя на привод которого выводится на электронное табло преобразователя частоты, конденсатор, фильтр-осушитель, электромагнитный вентиль, терморегулирующий вентиль.

Внешними системами для исследуемой установки являются: система горячего водоснабжения, состоящая из конденсатора ТНУ, бака горячего водоснабжения, аккумулирующего нагретую водопроводную воду, циркуляционного насоса; система аккумуляции холода, скомпонованная по аналогичному принципу от испарителя установки.

Внешний вид смонтированного экспериментального стенда представлен на рис. 2.

Сжатие рабочего вещества (фреона) ТНУ обеспечивается поршневым компрессором фирмы Maneurop MT28JE4AVE (Франция) с трехфазным электродвигателем. Компрессор имеет объемный расход 8,4 м3/ч и частоту вращения вала электродвигателя 2900 об/мин при частоте сети 50 Гц. Для управления компрессором используется преобразователь частоты Emotron FDU 2.0 (Emotron AB, Швеция).

Рис. 2. Общий вид экспериментального стенда. 1 – рама; 2 – электрощит; 3 – преобразователь частоты (ПЧ); 4,9 – шаровой кран; 5 – расходомер; 6 – испаритель; 7 – манометр; 8 – рекуператор; 10 – конденсатор; 11 – фильтр-осушитель, 12 – электромагнитный клапан; 13 – отделитель жидкости

Таблица 1

Измерительные приборы для регистрации показателей функционирования стенда с ТНУ (существующий вариант)

Устройство стенда позволяет производить его оперативную переналадку, настройку и сбор информации по контрольным точкам.

Для проведения теплотехнических испытаний экспериментального стенда применялось измерительное оборудование, список которого представлен в табл. 1.

Анализ представленного в таблице 1 оборудования позволяет сделать вывод о необходимости совершенствования уровня автоматизации не только оборудования установки, но и процесса обработки данных, полученных в результате проведения экспериментальных исследований [4].

Внедрение системы автоматизированного управления работой стенда ТНУ и соответствующей контрольно-измерительной базы позволит расширить его функционал до уровня учебно-исследовательской установки, что позволит не только моделировать различные схемы и режимы работы, но и обеспечить их стабильное функционирование с последующим анализом теплотехнических характеристик основных аппаратов стенда и разработкой рекомендаций для внедрения ТНУ в системы локального теплоснабжения [5, 6].

Результаты сравнительного анализа возможностей и функционала существующего и проектного уровней автоматизации управляющей и контрольно-измерительной базы стенда ТНУ представлены в табл. 2.