AACIMP 2010 Summer School lecture by Gennady Varlamov. "Sustainable Development" stream. "Clean Energy Production Technologies" course. More info at http://summerschool.ssa.org.ua

1. Практичне заняття
Дослідження режимів роботи та
ефективності теплонасосної установки
Тест
1. Яким кофіцієнтом характеризується ефективність роботи Т.Н., від
яких параметрів він залежить та як розраховується?
2. Режими експлуатації Т.Н.?
3. Типи Т.Н. Будерус, їх потужність, основні елементи конструкції та їх
основні технічні характеристики?
4. Які параметри необхідно знати для визначення теплової потужності?
5. Можливості регулювання вбудованої системи керування Т.Н.?
1

2. 6. Яка рідина застосовується для зовнішного контура, її характеристики
(температура замерзання, рівень РН)?
7. Які вихідні дані потрібно знати для розрахунку площі колекторного
поля (довжини трубопроводів) або глибини та кількості свердловин?
8. Яким баком-водонагрівачем комплектуються «одноконтурні» Т.Н. та
чому. Типи баків-водонагревачів Будерус?
2

3. 1. Опис експериментальної установки
На мал. 5 показано принципова теплова схема для дослідження
теплового насоса.. Основними елементами схеми є: тепловий насос
Logatherm WPS-11( К6), комбінований буферний накопичувач для
приготування води гарячого водопостачання та підтримки опалення Logalux
P-750SW (К7), ємність з водою як джерело низькопотенційного тепла (К13),
проміжний змійовиковий теплообмінник із нержавіючої сталі(К14),
Насоси опалювального (К12) та циркуляційного контуру
ГВП(К11),баки мембранні розширювальні для контуру опалення (К9),
контуру ГВП К(10) та розсільного контуру теплового насосу(К8), лічильники
потужності в контурі розсолу(S7), контурі опалення(S6), контурі ГВП (S5), в
лінії подачі холодної води(S4).
3

4. Мал. 1 Принципова теплова схема для дослідження теплового насосу
Logatherm WPS-11
Джерелом низко потенційної теплоти для теплового насосу обрано
воду зі свердловини, що знаходиться поруч з будівлею і протягом року має
температуру приблизно t=7˚C (кожного разу температура вимірюється). Вода
надходить до ємнісного баку, де через проміжний змійовиковий
теплообмінник із нержавіючої сталі нагріває розсіл (холодоносій) до
температури приблизно t≈5˚С (кожного разу температура вимірюється). Далі
розсіл надходить до випарника теплового насосу,де видобувається процес
випаровування холодоагенту R407 за рахунок акумулювання теплоти з
розсільного контуру. Газоподібний холодоагент стискається в компресорі, за
рахунок цього його температура зростає. Це дає змогу передати більше
теплоти в систему опалення при фазовому переході газоподібного
холодоагенту в рідкий в конденсаторі.
4

5. На виході з теплового насосу температура теплоносія може досягати
максимально t=65˚C. Нагріта вода від теплового насосу направляється до
комбінованого бойлеру, де, може змішуватися з більш гарячою водою
,отриманою від сонячних колекторів (при наявності такової), та
направляється до системи опалення і при необхідності нагріває воду на
гаряче водопостачання.
Високий рівень автоматизації встановленого обладнання дозволяє
гнучко програмувати різні режими роботи теплової схеми стенду,крім
того,наявні перехідні інтерфейси для під’єднання обладнання до ЕОМ дають
змогу «знімати « показники з усіх датчиків і слідкувати за роботою стенду, як
у статичному режимі, так і у динамічному,що надає можливість дослідити
роботу кожного елементу та всієї схеми в цілому.
5

6. 2. Порядок проведення роботи
1. Згідно приведеної схеми установки необхідно пояснити призначення
кожного обладнання.
2. В ході виконання роботи необхідно дослідити єфективність роботи
теплового насоса при різних температурних режимах:
tс.о.к  350 С tс.о.к  400 С tс.о.к  450 С
tс.о.к  500 С tс.о.к  550 С tс.о.к  650 С
2. Для цьго знімаются наступні данні:
За даними з теплових лічильників, встановлених в розсольному контурі
джерела низькопотенційної енергії, та в контурі системи опалення,
зафіксувати наступні параметри для відповідних моментів часу:
- t1розс., t2розс. - температури розсолу на вході та виході з теплового
насоса, оС
- t с.о.к.1 ; t с.о.к.2 - температури теплоносія (води) системи опалення на
вході та виході, оС
Gрозс. – витрати розсолу, м3/год;
Gс.о. – витрати теплоносія контуру опалення, м3/год;
Qрозс. – теплопродуктивність контуру розсолу , кВт;
Qс.о. – теплопродуктивність контуру опалення,кВт;
3. Фіксуємо показники лічильника електричної енергії N,кВт
4. Занести експериментальні дані для кожного з режимів в табл. 1. Дані
спостережень можуть бути отримані за допомогою ручних вимірів або за
допомогою автоматичного моніторингу.
5. Провести експериментальну обробку інформації: розрахунки,
побудову залежностей, тощо.
6. Порівняти експериментальні дані та оброблені результати
розрахунків ефективності для різних діапазонів перепаду температур.
6

7. Таблиця 1. Експериментальні дані
Дата «______»_____________20__ року.
Астрономічний
час, год
розсіл опалення
№ дослідження
tзовн,,оС
N, кВт
tкімн,оС
Закінчення
Початок
Gрозс.м3/год
Gс.о, м3/год
Qрозс. , кВт
Tс.о.к. 2, оС
t1розс. оС
t2розс. оС
Tс.о.к. 1,оС
Q с.о , кВт
3. Обробка експериментальних даних
В ході обробки результатів вимірювання необхідно визначити такі
параметри:
1. Різницю температур на вході і виході конуру опалення
∆tс.о. =. t с.о.к.2 - t с.о.к.1 =
7

8. 2. Різницю температур на вході і виході конуру розсолу
∆tрозсол = t1розс - t2розс =
3. Витрати теплоносія контуру розсолу, м3/с
G розс. 
4. Витрати теплоносія контуру опалення, м3/с
Gс.о. 
5. Теплопродуктивність контуру розсолу
Q розс.  с розс.   розс.  G розс.  t розс. 
t1розс., t2розс. - температури розсолу на вході та виході з теплового насоса, оС
G розс. - об’ємна витрата теплоносія, м3/с;
C p - теплоемність розсолу (суміш пропіленгликолю з водою), кДж/кг∙0С.
Для розрахунків можна прийняти:
- теплоємність пропіленгликолю С р.ПРОПИЛЕН .  2,483кДж / кг 0С при t=20 0С;
- теплоємність води С р.ВОДИ .  4,19кДж / кг 0С
С рРОЗСОЛУ 
 - густина розсолу, для технічних розрахунків можно прийняти  = 1010
кг/м3.
8

9. 6. Теплопродуктивність контуру опалення
Qс.о.  сс.о.   с.о.  Gс.о.  t с.о. 
t с.о.к.1 ; t с.о.к.2 - температури теплоносія (води) системи опалення на вході та
виході, оС
Gс.о. – витрати теплоносія контуру опалення, м3/с
C p - теплоемність води, 4,19 кДж/кг∙0С.
 - густина води для технічних розрахунків можно прийняти  = 1000 кг/м3
7. Коефіцієнт перетворення  (СОР) за формулою
Qc.o.
 
N
Tс.о.2 Tс.о.2
 ємпир  0,5  0,5 
Т с.о.2  Т розс.1 Т режиму
где Тс.о2 – температура води на виході з теплового насоса до системи
опалення, К
Трозс.1 – температура розсолу на вході до теплового насоса, К
Трежиму – різниця між температурою води на виході з теплового насоса
до системи опалення та температурою розсолу на вході до
теплового насоса, К
8.Максимальний теоретичний коефіцієнт к за формулою
к= TO/( TK - TO) =
9

10. где - TK і TO - температури конденсації і кипіння фреону в тепловому
насосі
(Температура TK- визначається тиском конденсації холодоагенту в
ТН, TO- температурою джерела тепла низького потенціалу).
Результати обробки результатів занести в таблицю 2
№ ∆to ∆tк  к
9. Побудувати залежність коефіцієнту перетворення
 від різниці Трежиму - різниця між температурою води на виході з
теплового насоса до системи опалення та температурою розсолу на вході до
теплового насоса, К.
10

11. Додаток 1
EWP Тепловий насос
GT6 Датчик температури
компресора
GT8 Датчик температури подачі
GT9 Датчик температури для
зворотної лінії опалення
(внутрішній)
GT10 Температурний датчик вхідної
лінії соляного
розчину зовнішгього земляного
контуру
GT11 Температурний датчик
вихідної лінії соляного
розчину зовнішгього земляного
контуру
Рис. 8 Схематичне зображення з’єднань HP Реле тиску сторони високого
тиску
HR Зворотня лінія опалення HV Подаюча лінія опалення
SA Вихідний патрубок хладагента SE Вхідний патрубок холодоагенту
(вихід земляного контуру) (вхід земляного контуру)
LP Реле тиску сторони низького тиску P2 Насос контуру опалення
P3 Насос зовнішнього контуру соляного RSp Зворотній хід бойлера
розчину VSp Накопичувальна лінія подачі
VXV 3-ходовий клапан ZH Електричний догреватель
4 Запірний кран з фільтром 23 Випарник
83 Розширювальний клапан 84 Оглядове вікно
86 Сухий фільтр 88 Конденсатор
11

12. 95 Панель керування 111 Компресор
Технічні дані
Режим соляний розчин/вода
Потужність опалення 0/35
кВт 10,9 (19,9)
значення у дужках:1)
Потужність опалення 0/50 1) кВт 10,1 (19,1)
COP 0/35 2)/3) – 5,0/4,6
COP 0/50 2)/3) – 3,5/3,2
Зовнішній земляний контур (соляний розчин)
Номінальний потік розчину
л/сек. 0,62
води
Допустиме падіння тиску кПа 80
Макс. Тиск бар 4
Вміст соляного розчину Л 6
Робочий діапазон
°C –5 ... +20
Температури
Підключення (мідь) мм 28
Компресор
Тип – Mitsubishi Scroll
Маса холодильного агенту
кг 1,90
R407c
макс. Тиск бар 31
Опалення
Номінальний потік води (∆t = 7 K) л/сек. 0,37
Мінімальна температура
°C 20
Подачі
макс. температура подачі °C 65
макс. робочий тиск води бар 3,0
Вміст води л 7
Підключення (мідь) мм 22
Електричні значення для підключення
Електр. напруга В 400 (3 x 230)
Частота Гц 50
Запобіжник, інерційний; для догревателя (електропатрону)
A 20/25
6 кВт/9 кВт
Номінальна електрична потужність компресора 0/35 кВт 2,3
макс. пусковий струм з обмежувачем пускового струму A < 30
Вид захисту IP X1
Загальна інформація
Допустима температура середовища °C 0 ... +45
Габарити (ширина х висота х глибина) мм 600 x 640 x 1500
Вага (без пакування) кг 164
1) максимальна потужність опалення разом з електричним догрівачем 9 кВт
2) лише компресор
12