Термодинамічна ефективність роботи теплонасосної системи кондиціювання на базі вертикального ґрунтового теплообмінника

Автор(и)

  • M. Bezrodny National Technical University of Ukraine "Ihor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" , Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
  • S. Oslovskyi National Technical University of Ukraine "Ihor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" , Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

DOI:

https://doi.org/10.31548/energiya3(67).2023.074

Анотація

Розглянуто теплонасосну систему кондиціювання на базі вертикального ґрунтового теплообмінника. Визначено дві задачі дослідження: аналіз ефективності в активному та пасивному режимах кондиціювання. Проведено термодинамічний аналіз ефективності роботи запропонованої схеми. Визначено основні параметри роботи системи у вузлових точках. За допомогою балансових рівнянь визначено рамки роботи системи в пасивному та активному режимах за основними параметрами. Побудовано та проаналізовано графічні залежності показників енергетичної ефективності від визначальних параметрів роботи системи. Показано, за яких значень параметрів система має оптимальні затрати на експлуатацію. Результати дослідження співставлено з такими ж для спліт-системи. Визначено переваги і недоліки використання запропонованого рішення. Визначено, що теплонасосна система з використанням теплоти ґрунту для кондиціювання повітря з вертикальним ґрунтовим теплообмінником має більш жорсткі вимоги до термічної ізоляції об’єкту кондиціювання, аніж система на базі повітряного теплового насоса.

Ключові слова: кондиціювання, тепловий насос, енергетична ефективність, ґрунтовий теплообмінник, теплота ґрунту, пасивний режим охолодження, холодильний коефіцієнт

Посилання

Kaygusuz, K. (2009). Energy and environmental issues relating to greenhouse gas emissions for sustainable development in Turkey. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, 253–270.

Ma, Z., Wang, S. (2009). Building energy research in Hong Kong: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, 1870–1883.

Wan, K., Li, D., Pan, W., Lam, J. (2012). Impact of climate change on building energy use in different climate zones and mitigation and adaptation implications. Applied Energy, 97, 274–282.

Ma, Z., Ren, H., Lin, W. (2019). A review of heating, ventilation and air conditioning technologies and innovations used in solar-powered net zero energy Solar Decathlon houses. Journal of Cleaner Production, 240, 148-158.

Wang, Z., Wang, F., Liu, J., Ma, Z., Han, E., Song, M. (2017). Field test and numerical investigation on the heat transfer characteristics and optimal design of the heat exchangers of a deep borehole ground source heat pump system. Energy Conversion and Management, 153, 603–615.

Sarbu, I., Sebarchievici, C. (2014). General review of ground-source heat pump systems for heating and cooling of buildings. Energy and Buildings, 70, 441–454.

Omer, A. M. (2017). Ground-source heat pump systems and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 10, 123-134.

Lund, J. W. (2020). Ground source (geothermal) heat pumps. In: Lineau P. J., editor. Course on heating with geothermal energy: conventional and new schemes. World geothermal congress 2020 short courses. Kazuno, Tohuko District, Japan, 2020, 1–21.

Sanner, B., Karytsas, C., Mendrinos, D., Rybach, L. (2013). Current status of ground source heat pumps and underground thermal storage in Europe. Geothermics, 32, 579–588.

Hepbasli, A., Akdemir, O., Hancioglu, E. (2013). Experimental study of a closed loop vertical ground source heat pump system. Energy Conversion and Management, 44, 527–548.

Hepbasli, A. Thermodynamic analysis of a ground-source heat pump system for district heating. International Journal of Energy Research, 7, 671–687.

Akpinar, E., Hepbasli, A. A. (2017). Comparative study on exergetic assessment of two ground source (geothermal) heat pump systems for residential applications. Building and Environmen, 42, 2004–2013.

Petit, P. J., Meyer, J. P. A. (2017). Techno-economic analysis comparison of the performance of air-source and horizontal ground-source air conditioners in South Africa. International Journal of Energy Research, 21, 1011–1021.

De Swartdt, C. A, Meyer, J. P. (2021). A performance comparison between an air source and a ground source reversible heat pump. International Journal of Energy Research, 25, 899–910.

Liu, Z., Xu, W., Qian, C., Chen, X., Jin, G. (2015). Investigation on the feasibility and performance of ground source heat pump (GSHP) in three cities in cold climate zone, China. Renewable Energy, 19, 76-89.

Yang, W., Chen, Y., Shi, M., Spitler, J. D. (2013). Numerical investigation on the underground thermal imbalance of ground-coupled heat pump operated in coolingdominated district. Applied Thermal Engineering, 58, 627-637.

Pandey, N., Murugesan, K., Thomas, H. R. (2017). Optimization of ground heat exchangers for space heating and cooling applications using Taguchi method and utility concept. Applied Energy, 190, 421-438.

Bezrodny, M. K., Pritula N.O. (2016). Termodynamichna ta enerhetychna efektyvnist teplonasosnykh skhem teplopostachannia [Thermodynamic and energy efficiency of heat pump heat supply circuits]: monography. Kyiv: NTUU "KPI" View "Polytechnic", 272.

Bezrodny, M., Kutra, D. (2015). Efektyvnist teplonasosnykh system kondytsiiuvannia povitria [Efficiency of heat pump air conditioning systems]. Kyiv: NTUU "KPI" View "Polytechnic", 172.

Strelchuk, O., Sizov, O. (2013). DBN V.2.5-67:2013 "Opalennia, ventyliatsiia ta kondytsionuvannia" [DBN V.2.5-67:2013 Heating, ventilation and air conditioning]. Kyiv: SE "Ukrakhbudinform", 141.

Завантаження

Опубліковано

2023-09-07

Номер

№ 3 (2023)

Розділ

Статті

Ліцензія

Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).