Поиск по сайту

Использование теплового насоса в системах поддержания микроклимата высотных зданий

Макаров Святослав Станиславович

2020 / Том 10, номер 2(33) 2020 [ ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. СТРОИТЕЛЬСТВО ]

Рассматривается актуальная в данное время проблема - состояние микроклимата в жилых помещениях высотных зданий. Использование естественной вытяжной вентиляционной системы без принудительного удаления воздуха приводит к ухудшению качества воздушной среды помещений: нарушению температурного и влажностного режима, увеличению CO₂, концентрации пыли, развитию патогенных микроорганизмов. Необходимо произвести переход от естественной вентиляции к вентиляции с принудительным побуждением, используя воздушные рекуперативные теплообменники для повторного использования утилизируемого тепла. В условиях низких зимних температур существует проблема обмерзания пластинчатых рекуператоров, что приводит к снижению их энергоэффективности. Основное содержание исследования для действующей приточно-вытяжной установки с пластинчатым рекуператором составляет анализ методов по предотвращению обмерзания и сравнительный расчет энергетических затрат. Рассмотрены три варианта предотвращения обмерзания: использование электрического калорифера перед рекуператором для подогрева воздуха до -14 ⁰С (условие обмерзания данного теплообменника); использование байпаса для размораживания теплообменника; использование теплового насоса для переноса тепловой энергии от утилизируемого воздуха к приточному воздуху. Разработанная экспериментальная модель с тепловым насосом использует в качестве теплоносителя фреон R410A. Полученные расчетные данные указывают, что при -36 ⁰С итоговые затраты энергии составляют: при использовании электрического калорифера - 20,4 кВт, рекуператора с байпасом - 21,3 кВт, а теплового насоса - 13,5 кВт. Дополнительно выведены зависимости изменения относительной влажности воздуха от температуры. Обобщая полученные результаты, можно уверенно сказать, что вариант использования теплового насоса позволит рационально использовать тепловую и электрическую энергию, затрачиваемую на обогрев дома и поддержания микроклимата в помещениях.

Ключевые слова:

рекуператор,тепловой насос,микроклимат,утилизация тепла,recuperator,heat pump,microclimate,heat recovery

Библиографический список:

Данилевский Л.Н. Системы принудительной вентиляции с рекуперацией тепловой энергии удаляемого воздуха для жилых зданий. Теория и практика. Минск, 2014. 128 c.
Требования инженеров к стандартам вентиляционных систем [Электронный ресурс]. ABOK. URL: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=70 (12.05.2020).
Катола В.М., Комогорцева В.Е. Пыль: Источники образования, ее общая характеристика (Краткий обзор) // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2018. № 67. С. 111-116. https://doi.org/10.12737/article_5a9f2eaf492cf9.67393066
Загороднюк Л.Х., Лысикова Н.В. Вредное воздействие микроорганизмов на здоровье человека в жилых помещениях, способы их уничтожения биоцидными растворами // Инновационные подходы в решении современных проблем рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды: сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф. (г. Алушта, 03-07 июня 2019 г.). Белгород: Изд-во Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, 2019. С. 43-49.
Киборт И.Д. Повышение эффективности котельной при помощи теплового насоса // Севергеоэкотех-2013: материалы ХIV Междунар. молодежной науч. конф. (г. Ухта, 20-22 марта 2013 г.). Ухта: Изд-во Ухтинского государственного технического университета, 2013. С. 354-356.
Alo M. Problems with Using the Exhaust Air Heat Pump for Renovation of Ventilation Systems in old Apartment Buildings // Danish Journal of Engineering and Applied Sciences. 2015. 44-55.
Kõiv T.-A., Rant A. Heating of buildings (Estonian). Second ed. Tallinn: TUT. 2013.
Kõiv T.-A, Voll H, Mikola A., Kuusk K., Maivel M. Indoor Climate and Energy Consumption in Residential Buildings in Estonian Climatic Condition // WSEAS Transactions on Environment and Development. 2010. № 6. P. 235-244.
Harsem T.T., Grindheim J., Borresen B.A. Efficient Interaction Between Energy Demand Surplus Heat, Cooling and Thermal Storage // Procedia Engineering. 2016. № 146. P. 210-217.
Rijal H.B., Tuohy P., Humphreys M.A., Nicol J.F., Samuel A., Clarke J. Using results from field surveys to predict the effect of open windows on thermal comfort and energy use in buildings // Energy and Buildings. 2007. Vol. 39. № 7. P. 823-836.
Yue Qi, Junjie Liu, Xilei Dai, Lei Zhao, Dayi Lai and Shen Wei, Investigation of Ventilation Behaviors in Mechanically Ventilated Residential Buildings in China. E3S Web conference. 2019. 111. 06048.
Eberhard P. Lüftungsgeräte mit Wärmerückgewinnung für Passivhäuser Schaltungsvarianten. Gerätebewertung. 5. (Passivhaustagung 16-18 Februar 2001). 1/ Auflage Reutlingen. 2001. P. 103-112.
Данилевский Л.Н. Принципы проектирования и инженерное оборудование энергоэффективных жилых зданий. Минск, 2011. 375 с.
Besant R.W., P.E., Allan B. Johnson. Reducing energy costs using run-around systems // ASHRAE Journal. 1995. Vol. 37. № 2. P. 41-46.
Галюжин С.Д, Лобикова Н.В., Лобикова О.М., Галюжин А.С. Целесообразность использования современных энергосберегающих систем вентиляции при строительстве и реконструкции зданий // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2018. Т.4. № 4.
Дискин М.Е. Эффективность рекуперации теплоты в системах вентиляции при температурах наружного воздуха ниже температуры опасности обмерзания [Электронный ресурс] // АВОК. 2006. № 4. URL. https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=3253 (12.05.2020).
Бачурин Д., Семушев В., Шилкин Н. Применение теплонасосных установок для отопления и горячего водоснабжения жилых домов. Опыт Австрии // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2013. № 8. С. 30-41.
Аверьянов В.К., Киборт И.Д., Уляшева В.М. Анализ результатов моделирования одно и двух-контурного воздушного теплового насоса // Вестник гражданских инженеров. 2014. № 3 (44). С. 164-167.
Порецкий В. В., Березович И. С., Стомахина Г. И. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха (жилые здания и коттеджи). М.: Пантори, 2003. 275 с.
Пат. № 131458, РФ, МПК F24F 3/147. Установка для системы вентиляции и кондиционирования воздуха (варианты) / Е.Э. Баймачев, С.С. Макаров, О.В. Шарова, А.В. Выгонец; ФГБОУ ВПО ИрГТУ. N 2013109036/12; Заяв. 28.02.2013; Опубл. 20.08.2013, Бюл. N 23.
Баймачев Е.Э., Макаров С.С. Моделирование термодинамического цикла теплового насоса для расширения температурного диапазона воздушного рекуператора // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014. № 6 (89). С. 101-106.
Степанов В.С. Методы оценки термодинамической эффективности систем поддержания микроклимата // Известия вузов. Строительство. 2009. № 10. С. 46-54.