FEATURES OF FUNCTIONING OF A FREON CIRCUIT OF A LOW-RISE BUILDING WITH AN AIR HEAT PUMP DURING THE HEATING PERIOD
Authors: Федосов С.В. , Федосеев В.Н. , Шебашев В.Е. , Зайцева И.А. , Котлов В.Г. , Емелин В.А. 
Published: July 2024

Статья посвящена исследованию главной технологической задачи воздушного теплового насоса получению тепла от воздуха посредством преобразования электромеханической энергии двигателя через компрессор и обеспечение переноса тепла рабочим телом к потребителю. Применение воздушных тепловых насосов (ВТН) представляет собой уникальное технико-технологическое решение, с помощью которого возможны извлечение, концентрация и перекачивание рассеянной в окружающей среде тепловой энергии, что является альтернативой традиционным источникам энергии. Реализация энергоэффективной технологии ВТН предполагает необходимость исследования термодинамических и энерго-физических процессов, происходящих в испарительно-конденсационном блоке ВТН, с целью совершенствования теплохолодильного цикла и повышения производительности теплонасосной установки с учетом климатических условий. При рассмотрении основных процессов в теплохолодильном контуре ВТН и повышения их энергетической эффективности получены результаты, имеющие научную теоретическую и практическую значимость. Теплохолодильный цикл ВТН представлен как модель воздухообмена, где метод преобразования низкопотенциального тепла из окружающего воздуха основан на принципе энергетической инверсии, что является главным условием выполнения основной технологической задачи передачи тепла от воздуха с целью получения соответствующего количества пара. Авторами описана структура конфигурации потоков энергии с соответствующим расчетно-аналитическим обоснованием теплотехнических характеристик и режимов работы ВТН. Практическая направленность реализации результатов исследований ориентирована на работу ВТН в зданиях и сооружениях, расположенных в регионах Центрального федерального округа. Предложенный авторами алгоритм математического расчета количества теплоты, извлекаемой из окружающего воздуха, с учетом климатических условий позволяет повысить эффективность теплотехнических характеристик и режимов работы ВТН для обеспечения тепло-, холодопроизводительности теплонасосной установки. Это в свою очередь является отправной точкой для определения конструктивных размеров трубопроводов, испарителя и конденсатора ВТН. Исследование термодинамических и энергофизических процессов в испарительно-конденсационном блоке ВТН позволяет прогнозировать и совершенствовать энергоэффективность теплохолодильного цикла и в дальнейшем способствовать решению научных проблем и практических технических решений в области разработки систем автономного экологически чистого и экономически эффективного теплоснабжения зданий.

The article presents the outcomes of research into a core technological problem of air heat pump, i.e. obtaining heat from air by converting mechanical energy of the engine through the compressor and providing a heat transfer working fluid to the consumer. The use of air heat pumps presents a unique technical and technological solution, which makes it possible to extract, concentrate and pump the heat energy from the environment, thus being an alternative energy source. The implementation of the energy-efficient technology of air heat pumps implies studying thermodynamic and energy-physical processes occurring in the evaporation and condensation unit of air heat pumps, in order to improve heat-cooling cycle and increase the performance of the heat pump unit, taking into account climatic conditions. When considering the main processes in the heat-cooling circuit of air heat pumps and increasing their energy efficiency, we obtained important results. Heating and refrigerating cycle of air heat pumps is presented as a model of exchange where a method of converting low-grade heat from the ambient air is based on the principle of energy inversion, which is the main condition for fulfilling the basic technological problems of heat transfer from the air to obtain the appropriate amount of steam. The authors describe the structure of the configuration of energy flows with the corresponding computational and analytical justification of thermal characteristics and modes of operation of air heat pumps. The practical orientation of the implementation of the research results is focused on the work of air heat pumps in buildings located in the III climate zone. The proposed algorithm of mathematical calculation of the amount of heat drawn from the ambient air, taking into account climatic conditions, allows to increase the efficiency of thermal characteristics and operating modes of air heat pumps to ensure the heat and cooling capacity of the heat pump installation. This is the starting point for determining the structural dimensions of the elements of air heat pumps: pipes, as well as evaporator and condenser. The study of thermodynamic and energy-physical processes in the evaporative-condensation unit of air heat pumps allows to predict and improve the energy efficiency of the heat-cooling cycle and further contribute to the solution of scientific problems and practical technical solutions in the field of development of systems of Autonomous ecologically clean and cost-effective heat supply of buildings.