МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ РОБОТИ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСА

Анотація

У статті розглянуто питання підвищення енергоефективності систем теплопостачання на основі геотермальних теплових насосів шляхом удосконалення підходів до математичного моделювання та оптимізації режимів їх роботи. Проаналізовано особливості використання низькопотенційної теплової енергії ґрунтового масиву та обґрунтовано доцільність застосування розсольно-водяних теплових насосів, що характеризуються стабільністю теплових параметрів та низькою залежністю від зовнішніх кліматичних умов.

Розроблено узагальнену математичну модель функціонування геотермального теплового насоса, яка враховує взаємозв’язок між вхідними, вихідними та керуючими параметрами процесу теплопередачі. Запропонована модель дозволяє досліджувати вплив температурних режимів, витрат теплоносіїв, потужності компресора та коефіцієнта термодинамічної досконалості на ефективність роботи установки. Як критерій оцінювання ефективності використано коефіцієнт перетворення (COP), що відображає співвідношення між отриманою тепловою енергією та витратами електроенергії.

На основі проведених розрахунків встановлено закономірності зміни коефіцієнта термотрансформації залежно від температури геотермального теплоносія на вході та температури теплоносія в опалювальному контурі. Показано, що максимальні значення COP досягаються за умов мінімальної різниці температур між джерелом низькопотенційної енергії та системою теплопостачання, що підтверджує ефективність застосування низькотемпературних систем опалення.

Окрему увагу приділено дослідженню впливу ступеня перегріву холодоагенту у випарнику на енергетичні показники теплового насоса. Встановлено, що зменшення перегріву в допустимих межах сприяє підвищенню коефіцієнта перетворення: до 25 % для низькотемпературних режимів та до 15 % для високотемпературних. Обґрунтовано доцільність використання сучасних електронних терморегулюючих вентилів, які забезпечують адаптивне регулювання перегріву та підвищують надійність роботи компресорного обладнання.