Control of carbon dioxide bivalent heat pump on heating of buildings. Part II

Abstract

The control system of a bivalent heat pump (BHP), using as low potential heat (LPH) sources both the heat of the return water of the network and the heat of the outside air, is considered. The aim of the work is to determine the parameters of the thermodynamic cycle of the heat pump, which would ensure the operation of the heat pump at variable temperatures and flow rates of the re-frigerant in the load. The set goal is achieved by solving the following tasks: analysis of the methods of synthesis of systems at variable load, analysis of the operation of the system at random disturbances, development of the heat pump automatic control system (ACS). The main result of the work is: the scheme of the heat pump, which can work with variable pressures of the evaporator and the gas cooler, as well as the technical solution, in which the enthalpy difference at the evaporator remains constant regardless of the outside air temperatures Significance of the obtained results consists in creation of the BTN scheme, which allows to provide both qualitative and qualitative-quantitative laws of regulation of thermal regime of a building at increase of SOR of a heat pump, thanks to rational choice of a temperature schedule of regulation. Local storage using electrochemical accumulators at the re-quired capacity would be very expensive and would make the entire installation unprofitable. The only reasonable solution is interaction with the grid, which requires, in addition to the technical means of interfacing, the presence of appropriate regulations governing the transfer of electricity generated by the local facility to the grid, especially if the generation will be carried out throughout the year.

Scopul lucrării este de a determina parametrii ciclului termodinamic al pompei de căldură, care ar asigura funcționarea pompei de căldură la temperaturi și debite variabile ale lichidului de răcire în sarcină. Scopul stabilit se realizează prin rezolvarea următoarelor sarcini: analiza metodelor de sinteză a schemelor la sarcină variabilă, analiza funcționării schemei la perturbări aleatorii, dezvoltarea sistemului de control automat al pompei de căldură (ACS). Cel mai important rezultat al lucrării este: schema pompei de căldură, care poate funcționa la presiuni variabile ale evaporatorului și răcitorului de gaz, precum și soluția tehnică, în care diferența de entalpii la evaporator rămâne constantă indiferent de temperaturile aerului exterior. Semnificația rezultatelor obținute constă în crearea schemei BHP, care permite să se asigure atât reglarea calitativă, cât și calitativ-cantitativă a regimului termic al clădirii la creșterea COP al pompei de căldură, datorită alegerii raționale a programul de reglare a temperaturii. La utilizarea modulelor fotovoltaice problema rămâne stocarea energiei electrice generate de acestea. Depozitarea locală folosind acumulatori electrochimici la capacitatea necesară ar fi foarte costisitoare și ar face ca întreaga instalație să fie neprofitabilă. Singura soluție rezonabilă este interacțiunea cu rețeaua, care necesită, pe lângă mijloacele tehnice de interfațare, prezența unor reglementări adecvate care reglementează transferul energiei electrice generate de instalația locală către rețea, mai ales dacă generarea va să fie efectuate pe tot parcursul anului.

Рассмотрена система управления бивалентным тепловым насосом (БТН), использующим в качестве источников низкопотенциальной теплоты (НПТ) как теплоту обратной сетевой воды, так и теплоту наружного воздуха. Целью работы является определение параметров термодинамического цикла БТН, который обеспечивал бы работу теплового насоса при переменных температурах и расходах теплоносителя в нагрузке. Поставленная цель достигнута путем решения следующих задач: анализа методов синтеза схем при переменной нагрузке, анализа работы схемы при случайных возмущениях, разработки САУ ТН. Наиболее существенным результатом работы является: схема теплового насоса, который может функционировать при переменных давлениях испарителя и газоохладителя, а также техническое решение, при котором перепад энтальпий на испарителе остается постоянным независимо от температур наружного воздуха. Установлено, что для стабилизации режима работы регулирующего клапана достаточно ПИ-регулятора в контуре САУ температурой хладагента на выходе второй ступени газоохладителя. Значимость полученных результатов состоит в создании схемы БТН, которая позволяет обеспечить как качественный, так и качественно-количественный законы регулирования теплового режима здания при повышении СОР теплового насоса, благодаря рациональному выбору температурного графика регулирования. При использовании фотоэлектрических модулей проблемой остается аккумулирование генерируемой ими электроэнергии. Локальное аккумулирование с применением электрохимических аккумуляторов при требуемых мощностях получится очень дорогим, и сделает всю установку нерентабельной. Единственный разумный выход – взаимодействие с сетью, требующее помимо технических средств сопряжения ещё и наличия соответствующих нормативных актов, регламентирующих передачу генерируемой локальным объектом электроэнергии в сеть, особенно если генерация будет осуществляться в течение всего года.