energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2021-14-4-180-188energsecurity-781Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSАнализ эффективности использования теплонасосных установок для утилизации теплоты вентиляционных выбросовАnаlysis of efficiency of using heаt pump units for heаt recovery from ventilаtion emissionsСтепаненкоМ. Н.StepanenkoM. N.

111123, г. Москва, ш. Энтузиастов, д. 56, этаж 4 помещ. 416

111123, Moscow, sh. Enthusiasts, 56, floor 4 room. 416

МартыновА. В.MartunovA. V.

Российская Федерация, 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14

Krаsnokаzаrmennаyа str., 14, 111250, Moscow

ШелгинскийА. Я.ShelginskyA. Y.

Российская Федерация, 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14

Krаsnokаzаrmennаyа str., 14, 111250, Moscow

ООО «Технология современной связи»Russian FederationФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»РоссияMoscow Power Engineering Institute, Depаrtment IHESRussian Federation202127012022144180188Copyright © Степаненко М.Н., Мартынов А.В., Шелгинский А.Я., 20222022Степаненко М.Н., Мартынов А.В., Шелгинский А.Я.Stepanenko M.N., Martunov A.V., Shelginsky A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/781

Выполнен системный анализ современного состояния качества функционирования систем вентиляции промышленных и общественных зданий по объемам и режимам потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). Произведен анализ энергетической эффективности использования парокомпрессионной теплонасосной установки при утилизации теплоты вентиляционных выбросов для подогрева приточного воздуха. Произведено сравнение прямоточных систем вентиляции с теплонасосной установкой и без нее. Предложена математическая модель и алгоритм расчета рассматриваемых систем вентиляции. Модель может рассчитывать режимы работы одного из вариантов схем как с фиксированными значениями величин, влияющих на результат, так и с переменными, что позволяет быстро и с минимальными трудозатратами производить многовариантные расчеты, численные исследования. На примере конкретного производственного помещения приводятся результаты сравнительного анализа. В качестве исходных данных использованы данные теплового, влажностного и воздушного баланса, полученные с использованием нормативных документов и справочных данных, а также результатов исследований других авторов. В зависимости от выбранной схемы различаются наполнение расчетов и получены результаты.Разработанная модель позволяет в зависимости от рассматриваемой схемы и потребности получать большое число выходных параметров, например, площади поверхности теплообменников, коэффициенты теплопередачи, все теплофизические свойства рабочих веществ во всех узловых точках протекающего процесса и пр. Обоснованы принципы комплексного подхода к оценке эффективности систем вентиляции, основанного на системном анализе с учетом параметров потребителей теплоты и холода, параметров окружающей среды, влияния аэродинамических характеристик воздушного тракта на энергетические затраты и тарифного показателя в различных климатических зонах России.

The system analysis of the current state of quality of functioning of ventilation systems of industrial and public buildings in terms of volumes and modes of fuel and energy resources consumption has been carried out. The analysis of energy efficiency of using a steam-compression heat pump system for utilization of heat of ventilation emissions for heating the supply air has been carried out. Direct-flow ventilation systems with and without the heat pump unit are compared. A mathematical model and a calculation algorithm of the considered ventilation systems are offered. The model can calculate operation modes of one of the arrangement options both with fixed values of parameters affecting the result and with variables, which allows carrying out multivariate calculations and numerical research quickly and with minimum labour inputs. The results of comparative analysis are given on the example of a specific production room. Heat, moisture and air balance data obtained from regulatory documents and reference data, as well as the results of research by other authors are used as source data. Depending on the chosen arrangement, the contents of the calculations and the results obtained are different.In addition, the developed model allows, depending on the considered arrangement and the need, to obtain a large number of output parameters, such as surface areas of heat exchangers, heat transfer coefficients, all thermophysical properties of working media in all nodal points of the flowing process, etc. The principles of a comprehensive approach to assessing the efficiency of ventilation systems based on a system analysis, taking into account the parameters of heat and cold consumers, environmental parameters, the impact of aerodynamic characteristics of the air duct on energy costs and the tariff index in different climatic zones of Russia are substantiated.

вентиляционные выбросытеплонасосная установкагидравлическое сопротивлениезатраты электроэнергииматематическая модельалгоритм расчетаventilation emissionsheat pump unitflow frictionelectricity costsmathematical modelcalculation algorithmReferencesСтепаненко М. Н., Шелгинский А. Я., Яворовский Ю. В. Энергозатраты при использовании теплоты вентиляционных выбросов. Промышленная энергетика 2016; 3: 8–14.Stepanenko M. N., Shelginsky A. Ya., Yavorovsky Yu. V. Energy consumption when using the heat of ventilation emissions. Industrial energy 2016; 3: 8–14. (In Russ.)СП 60.13330.2010 Отопление, вентиляция и кондиционирование. (Минрегион России) от 30.06.2012 г. N 279 и введен в действие с 1 января 2013 г.SP 60.13330.2010 Heating, ventilation and air conditioning. (Ministry of Regional Development of Russia) of 30.06.2012 N 279 and put into effect from January 1, 2013. (In Russ.)Сервер «Погода России» Электронный ресурс. Режим доступа: http://meteo.infospаce.ruServer "Weather of Russia". Access mode: http://meteo.infospаce.ru. (In Russ.)Степаненко М. Н., Шелгинский А. Я., Исследование энергозатрат при увлажнении воздуха в системах вентиляции. Промышленная энергетика 2018; 3: 9–15.Stepanenko M. N., Shelginsky A.Ya., Study of energy consumption in air humidification in ventilation systems. Industrial energy 2018; 3: 9–15. (In Russ.)Степаненко М. Н., Шелгинский А. Я. Использование теплоты вентиляционных выбросов на основе теплообменников-утилизаторов. НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА. Сетевое издание 2021; 11(3): 67–73. ISSN: 2713-1408.Stepanenko M. N., Shelginsky A. Ya. Use of the heat of ventilation emissions based on heat exchangers-utilizers. SCIENTIFIC RESEARCH OF THE XXI CENTURY. Online edition 2021; 11(3): 67–73. ISSN: 2713–1408. (In Russ.)Горнов В. Ф., Ефремов М. Н., Лесков В. А., Шилкин Н. В. Теплонасосные системы для коттеджей. Энергосбережение 2019; 1: 30.Gornov V. F., Efremov M. N., Leskov V. A., Shilkin N. V. Heat pump systems for cottages. Energy saving 2019; 1: 30. (In Russ.)Абильдинова С. К., Мусабеков Р. А., Расмухаметова А. С., Чичерин С. В. Оценка энергетической эффективности цикла теплового насоса со ступенчатым сжатием. Энергетика Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ 2019; 62(3): 293–302.Abildinova S. K., Musabekov R. A., Rasmukhametova A. S., Chicherin S. V. Assessment of energy efficiency of heat pump cycle with staged compression. Energetics. Izvestiya vysokikh izucheniya i energeticheskikh sotsial'nykh uchebnykh obrazovaniya SSSR. 2019; 62(3): 293–302. (In Russ.)Гашо Е. Г., Козлов С. А. Тепловые насосы в современной промышленности и коммунальной инфраструктуре. Издательство Перо 2017;: 204.Gasho E. G., Kozlov S. A. Heat pumps in modern industry and municipal infrastructure. Perot Publishers 2017;: 204. (In Russ.)Бутузов В. А., Амерханов Р. А., Григораш О. В. Геотермальное теплоснабжение в России. Теплоэнергетика 2020; 3: 3–14.Butuzov V. A., Amerkhanov R. A., Grigorash O. V. Geothermal heat supply in Russia. Thermal power engineering 2020; 3: 3 – 14. (In Russ.)Федосов С. В., Федосеев В. Н., Зайцева И. А. Рециркуляционный воздушный тепловой насос с рекуперацией: опыт применения. АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика 2020; 8: 54 – 57.Fedosov S. V., Fedoseev V. N., Zaitseva I. A. Recirculation air heat pump with recuperation: application experience. AVOK: Ventilation, Heating, Air Conditioning, Heat Supply and Building Thermophysics 2020; 8: 54–57. (In Russ.)Малышев А. А., Татаренко Ю. В., Киреев В. С. Эксергетический анализ теплонасосных установок для различных климатических условий. Вестник Международной академии холода 2019; 1: 22–28.Malyshev A. A., Tatarenko Yu. V., Kireev V. S. Exergic analysis of heat pump installations for different climatic conditions. Bulletin of the International Academy of Refrigeration 2019; 1: 22–28. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.