Ізоентропійна ефективність компресора теплового насоса типу «повітря–повітря»

Abstract

It is noted that the problem of energy-efficient heat supply in winter and air conditioning in summer is one of the key problems in the global energy sector, as this industry consumes more than half of primary energy resources. Under such conditions, air-source reversible heat pumps are considered as a promising solution for residential and commercial buildings due to their versatility, high energy efficiency, and use of a renewable energy source – the heat of atmospheric air. Since the key indicator of the efficiency of a heat pump is the conversion coefficient, it becomes important to reliably determine the isentropic efficiency of the compressor, which significantly affects the consumption of electrical energy and the thermodynamic performance of the cycle. In real operating conditions, the compressor operates at variable loads, pressures, and temperatures, which makes it impossible to use a constant value of isentropic efficiency for a correct assessment of the energy characteristics of the system. Factors that affect the isentropic efficiency of the heat pump compressor are analyzed. The article presents an experimental stand and a methodology for determining the energy efficiency of an air-to-air heat pump, taking into account the energy consumption of the fans of the indoor and outdoor units. Based on the measured values of pressures and temperatures of the refrigerant R410a and air in the evaporator and condenser, experimental data on the isentropic efficiency of the rotary compressor of the reversible air-to-air heat pump were obtained. A comparison of the obtained results with polynomial correlations published by other authors was carried out, it allowed to establish that these polynomial models have a satisfactory correspondence to the obtained experimental results, but the accuracy of the model depends on the type of refrigerant, compressor design, and operating conditions.

Зазначено, що проблема енергоефективного теплопостачання в зимовий період і забезпечення кондиціювання влітку є однією з ключових у світовому енергетичному секторі, адже саме ця галузь споживає понад половину первинних енергоресурсів. За таких умов повітряні реверсивні теплові насоси розглядаються як перспективне рішення для житлових і комерційних будівель завдяки універсальності, високій енергоефективності та використанню відновлюваного джерела енергії — теплоти атмосферного повітря. Оскільки ключовим показником ефективності теплового насоса є коефіцієнт перетворення, важливим стає достовірне визначення ізоентропійної ефективності компресора, яка істотно впливає на споживання електричної енергії та термодинамічні показники циклу. У реальних умовах експлуатації компресор працює зі змінними навантаженнями, тисками і температурами, що унеможливлює використання сталого значення ізоентропійного ККД для коректного оцінювання енергетичних характеристик системи. Проаналізовано фактори, які впливають на ізоентропійну ефективність компресора теплового насоса. В статті описано експериментальний стенд та методика визначення енергоефективності теплового насоса типу «повітря–повітря» з урахуванням енергоспоживання вентиляторів внутрішнього та зовнішнього блоків. На основі виміряних значень тисків і температур холодоагента R410а та повітря у випарнику і конденсаторі отримані експериментальні дані щодо ізоентропійної ефективності ротаційного компресора реверсивного теплового насоса «повітря–повітря». Проведено порівняння отриманих результатів з поліноміальними кореляціями, опублікованими іншими авторами, яке дозволило встановити, що ці поліноміальні моделі мають задовільну відповідність отриманим результатам експериментів, але точність моделі залежить від типу холодоагента, конструкції компресора та умов експлуатації.