Control of carbon dioxide bivalent heat pump on heating of buildings

Abstract

The scheme of a bivalent heat pump (BHP) is considered, using both the heat of the water from the return network and the heat of the outside air as low-potential heat sources (LPH). The aim of the work is to create a BHP circuit that provides functioning at the variable heat load temperature. The goal was achieved by solving the following problems: analysis of methods of synthesis of BHP circuits, analysis of circuit operation under random disturbances and development of the automatic control systems for BHP. The most significant result of the work is: a heat pump circuit that can operate at variable pressures of the evaporator and the gas cooler. The next significant result is, for bivalent heat pumps intended for operation in heat supply systems with qualitative and qualitativequantitative laws of thermal control, the introduction into the heat pump circuit of a heat exchanger installed in the return water circuit of the secondary building and cooled by outside air, as well as two control valves installed in series between the gas cooler and the evaporator, the first valve installed along the refrigerant flow being controlled by a signal based on the pressure difference between the outlet of the gas cooler and the separation vessel between the evaporator and the gas cooler, and the second by pressure in front of the evaporator. The significance of the obtained results lies in the increase of the COP of the heat pump, due to the increase of heat transfer in the gas cooler circuit. The HHP circuit differs from the known ones in that it uses two control valves and the heat exchanger for additional cooling of the return water of the BHP heated building.

Se consideră schema unei pompe de căldură bivalentă (PCB), care folosește căldura apei din rețeaua e retur, cât și căldura aerului exterior ca surse de căldură cu potențial scăzut (LPH). Scopul lucrării este de a crea un circuit PCB care asigură funcționarea sarcinii termice la temperatură variabilă. Scopul a fost atins prin rezolvarea următoarelor probleme: analiza metodelor de sinteză a circuitelor PCB, analiza funcționării circuitelor sub perturbații aleatorii și elaborarea sistemelor de control automat pentru PCB. Cel mai semnificativ rezultat al lucrării este: un circuit de pompă de căldură care poate funcționa la presiuni variabile ale evaporatorului și răcitorului de gaz. Următorul rezultat semnificativ este, introducerea în circuitul pompei de căldură a unui schimbător de căldură instalat în circuitul de apă retur al clădirii secundare și răcit cu aer exterior, precum și două supape de control instalate în serie între răcitorul de gaz și vaporizator, prima supapă instalată de-a lungul fluxului de agent frigorific fiind controlată printr-un semnal bazat pe diferența de presiune dintre ieșirea răcitorului de gaz și separarea vas între evaporator și răcitorul de gaz, iar al doilea prin presiune în fața evaporatorului, pentru pompele de căldură bivalente destinate funcționării în sisteme de alimentare cu căldură cu legi calitative și calitativ-cantitative ale controlului termic. Semnificația rezultatelor obținute constă în creșterea COP-ului pompei de căldură, datorită creșterii transferului de căldură în circuitul răcitorului cu gaz. Circuitul PCH diferă de cele cunoscute prin faptul că folosește două supape de control și schimbătorul de căldură pentru răcirea suplimentară a apei de retur a clădirii încălzite cu PCH.

Рассмотрена схема бивалентного теплового насоса (БТН), использующего в качестве источников низкопотенциальной теплоты (НПТ) как теплоту обратной сетевой воды, так и теплоту наружного воздуха. Целью работы является создание схемы БТН, которая обеспечивала 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. Следующим существенным результатом является, для бивалентных тепловых насосов, предназначенных для работы в системах теплоснабжения с качественным и качественно-количественным законами управления тепловым режимом, введение в схему теплового насоса теплообменника, установленного в контуре обратной сетевой воды ведомого здания и охлаждаемого наружным воздухом, а также двух регулирующих вентилей, установленных последовательно между газоохладителем и испарителем, причем первый вентиль, установленный по потоку хладагента управляется сигналом по перепаду давления между выходом газоохладителя и разделительным сосудом между испарителем и газоохладителем, а второй по давлению перед испарителем. 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 повышению отдачи теплоты в контуре газоохладителя. Схема БТН отличается от известных тем, что в ней используются два регулирующих клапана, теплообменник для дополнительно охлаждения обратной сетевой воды здания, отапливаемого БТН. Существенными случайными возмущениями являются: изменение тепловой нагрузки здания, температура наружного воздуха, ветер, солнечная радиация, температура обратной сетевой воды, ее расход. Управление теплопотреблением здания с помощью такого теплового насоса отличается от управления от ТЭЦ или тепловой станции характером возмущающих воздействий, действующих на источник теплоты.