Разработка и исследование теплонасосной системы отопления сельского дома на основе использования низкопотенциальной теплоты открытого водотока

Диссертация посвящена актуальному вопросу развития систем теплоснабжения, использующих энергию возобновляемых видов, а именно накопленную в окружающей среде в виде низкопотенциальной теплоты энергию солнечного излучения. Целью работы стала разработка и исследование теплонасосной системы, позволяющей обеспечить экономичное теплоснабжение сельского дома с использованием низкопотенциальной теплоты открытого водотока. Основным объектом исследования является устройство для отбора теплоты от водотока, входящее в состав низкотемпературного контура теплонасосной установки. Для решения поставленных задач были применены как теоретические изыскания, так и натурные исследования на экспериментальной теплонасосной установке, изготовленной в соответствии с выработанными решениями и на основе расчётов, выполненных с помощью разработанной расчётной программы. Экспериментальные исследования проводились с помощью специально разработанной для рассматриваемой установки системы мониторинга. Научная новизна работы заключается в следующем: 1. разработана математическая модель и методика расчёта низкотемпературного контура теплонасосной установки со входящим в состав погружным теплообменником с учётом возможности обледенения теплообменной поверхности; 2. предложены и обоснованы новые технические решения для эффективного отбора низкопотенциальной теплоты от водотока (новизна подтверждена патентом на изобретение); 3. исследован процесс отбора низкопотенциальной теплоты посредством разработанного погружного теплообменника и получены данные влиянии условий эксплуатации теплообменника на эффективность отбора теплоты. К практически ценным относятся следующие результаты работы: 1. Методика расчёта низкотемпературного контура теплонасосной установки, реализованная в виде программы-расчёта в среде MathCAD, позволяет проектировать оптимальные с технико-экономической точки зрения погружные теплообменники для водотока и в целом низкотемпературные контуры, содержащие такие теплообменники. В частности, методика позволяет рассчитывать оптимальный расход теплоносителя в контуре. 2. Предложенные технические и конструктивные решения позволят создавать эффективные теплонасосные установки с использованием низкопотенциальной теплоты водотока, обладающие минимальным сроком окупаемости. 3. Экспериментальная теплонасосная установка вместе с системой мониторинга позволяет проводить исследования, направленные на оптимизацию и усовершенствование подобных установок. 4. Разработанные принципы построения системы мониторинга позволяют строить системы сбора данных как для целей измерения параметров и оценки эффективности работы теплонасосных установок, так и для других целей. 5. Разработанная на основе результатов диссертационной работы теплонасосная установка внедрена и используется для отопления дома правления СНТ “Московская правда”.