Материалы

Технико-экономическое обоснование использования редукторных масел ветровой турбины для улучшения работы тепловых насосов в холодном климате

Рейтинг:   / 0
ПлохоОтлично 

Authors:


Р. М. А. Эшак, orcid.org/0000-0002-6448-4054, Факультет машиностроения и электроинженерии, Китайский университет горного дела и технологий, г. Сюйчжоу, Китай, e‑mail: hu@cumt.еdu.cn; Цзянсуский объединенный инновационный центр интеллектуального оборудования, Китайский университет горного дела и технологий, г. Сюйчжоу, Китай

Э. Ху, orcid.org/0000-0002-3932-4542, Факультет машиностроения и электроинженерии, Китайский университет горного дела и технологий, г. Сюйчжоу, Китай, e‑mail: hu@cumt.еdu.cn; Цзянсуский объединенный инновационный центр интеллектуального оборудования, Китайский университет горного дела и технологий, г. Сюйчжоу, Китай

A. A. Алшаба, orcid.org/0000-0001-5732-1882, Инженерный колледж, Университет Минии, г. Минья, Египет

А. A. M. Алсенви, orcid.org/0000-0001-9981-2751, Инженерный колледж, Арабская академия науки, технологии и морского транспорта, г. Александрия, Египет


повний текст / full article



Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2021, (2): 054 - 062

https://doi.org/10.33271/nvngu/2021-2/054



Abstract:



Цель.
Технико-экономическое обоснование (ТЭО) полного отказа от солнечных коллекторов (СК), используемых в системах с тепловыми насосами (ТН) для обеспечения теплоснабжения в холодных районах.


Методика.
Поскольку температура редукторных масел относительно высока, значительное количество тепла можно использовать. Утилизация неиспользованного тепла редукторных масел ветровой турбины становится перспективным решением проблемы повышения эффективности работы теплонасосов для теплоснабжения, особенно в холодном климате или в районах, которые расположены в северных широтах, где доля поступающей солнечной энергии невысока. Данное исследование касается ТЭО прямого преобразования механической энергии ветра в тепловую за счет трения внутри редуктора ветровой турбины с полным исключением использования солнечных коллекторов, которые применяются в комбинированных солнечных теплонасосах и имеют ряд недостатков – большие теплопотери, низкая эффективность, замерзание и прорыв труб – что сужает сферу их применения.


Результаты.
Исследование показало, что ветровая турбина может обеспечить энергию, которая необходима для теплового насоса зимой (особенно в январе) благодаря высокой скорости ветра в округе Сюйчжоу, провинции Цзянсу, Китай. Даже без использования солнечных коллекторов коэффициент полезного действия (КПД) предлагаемой системы может достигать 4,08 при уменьшении потребления топлива на 23,25 %.


Научная новизна.
В предыдущих исследованиях предлагалось использование ветровой турбины для приведения в действие теплонасоса, который надежно обеспечивал теплоснабжение домов. Однако, мы предлагаем, кроме этого, утилизировать тепло редукторных масел во вспомогательном теплообменнике, который установлен после испарителя теплонасоса. Полученная дополнительная тепловая энергия используется для испарения хладагента R12 и охлаждения редукторных масел.


Практическая значимость.
КПД системы с теплонасосом достигает 4,08 без использования солнечных коллекторов. Кроме того, сокращается расход топлива. Таким образом, можно обеспечить экономию энергии на 23,25 % по сравнению с традиционным водонагревателем, работающим на топливе.


Ключевые слова:
ветровая турбина, теплонасос, температура редукторных масел, водонагреватель, тепловая энергия

References.


1. Xu, Y., Ramanathan, V., & Victor, D. G. (2018). Global warming will happen faster than we think. Nature, 564(7734), 30-32.

2. Peters, G. P., Andrew, R. M., Canadell, J. G., Friedlingstein, P., Jackson, R. B., Korsbakken, J. I., & Peregon, A. (2019). Carbon dioxide emissions continue to grow amidst slowly emerging climate policies. Nature Climate Change, 10(1), 3-6. https://doi.org/10.1038/s41558-019-0659-6.

3. Hepbasli, A., & Kalinci, Y. (2009). A review of heat pump water heating systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13(6-7), 1211-1229. https://doi.org/10.1016/j.rser.2008.08.002.

4. Chaturvedi, S. K., Gagrani, V. D., & Abdel-Salam, T. M. (2014). Solar-assisted heat pump – A sustainable system for low-temperature water heating applications. Energy Conversion and Management, 77, 550-557. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2013.09.050.

5. Poppi, S., Sommerfeldt, N., Bales, C., Madani, H., & Lundqvist, P. (2018). Techno-economic review of solar heat pump systems for residential heating applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 22-32. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.07.041.

6. Banister, C. J., & Collins, M. R. (2015). Development and performance of a dual tank solar-assisted heat pump system. Applied Energy, 149, 125-132. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.03.130.

7. Sterling, S. J., & Collins, M. R. (2012). Feasibility analysis of an indirect heat pump assisted solar domestic hot water system. Applied Energy, 93, 11-17. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.05.050.

8. Mohanraj, M., Belyayev, Y., Jayaraj, S., & Kaltayev, A. (2018). Research and developments on solar assisted compression heat pump systems – A comprehensive review (Part A: Modeling and modifications). Renewable and Sustainable Energy Reviews, 83, 90-123. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.08.022.

9. Myrzakhmetov, B., Sultabayev, A., & Toktamissova, S. (2020). Substantiation of the methodology for modeling and calculating the optimal operating modes of a tandem pumping installation when mining uranium. Mining of Mineral Deposits, 14(4), 59-65. https://doi.org/10.33271/mining14.04.059.

10. Yokoyama, R., Wakui, T., Kamakari, J., & Takemura, K. (2010). Performance analysis of a CO2 heat pump water heating system under a daily change in a standardized demand. Energy, 35(2), 718-728. https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.11.008.

11. Tagliafico, L. A., Scarpa, F., Tagliafico, G., & Valsuani, F. (2012). An approach to energy saving assessment of solar assisted heat pumps for swimming pool water heating. Energy and Buildings, 55, 833-840. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.10.009.

12. Li, H., Sun, L., & Zhang, Y. (2014). Performance investigation of a combined solar thermal heat pump heating system. Applied Thermal Engineering, 71(1), 460-468. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.07.012.

13. Kong, X., Sun, P., Li, Y., Jiang, K., & Dong, S. (2018). Experimental studies of a variable capacity direct-expansion solar-assisted heat pump water heater in autumn and winter conditions. Solar Energy, 170, 352-357. https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.05.081.

14. Chen, W., Liang, S., Guo, Y., Cheng, K., Gui, X., & Tang, D. (2013). Investigation on the thermal performance and optimization of a heat pump water heater assisted by shower waste water. Energy and Buildings, 64, 172-181. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.04.021.

15. Dong, J., Zhang, Z., Yao, Y., Jiang, Y., & Lei, B. (2015). Experimental performance evaluation of a novel heat pump water heater assisted with shower drain water. Applied Energy, 154, 842-850. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.05.044.

16. Li, H., Campana, P. E., Tan, Y., & Yan, J. (2018). Feasibility study about using a stand-alone wind power driven heat pump for space heating. Applied Energy, 228, 1486-1498. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.06.146.

17. Stanek, W., Simla, T., & Gazda, W. (2019). Exergetic and thermo-ecological assessment of heat pump supported by electricity from renewable sources. Renewable Energy, 131, 404-412. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.07.084.

18. Zou, B., Dong, J., Yao, Y., & Jiang, Y. (2016). An experimental investigation on a small-sized parabolic trough solar collector for water heating in cold areas. Applied Energy, 163, 396-407. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.10.186.

19. Li, W., Zhai, P., Tian, J., & Luo, B. (2018). Thermal analysis of helical gear transmission system considering machining and installation error. International Journal of Mechanical Sciences, 149, 1-17. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2018.09.036.

20. Sequeira, C., Pacheco, A., Galego, P., & Gorbeña, E. (2019). Analysis of the efficiency of wind turbine gearboxes using the temperature variable. Renewable Energy, 135, 465-472. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.12.040.

21. Li, S., & Dai, Y. (2015). Design and Simulation Analysis of a Small-Scale Compressed Air Energy Storage System Directly Driven by Vertical Axis Wind Turbine for Isolated Areas. Journal of Energy Engineering, 141(4), 04014032. https://doi.org/10.1061/(asce)ey.1943-7897.0000207.

 

Следующие статьи из текущего раздела:

Предыдущие статьи из текущего раздела:

Посетители

3411276
Сегодня
За месяц
Всего
423
30882
3411276

Гостевая книга

Если у вас есть вопросы, пожелания или предложения, вы можете написать их в нашей «Гостевой книге»

Регистрационные данные

ISSN (print) 2071-2227,
ISSN (online) 2223-2362.
Журнал зарегистрирован в Министерстве юстиции Украины.
 Регистрационный номер КВ № 17742-6592ПР от 27.04.2011.

Контакты

40005, г. Днепр, пр. Д. Яворницкого, 19, корп. 3, к. 24 а
Тел.: +38 (056) 746 32 79.
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Вы здесь: Главная