Науковий вісник НГУ

Техніко-економічне обґрунтування використання редукторних мастил вітрової турбіни для поліпшення роботи теплових насосів у холодному кліматі

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №2 2021

Останнє оновлення: 09 травня 2021

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1399

Authors:

Р. М. А. Ешак, orcid.org/0000-0002-6448-4054, Факультет машинобудування та електроінженерії, Китайський університет гірничої справи та технологій, м. Сюйчжоу, Китай (Китайська Народна Республіка), e‑mail: hu@cumt.еdu.cn; Цзянсуський об’єднаний інноваційний центр інтелектуального обладнання, Китайський університет гірничої справи та технологій, м. Сюйчжоу, Китай (Китайська Народна Республіка)

Е. Ху, orcid.org/0000-0002-3932-4542, Факультет машинобудування та електроінженерії, Китайський університет гірничої справи та технологій, м. Сюйчжоу, Китай (Китайська Народна Республіка), e‑mail: hu@cumt.еdu.cn; Цзянсуський об’єднаний інноваційний центр інтелектуального обладнання, Китайський університет гірничої справи та технологій, м. Сюйчжоу, Китай (Китайська Народна Республіка)

A. A. Алшаба, orcid.org/0000-0001-5732-1882, Інженерний коледж, Університет Мінії, м. Мінья, Єгипет (Арабська Республіка Єгипет)

А. A. M. Алсенві, orcid.org/0000-0001-9981-2751, Інженерний коледж, Арабська академія науки, технології та морського транспорту, м. Олександрія, Єгипет (Арабська Республіка Єгипет)

повний текст / full article

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

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

Abstract:

Мета. Техніко-економічне обґрунтування (ТЕО) повної відмови від сонячних колекторів (СК), що використовуються в системах з тепловими насосами (ТН) для забезпечення теплопостачання в холодних районах.

Методика. Оскільки температура редукторних мастил відносно висока, значну кількість тепла можна використовувати. Утилізація невикористаного тепла редукторних мастил вітрової турбіни стає перспективним рішенням проблеми підвищення ефективності роботи теплонасосів для теплопостачання, особливо в холодному кліматі або в районах, що розташовані в північних широтах, де частка надходження сонячної енергії невисока. Дане дослідження стосується ТЕО прямого перетворення механічної енергії вітру в теплову за рахунок тертя всередині редуктора вітрової турбіни з повним виключенням використання сонячних колекторів, що застосовуються в комбінованих сонячних теплонасосах і мають ряд недоліків − великі тепловтрати, низька ефективність, замерзання та прорив труб − що звужує сферу їх застосування.

Результати. Дослідження показало, що вітрова турбіна може забезпечити енергію, яка необхідна для теплового насоса взимку (особливо в січні) завдяки високій швидкості вітру в окрузі Сюйчжоу, провінції Цзянсу, Китай. Навіть без використання сонячних колекторів коефіцієнт корисної дії (ККД) пропонованої системи може досягати 4,08 при зменшенні споживання палива на 23,25 %.

Наукова новизна. У попередніх дослідженнях пропонувалося використання вітрової турбіни для приведення в дію теплонасоса, що надійно забезпечував теплопостачання будинків. Однак, ми пропонуємо, крім цього, утилізувати тепло редукторних мастил у допоміжному теплообміннику, що встановлений після випаровувача теплового насоса. Отримана додаткова теплова енергія використовується для випаровування хладагента R12 і охолодження редукторних мастил.

Практична значимість. ККД системи з теплонасосом досягає 4,08 без використання сонячних колекторів. Крім того, скорочується витрата палива. Таким чином, можна забезпечити економію енергії на 23,25 % у порівнянні з традиційним водонагрівачем, що працюють на паливі.

Ключові слова: вітрова турбіна, теплонасос, температура редукторних мастил, водонагрівач, теплова енергія

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.

• < Попередня
• Наступна >