DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2019.05.08

Система моніторингу та діагностики енергетичної ефективності теплонасосної установки

Victoria Tarasova, Mikhail Kuznetsov, Dionis Kharlampidi

Анотація


Створення діагностичних засобів для моніторингу сучасних систем тепло- та холодопостачання будівель є наразі дуже актуальною задачею, рішення якої дозволить істотно знизити енергоспоживання і забезпечити необхідний температурний режим в приміщенні в цілому або в локальних місцях великої споруди, де необхідна організація зонального обігріву або охолодження. В даний час з підвищенням ціни на енергоносії все більш впроваджуються сучасні енергозберігаючі системи термотрансформації для комплексного тепло- та холодопостачання. Розроблення системи ефективного моніторингу дозволить усунути безліч проблем, які пов'язані з впливом експлуатаційних факторів, ще до моменту їх критичного накопичення, що в подальшому дозволить забезпечити помітний ефект енергозбереження. Метою роботи є створення методики обробки даних моніторингу систем тепло- та холодопостачання на базі парокомпресорних теплових насосів і чилерів із залученням сучасних методів прикладної термодинаміки для діагностування їх енергетичної ефективності. Методика дозволяє в режимі «on-line» здійснювати термодинамічне тестування роботи установки за обмеженою кількістю параметрів, що замірюються, в тому числі в режимі роботи парокомпресорних теплових насосів і чилерів з частковим навантаженням. Розроблено інструментарій визначення реальних ексергетичних втрат в елементах парокомпресорних чилерів і теплових насосів без залучення баз даних теплофізичних властивостей холодоагентів, тобто переважно за допомогою тих параметрів, що реєструються контрольно-вимірювальними приладами (температура, потужність приводу компресора). Запропоновано графоаналітичний спосіб визначення температур випаровування і конденсації в циклі парокомпресорних чилерів і теплових насосів. Виконано аналіз даних моніторингу діючої теплонасосної системи тепло- та холодопостачання адміністративної будівлі, за результатами якого визначено аномалії в роботі випарника цієї установки.


Ключові слова


моніторинг; незворотність; ексергія; ентропійно-статистичний аналіз; дилер; тепловий насос

Повний текст:

PDF

Посилання


Nooman, A. M., Miller, N. R., Bullard, C. W. Fault Detection and Diagnosis in Air Conditioners and Refrigerators, Air Conditioning and Refrigeration Center University of Illinois Mechanical & Industrial Engineering Dept, 1999, 101.

Grimmelius, H. T., Woud, J. K., Been, G. On-line failure diagnosis for compression refrigeration plants. Int. J.Refrigeration, 1995, 18, 31–41, doi: 10.1016/0140-7007(94)P3709-A.

Klepanda, A. S., Tarasova, V. A., Berezhko, Yu. V. Metodika monitoringa termodinamicheskoy effektivnosti teplovogo nasosa. Vostochno-Evropeyskiy zhurnal peredovyih tehnologiy, 2014, 2, 8 (68), 3-8, doi: 10.15587/1729-4061.2014.23086.

Matsevityiy, Yu. M., Bratuta, E. G., Harlampidi, D. H., Tarasova, V. A. Sistemno-strukturnyiy analiz parokompressornyih termotransformatorov. Harkov: IPMash NAN Ukrainyi, 2014, 269.

Brodyanskiy, V. M. Dostupnaya energiya Zemli i ustoychivoe razvitie sistem zhizneobespecheniya. 2. Resursyi Zemli. Tehnicheskie gazyi, 2011, 3, 48-63.

Adam, W., James, E. Fault Detection and Diagnostics for Commercial Coolers and Freezers. Herrick Laboratories, School of Mechanical Engineering,PurdueUniversity,West Lafayette. USA, 2008, 1-10.

Rossi, T. M., Braun, J. E. A statistical rule-based fault detection and diagnostic method for vapor compression air conditioners. HVAC&R Research, 1997, 3, 19-37, doi: 10.1080/10789669.1997.10391359.

Li, H., Braun, J. E. A Methodology for Diagnosing Multiple Simultaneous Faults in Vapor-Compression Air. Conditioners. HVAC&R Research, 2007, 13, 369-395, doi: 10.1080/10789669.2007.10390959.

Piacentino, A., Talamo M. Critical analysis of conventional thermoeconomic approaches to the diagnosis of multiple faults in air conditioning units: capabilities, drawbacks and improvement directions. A case study for an air-cooled system with 120 kW capacity. Int. J. Refrigeration, 2013, 36, 1, 24-44, doi: 10.1016/j.ijrefrig.2012.09.014.

Vyichuzhanin, V. V. Upravlenie sistemami komfortnogo konditsionirovaniya vozduha po raschetnyim eksergeticheskim harakteristikam. Holodilnaya tehnika, 2006, 1, 48–52.

Gordon, J. M., Ng, K. C. Thermodynamic Modeling of Reciprocating Chillers. Journal Applied Physics, 1994, 75, 2769-2779, doi: 10.1063/1.356215.

Gordon, J. M., Ng, K. С., Chua, H. T. Centrifugal chillers: Thermodynamic modeling and diagnostics case study. Int. J. Refrigeration, 1995, 18 (4), 253-257, doi: 10.1016/0140-7007(95)96863-2.

Gordon, J. M. Ng, K. С. Cool Thermodynamics. The Engineering and Physics of Predictive, Diagnostic and Optimization Methods for Cooling Systems.Cornwall.England: MPG Books Ltd., 2001, 276.

Vicot Group. Available at: http:// www.vicot.com.cn/english/index.php.

Andronov, A. M., Kopyitov, E. A., Gringlaz, L. Ya. Teoriya veroyatnostey i matematicheskaya statistika. SPb.: Piter, 2004, 461.

Kharlampidi, D. H., Tarasova, V. A., Kuznetsov, M. A. Opredelenie realnyih termodinamicheskih poter termotransformatorov pri rabote s chastichnoy nagruzkoy. Tehnicheskie gazyi, 18, 3, 2018, 14-27, doi: 10.18198/j.ind.gases.2018.0909.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Nooman, A. M. Fault Detection and Diagnosis in Air Conditioners and Refrigerators / A. M. Nooman, N. R. Miller, C. W. Bullard. // Air Conditioning and Refrigeration Center University of Illinois Mechanical & Industrial Engineering Dept, 1999. – P. 101.
  2. Grimmelius, H. T. On-line failure diagnosis for compression refrigeration plants / H. T. Grimmelius, J. K. Woud, G. Been // Int. J. Refrigeration. – 1995. – Vol. 18. – P. 31–41. – doi: 10.1016/0140-7007(94)P3709-A.
  3. Клепанда, А. С. Методика мониторинга термодинамической эффективности теплового насоса / А. С. Клепанда, В. А. Тарасова, Ю. В. Бережко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2014. – Т. 2, № 8 (68). – С. 3–8. – doi: 10.15587/1729-4061.2014.23086.
  4. Мацевитый, Ю. М. Системно-структурный анализ парокомпрессорных термотрансформаторов / Ю. М. Мацевитый, Э. Г. Братута, Д. Х. Харлампиди, В. А. Тарасова. – Харьков: ИПМаш НАН Украины, 2014. – 269 с.
  5. Бродянский, В. М. Доступная энергия Земли и устойчивое развитие систем жизнеобеспечения. 2. Ресурсы Земли / В. М. Бродянский // Технические газы. – 2011. – № 3. – С. 48–63.
  6. Adam, W. Fault Detection and Diagnostics for Commercial Coolers and Freezers / W. Adam, E. James // Herrick Laboratories, School of Mechanical Engineering, Purdue University,West Lafayette.USA, 2008. – С. 1–10.
  7. Rossi, T. M. A statistical rule-based fault detection and diagnostic method for vapor compression air conditioners / T. M. Rossi, J. E. Braun // HVAC&R Research. – 1997. – Vol. 3. – P. 19–37. – doi: 10.1080/ 10789669.1997.10391359.
  8. Li, H. A Methodology for Diagnosing Multiple Simultaneous Faults in Vapor-Compression Air. Conditioners / H. Li, J. E. Braun // HVAC&R Research. – 2007. – Vol. 13. – P. 369–395. – doi: 10.1080/10789669.2007.10390959.
  9. Piacentino, A. Critical analysis of conventional thermoeconomic approaches to the diagnosis of multiple faults in air conditioning units: capabilities, drawbacks and improvement directions. A case study for an air-cooled system with 120 kW capacity / A. Piacentino, M. Talamo // Int. J. Refrigeration. – 2013. – Vol. 36, Issue 1. – P. 24–44. – doi: 10.1016/j.ijrefrig.2012.09.014.
  10. Вычужанин, В. В. Управление системами комфортного кондиционирования воздуха по расчетным эксергетическим характеристикам / В. В. Вычужанин // Холодильная техника. – 2006. – № 1. – С. 48–52.
  11. Gordon, J. M. Thermodynamic Modeling of Reciprocating Chillers / J. M. Gordon, K. C. Ng // Journal Applied Physics. – 1994. – № 75. – P. 2769–2779. – doi: 10.1063/1.356215.
  12. Gordon, J. M. Centrifugal chillers: Thermodynamic modeling and diagnostics case study / J. M. Gordon, K. C. Ng, H. T. Chua // Int. J. Refrigeration. – 1995. – № 18 (4). – P. 253–257. – doi: 10.1016/0140-7007(95)96863-2.
  13. Gordon, J. M. Cool Thermodynamics. The Engineering and Physics of Predictive, Diagnostic and Optimization Methods for Cooling Systems / J. M. Gordon, K. C. Ng. – Cornwall.England: MPG Books Ltd., 2001. – 276 р.
  14. Vicot Group. URL: http:// www.vicot.com.cn/ english/index.php.
  15. Андронов, А. М. Теория вероятностей и математическая статистика / А. М. Андронов, Е. А. Копытов, Л. Я. Гринглаз. – СПб.: Питер, 2004. – 461 с.
  16. Харлампиди, Д. Х. Определение реальных термодинамических потерь термотрансформаторов при работе с частичной нагрузкой / Д. Х. Харлампиди, В. А. Тарасова, М. А. Кузнецов // Технические газы. – Т.18, 3. – 2018. – С. 14–27. – doi:10.18198/j.ind.gases.2018.0909.