Oro paruošimo įrenginio su integruotu šilumos siurbliu termodinaminių procesų analizė

Abstract

Magistro baigiamajame darbe atliekami oro paruošimo įrenginio (OPĮ) su integruotu šilumos siurbliu (ŠS) analitiniai bei eksperimentiniai tyrimai naudojant energinės (pirmasis termodinamikos dėsnis (PTD)) bei ekserginės (antrasis termodinamikos dėsnis (ATD)) analizės metodiką. Apžvelgti ankstesni moksliniai tyrimai, kuriuose nagrinėjama priverstinė vėdinimo sistema, OPĮ, OPĮ su integruotu ŠS energiniu bei ekserginiu požiūriais. Aprašyta baigiamajame darbe naudojama metodika bei tyrimo objektas. Analitinių tyrimų metu sukurtas matematinis modelis, kuriuo naudojantis atliekama OPĮ su integruotu ŠS energinė bei ekserginė analizė keičiant aplinkos oro temperatūrą nuo -25 °C iki +10 °C. Nustatyta, jog OPĮ su integruotu ŠS šildymo efektyvumas kinta nuo 8,02 iki 3,42 (sumažėja 2,3 karto), ekserginis efektyvumas keičiasi nuo 54,58 % iki 24,56 % (sumažėja 2,2 karto) didėjant aplinkos temperatūrai. Eksperimentiniam tyrimui atlikti pasirinktas OPĮ su integruotu ŠS, esantis VGTU PEMS laboratorijoje. Siekiant nustatyti šio įrenginio faktinius rodiklius buvo matuojamos oro temperatūros charakteringuose taškuose, tiekiamo ir šalinamo oro kiekiai, bei ŠS kompresoriaus galia. Naudojantis eksperimentinių tyrimų metu sukauptais matavimų duomenimis nustatyta, jog viso įrenginio šiluminio efektyvumo vertė mažėja nuo 5,1 iki 3,9 (sumažėja 1,3 karto), ekserginis tiriamojo įrenginio efektyvumas mažėja nuo 24,0 % iki 15,9 % (sumažėja 1,5 karto) didėjant aplinkos temperatūrai. Baigiamajame darbe atliekama jautrumo analizė, kurios metu lyginami OPĮ su integruotu ŠS ir OPĮ su elektriniu šildytuvu energiniai bei ekserginiai rodikliai. Pateikiami rezultatai, išvados ir rekomendacijos eksperimentinio stendo tobulinimui bei suformuluoti pasiūlymai tolimesniems tyrimams atlikti. Darbo apimtis: 76 p. teksto be priedų, 47 paveikslai, 2 lentelės, 35 bibliografiniai šaltiniai.

The analytical and experimental analysis of air handling unit (AHU) with integrated heat pump (HP) is performed using energy (The First Law of Thermodynamics (FLT)) and exergy (The Second Law of Thermodynamics (SLT)) analysis method in this master thesis. The review of earlier scientific research of energy and exergy investigation of mechanical ventilation system, AHU, AHU with integrated HP was done. The information about the method that is used to perfom calculations and research object was presented in this paper. The mathematical model was created during analytical research process, this model was used to investigate energy and exergy parameters of AHU with integrated HP when the temperature of environment is changing from -25 °C till +10 °C. It was determined that heating efficiency of AHU with integrated HP is decreasing from 8,02 till 3,42 (decreases 2,3 times), exergy efficiency decreases from 54,58 % till 24,56 % (decreases 2,2 times) when the temperature of environment is increasing. The experiment was performed using AHU with integrated HP which is placed in VGTU PEMS laboratory. The supplied and extract air flow, power consumption of HP compressor and temperatures of air of the specific points of unit were measured to determine the actual parameters of investigated unit. Using experimental data, it was determined that the heating efficiency of the unit decreases from 5,1 till 3,9 (decreases 1,3 times), exergy efficiency decreases from 24,0 % till 15,9 % (decreases 1,5 times) when the environmental temperature increases. The sensitivity analysis was fulfilled, during which the AHU with integrated HP and AHU with electrical heater were compared according energy and exergy parameters. At the end of this paper, results, conclusions and recommendations that suggest the improvement of the experimental unit were presented. Besides, some propositions for further research were formulated. Thesis consists of 76 p. text without appendixes, 47 pictures, 2 tables, 35 bibliographical entries.