Mathematical modeling of an air split-conditioner heat pump operation for investigation its exergetic efficiency

Abstract

У сучасних технологiях, пов’язаних з перетворенням енергiї, а саме в теплових помпах split-кондицiонерiв (“повiтря–повiтря”), важливе мiсце займають апарати та процеси, об’єктивна оцiнка ступеня їх енергетичної досконалостi може бути визначена лише на основi аналiзу їх ексергетичної ефективностi. Це дозволило обґрунтувати актуальнiсть дослiдницького завдання, що пов’язано з недостатньою iнформацiєю щодо ексергетичної ефективностi використання теплових помп split-кондицiонерiв та їх елементiв. Розроблено авторську iнновацiйну математичну модель для аналiзу роботи одноступеневих фреонових теплових помп, якi використовуються у splitкондицiонерах, за ексергетичним методом. В статтi проаналiзовано ексергетичний коефiцiєнт корисної дiї (ККД) та втрати ексергiї в окремих елементах теплових помп split-кондицiонерiв на прикладi кондицiонерiв з номiнальною теплопродуктивнiстю 2500, 2840, 3580, 5620, 6400 Вт фiрми “Daikin” за стандартних зовнiшнiх температурних умов на холодоагентi R410A. Було визначено, що за ексергетичним ККД тепловi помпи split-кондицiонерiв, що мають вищу теплопродуктивнiсть, володiють нижчим ексергетичним ККД. На нашу думку це пов’язано з некоректним прийняттям витрат повiтря на випарнику i конденсаторi, якi не вiдповiдають тепловим балансам цих апаратiв та однаковому внутрiшньому температурному режимовi для рiзних теплопродуктивностей теплових помп split-кондицiонерiв. Для прикладу наведена дiаграма Грассмана теплової помпи з теплопродуктивнiстю 2500 Вт. Втрати ексергiї, встановленi в усiх елементах теплових помп split-кондицiонерiв, вказують на необхiднiсть удосконалення обладнання split-кондицiонера, щоб зменшити втрати ексергiї в них та загалом збiльшити його ексергетичний ККД.In the modern technologies related to energy transformation, namely in the field of heat pumps of air split-conditioners (“air-to-air”), an important place is occupied by apparatuses and processes, which energy perfection can be objectively evaluated only on the basis of analysis of their exergy efficiency. This allowed substantiating the actuality of the research task due to insufficient information on the exergy efficiency of the use of heat pumps of air split-conditioners and their elements. The author’s innovation mathematical model for the analysis of the operation of one-step freon heat pumps, which are used in air splitconditioners, according to the exergetic method, is developed. In this article analyzes the exergetic output-input ratio (OIR) and the losses of exergy in the separate elements of heat pumps of air split-conditioners on the example heat pumps of air split-conditioners with a nominal heating capacity of 2500, 2840, 3580, 5620, 6400W by “Daikin” firm in the standard external temperature conditions on the refrigerant R410A are obtained on this model. It has been determined that, by exergy efficiency, heat pumps of air splitconditioners with higher heat capacity have lower exergy efficiency. In our opinion, this is due to the incorrect acceptance of air flow rates on the evaporator and condenser, which do not correspond to the heat balances of these apparatuses and the same internal temperature regime for different heat capacity heat pumps of air split-conditioners. An example is the Grassman’s diagram of the heat pump of air split-conditioner with the heat capacity of 2500W. The losses of exergy having been established in all elements of heat pumps of air split-conditioners indicate that the air split-conditioner parts should be improved to reduce the losses of exergy in them and to increase its exergetic OIR in general.