Многокритериальная оптимизация утилизатора теплоты с учетом климатического фактора

Аннотация

Применение тепловых насосов в системах утилизации теплоты вытяжного воздуха является эффективной энергосберегающей технологией. В связи с увеличением количества хладагентов с различающимися характеристиками возникает проблема с принятием решения о применении конкретного вещества с учётом климатических особенностей конкретного региона. Методы многокритериальной оптимизации, адаптированные к решению данной задачи, могут быть использованы с учетом заданных предпочтений по энергетическому, экологическому и экономическому факторам. В работе применяется метод TOPSIS как один из подвидов метода многокритериальной оптимизации MADM, который адаптирован для решения поставленной задачи. Суть метода заключается в поиске Парето-оптимального альтернативного решения, наиболее приближенного к «идеально позитивному». Параметры теплонасосной установки рассчитаны в программе EES. Метод многокритериальной оптимизации TOPSIS реализован в виде вычислительной процедуры в среде Excel. В качестве альтернатив рассмотрены рабочие тела R410A, R407C, R290, R134a и R1234yf. Климатические зоны Российской Федерации представлены городами Санкт-Петербург, Петрозаводск, Сочи, Омск, Краснодар и Анадырь. Выбор оптимальной альтернативы выполнен с учетом предпочтений, заданных весовыми коэффициентами. Результаты многокритериальной оптимизации приведены в функции от климатического фактора градусо-сутки отопительного периода, что позволяет их использовать для любого населенного пункта. По результатам оптимизации выявлено, что при равной оценке значимости для шести городов Российской Федерации хладагент R1234yf имеет рейтинг выше остальных на 21 %–23 %. Оптимизация на основании энергетической эффективности выявила существенные преимущества у хладагентов R410A и R134a с разницей в 2 %–11 %. Для регионов с холодным климатом экономичней использовать хладагент R1234yf, в то время как для регионов с умеренным климатом наилучшим вариантом является R134a.