Альтернативні системи охолодження і кондиціонування повітря з використанням випарного охолодження

Публікації по темі дисертації

Монографії по темі роботи

1. Горин А.Н., Дорошенко А.В. Альтернативные холодильные системы и системы кондиционирования воздуха. - Донецк.: Норд-Пресс, ОГАХ, 2006. - 341 с.

2. Ландик В.И., Шевченко В.П., Шубин А.А., Самсоненко А.А., Жидков В.В., Филипцов С.Н., Ступин А.Б., Горин А.Н., Гейер Г.В., Красновский И.Н. Научно-технические основы создания современных бытовых холодильных приборов. - Донецк.: ДонНУ, 2002. - 200 с.

Стандарти

3. Горін О.М., Розен В.П., Мамченко С.В., Нуждина Ю.А., Соловей О.І., Шульга Л.А., Шульга Ю.І. Енергетичне маркування електрообладнання побутового призначення: Визначення енергетичної ефективності кондиціонерів повітря. ДСТУ 4352:2004: Видання офіційне. К.: Держспоживстандарт України, 2005. - 14 с.

Статті по темі роботи

4. Концов М.М., Дорошенко А.В., Филипцов С.Н., Горин А. Н. Интенсификация тепло- и массообмена в аппаратах альтернативных холодильных систем // Холодильна техніка i продовольча безпека: Сб. наук. праць наук.-техн. конференції м. Одеса, 22 груд. 2004. - Одесса, 2004. - С. 39 - 46. Особистий внесок: постановка задачі, участь у виконанні розрахунків, аналіз розрахунків.

5. Горин А.Н. Испарительные охладители непрямого типа // Вісник Донецького університету: Серія А: Природничі науки: Науковий журнал. - Донецьк: ДонНУ, 2006. - Т.1., Ч.2. - С.222-229. Особистий внесок: постановка задачі.

6. Горін О.М. Випарні охолоджувачі непрямого типу. Експериментальне дослідження // Вісник Донецького університету: Серія А: Природничі науки: Науковий журнал. - Донецьк: ДонНУ, 2006. - Вип 2. - С. 167-175. Особистий внесок: постановка задачі, участь у виконанні розрахунків аналіз розрахунків.

7. Горін О.М., Шубін О.О., Самсоненко О.О., Філіпцов С.М. Екологічні проблеми сучасної холодильної промисловості // Обладнання та технології харчових виробництв: Тематичний збірник наукових праць. Вип. 9. - Донецьк: ДонДУЕТ, 2003 - С. 248-255. Особистий внесок: аналітичне дослідження.

8. Дорошенко А.В., Филипцов С.Н., Горин А.Н. Испарительные охладители непрямого и комбинированного типов // Холодильная техника и технология. - 2004. - №6. - С. 15-22. Особистий внесок: постановка задачі, аналітичне дослідження.

9. Дорошенко А.В, Демьяненко Ю.И., Филипцов С.Н., Горин А.Н. Испарительные охладители непрямого и комбинированного типов для СКВ // Холодильная техника и технология. - 2005. - № 2. - С.46-52. Особистий внесок: постановка задачі, участь у виконанні розрахунків, аналіз розрахунків.

10. Дорошенко А.В., Демьяненко Ю.И., Филипцов С.Н., Горин А.Н. Испарительные охладители комбинированного типа для систем кондиционирования воздуха // АВОК (Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика). - 2005. - №6. - С. 58-63. Особистий внесок: виконання розрахунків.

11. Филипцов С.Н., Горин А.Н., Дорошенко А.В., Демьяненко Ю.И. Энергетические и экологические аспекты применения испарительных охладителей непрямого и комбинированного типов для СКВ // Вiсник Донецького унiверситету: Сер. А: Природничi. Науки: Науковий журнал. - Донецьк: ДонНУ, 2005. - Т.1., Ч.2. - С. 368 - 374. Особистий внесок: постановка задачі, аналітичне дослідження.

12. Дорошенко О.В., Дем'яненко Ю.І., Філіпцов С.М., Горін О.М. Випарні охолоджувачі комбінованого типу для систем кондиціонування повітря // Ринок інсталяцій: теплотехніка, сантехніка, газопостачання. -2005. - №7-8. - С.16-19. Особистий внесок: постановка задачі, аналітичне дослідження.

13. Филипцов С.Н., Горин А.Н, Дорошенко А.В., Федоров А.Г. Экспериментальный стенд для изучения охладителей испарительно-парокомпрессионного типа // Холодильная техника и технология. - 2006. -№1. - С. 5-9. Особистий внесок: виконання розрахунків.

14. Горін О.М. Випарно-парокомпресійний охолоджувач //Збірник наукових праць ДДТУ (технічні праці). - Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2006. - С. 179-184. Особистий внесок: постановка задачі, аналітичне дослідження.

15. Горин А.Н. Экспериментальное изучение комбинированных испарительно-парокомпрессионных охладителей // Металл и литье Украины / Физико-технологический институт металлов и сплавов. - К., 2006. - №11-12. - С. 22-26. Особистий внесок: участь у виконанні розрахунків та аналіз розрахунків.

16. Горин А.Н., Чепурненко В.П., Дорошенко А.В. Экспериментальное изучение комбинированных испарительно-парокомпрессионных охладителей // Холодильная техника и технология. - 2006. - №6 (104). - С. 8-13. Особистий внесок: участь у виконанні експериментальних досліджень.

17. Дорошенко А.В., Горин А.Н. Альтернативные системы кондиционирования воздуха. Солнечные холодильные и кондиционирующие системы на основе открытого абсорбционного цикла // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование. - 2005. - №1. - С. 60-64. Особистий внесок: постановка задачі, участь у виконанні розрахунків та аналіз розрахунків.

18. Горин А.Н. Солнечные системы кондиционирования воздуха // Современные проблемы холодильной техники и технологии: Сб. научн. трудов 4-ой Междунар. науч.-техн. конф., г. Одесса, 21-23 сент. 2005 г. - Одесса: ОГАХ, 2005 - С. 34-35. Особистий внесок: постановка задачі, участь у виконанні розрахунків та аналіз розрахунків.

19. Дорошенко А.В., Горин А.Н. Солнечные холодильные и кондиционирующие системы // Отопление, водоснабжение, вентиляция + кондиционеры. - 2005. - №1. - С. 67-72. Особистий внесок: участь у виконанні розрахунків та аналіз розрахунків.

20. Дорошенко А.В., Горин А.Н. Солнечные системы кондиционирования воздуха // Холодильная техника и технология. - 2005. - №1. - С. 41-47. Особистий внесок: аналіз розрахунків.

21. Дорошенко А.В., Аль-Гарби Набиль Муса, Горин А.Н. Солнечные СКВ с прямой регенерацией абсорбента // Холодильная техника и технология. - 2005. - №5 (97). - С. 51-55 (перепечатка в журнале Холодильная техника, Россия. - 2006. - №2. - С. 52-56). Особистий внесок: аналіз розрахунків.

22. Горін О.М. СКП на основі сонячного абсорбційного циклу // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. збірник наукових праць. - Донецьк: ДонДУЕТ, 2006. - Вип. 15. - С. 10-18. Особистий внесок: аналіз розрахунків.

23. Горин А.Н., Дорошенко А.В., Чепурненко В.П. Солнечные системы теплоснабжения // Труды Одесского политехнического университета: Научный и производственно-практический сборник по техническим и естественным наукам. - Одесса: ОПИ, 2006. - Вып. 2 (26). - С. 79-82. Особистий внесок: участь у виконанні розрахунків та аналіз розрахунків.

24. Горин А.Н. Солнечные системы теплоснабжения ССГВ // Вестник НТУ «ХПИ». - Харьков: НТУ «ХПИ», 2006. - №28. - С.31-42. Особистий внесок: участь у виконанні розрахунків та аналіз розрахунків.

25. Дорошенко А.В., Хлиева О. Горин А.Н., Koltun P. Эколого-энергетическая оценка испарительно-парокомпрессионных охладителей на основе анализа полного жизненного цикла (Life Cycle Assessment) // Холодильная техника и технология. - 2006. - №3 (101). - С. 41-48. Особистий внесок: постановка задачі, аналітичне дослідження.

26. Горин А.Н. Эколого-энергетическая оценка испарительно-парокомпрессионных охладителей на основе методологии полного жизненного цикла (Life Cycle Assessment) // Прогресивні техніка та технології харчових виробництв ресторанного господарства і торгівлі: Зб. наук. праць. - Харків: Харківській державний університет харчування та торгівлі, 2006. - Вип..1(3). - С. 188-202. Особистий внесок: постановка задачі, аналітичне дослідження.

Патенти України по темі роботи

27. Дорошенко О.В., Дем'яненко Ю.І., Горiн О.М., Філіпцов С.М. Спосiб непрямого випарного охолодження повiтря або води. Патент України на винахід № 73696. Зареєстрований 15.08.05. Опублікований 15.08.05. Бюлетень №8.

28. Дорошенко О.В., Дем'яненко Ю.І., Горiн О.М., Філіпцов С.М. Спосiб двохступiнчатого комбiнованого охолодження i кондицiонування повiтря. Патент України на винахід № 73697. Зареєстрований 15.08.05. Опублікований 15.08.05. Бюлетень №8.

29. Дорошенко О.В., Дем'яненко Ю.І, Горiн О.М., Філіпцов С.М. Спосіб сонячного охолодження i кондиціонування повітря. Патент України на винахід № 73698. Зареєстрований 15.08.05. Опублікований 15.08.05. Бюлетень №8.

30. Дорошенко О.В., Федоров А.Г., Горiн О.М., Фiлiпцов С.М. Випарний охолоджувач непрямого типу. Патент України на винахід № 74525. Зареєстрований 15.12.05. Опублікований 15.12.05. Бюлетень №12.

31. Дорошенко О.В., Демьяненко Ю.І., Бузань А.В., Горiн О.М., Фiлiпцов С.М. Двоконтурна мокра-суха вентиляторна градирня. Патент України на винахiд № 74524. Зареєстрований 15.12.05. Опублікований 15.12.05. Бюлетень №12.

32. Дорошенко О.В., Горiн О.М., Фiлiпцов С.М. Абсорбер із внутрішнім випарним охолодженням. Патент України на винахiд № 74526. Зареєстрований 15.12.05. Опублікований 15.12.05. Бюлетень №12.

33. Горiн О.М., Фiлiпцов С.М., Дорошенко О.В., Шестопалов К.О, Сухнатов А. В. Полімерний сонячний колектор. Патент України на винахiд № 74522. Зареєстрований 15.12.05. Опублікований 15.12.05. Бюлетень №12.

34. Горiн О.М., Фiлiпцов С.М., Дорошенко О.В., Глауберман М.А., Гліксон А.Л. Полімерний сонячний колектор. Патент України на винахiд № 74521. Зареєстрований 15.12.05. Опублікований 15.12.05. Бюлетень №12.

35. Дорошенко О.В., Глауберман М.А., Горiн О.М., Фiлiпцов С.М. Плоский сонячний метало-полімерний колектор, Патент України на винахiд № 74523. Зареєстрований 15.12.05. Опублікований 15.12.05. Бюлетень №12.

Умовні позначення

T, t- температура; р - тиск; h - ентальпія; x- вологовміст; с_р- теплоємність; - густина; r - прихована теплота пароутворення; - відносна вологість; - концентрація абсорбенту у розчині; I - інтенсивність сонячної радіації; - час; - товщина рідинної плівки; G - масова витрата; Q - кількість тепла; I = G_r/G_ж - співвідношення витрат потоків газу і рідини; I=G_о/G_в - співвідношення основного і допоміжного повітряних потоків у НВО; U - коефіцієнт теплових втрат; R - термічний опір; Е - ефективність; СОР - коефіцієнт корисної дії (coefficient performance); - коефіцієнт теплообміну; - коефіцієнт масообміну; Nu, Sh, Pr, Re, Fr, We - числа Нуссельта, Шервуда, Прандтля, Рейнольдса, Фруда і Вебера, відповідно. Індекси: г, ж - газ, рідина; п, о, в -повний, основний і допоміжний повітряні потоки; м, р - температура повітря по мокрому термометру і температура точки роси; s - розчин абсорбенту (сл, кр - слабкий і міцний розчин); ід - ідеальний.

Анотація

Горін О. М. «Альтернативні системи охолодження і кондиціонування повітря з використанням випарного охолодження». - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук по спеціальності 05.05.14 - «Холодильна та кріогенна техніка», присвячена розвитку наукових і інженерних основ створення альтернативних систем кондиціонування повітря з використанням методів випарного охолодження. Особливий інтерес являють випарні охолодники непрямого типу НВО, у яких охолодження повітря досягається без прямого контакту з водою. Розроблено НВО на основі апаратів плівкового типу з багатоканальною структурою насадки і роздільним рухом потоків газу і рідини, а також регулярною шорсткості поверхні, як метод інтенсифікації тепломасообміну. Виконано моделювання процесів сумісного тепломасопереносу у НВО з урахуванням: термічних опорів потоків газу і рідини, особливостей течії рідинної плівки по поверхням із РШ, характеру розподілення сухих і змочених дільниць поверхні насадки. Експериментально одержані залежності, що забезпечують розрахунок і проектування охолодників. Розглянуто умови роботи випарних охолодників прямого і непрямого типів, комбінованих і багатоступеневих.

Створення випарно-парокомпресійних систем дозволяє «включити» випарний охолодник на високому температурному рівні, де він достатньо ефективний, і використати допоміжній повітряний потік для обдування конденсатора ХМ, а також знизити витрати води на підживлення замість випаруваної у НВО. Показано, що при відносній вологості 35-45%, витрати на випарювання можуть бути компенсовані повністю.

Переважною областю практичного використання відкритого абсорбційного циклу з використанням сонячної енергії для регенерації сорбенту (осушувально-випарні охолодники) є кондиціонування повітря Розроблено схемні рішення АСКП, у яких виключається прямий контакт абсорбенту і в повітря, що подається у приміщення, та уніфікована тепломасообмінна апаратура, основана на принципі суміщення декількох робочих процесів у єдиному ТМА а також на широкому використанні полімерних матеріалів. Розроблені СК забезпечують потрібний температурний рівень регенерації абсорбенту. Показано, що для широкого діапазону початкових параметрів повітря попереднього осушування забезпечує можливість одержання комфортних параметрів повітря тільки методами випарного охолодження.

Виконано загальний екологічний аналіз альтернативних рішень з використанням методології і бази даних «Повний життєвий цикл» Альтернативна система АСКП (НВО/ХМ) приводить до меншого виснаження природних ресурсів, ніж традиційна і вносить менший внесок у глобальну зміну клімату. Показано, що найбільший вплив на довкілля призводиться під час експлуатації системи; внесок періоду виробництва складає близько 20% від внеску за весь життєвий цикл, внесок періоду утилізації незначний, загальний екологічний вплив для альтернативної системи складає всього 65% від цього ж впливу для традиційної системи.

Ключові слова: альтернативна система, охолодження, кондиціонування повітря, сонячна система, гідродинаміка, тепломасообмін, абсорбер - осушувач, десорбер-регенератор, абсорбент, випарний охолодник, насадка регулярної структури, полімерні матеріали, повний життєвий цикл, екологічний вплив.

Аннотация

Горин Александр Николаевич «Альтернативные системы охлаждения и кондиционирования воздуха с использованием испарительного охлаждения». - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.05.14 - «Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования». Одесская государственная академия холода, - Одесса, 2007.

Диссертация посвящена развитию научных и инженерных основ создания альтернативных систем с использованием методов испарительного охлаждения, эффективность которых ограничено климатическими условиями и необходимостью подпитки водой испарительного контура. Рассмотрены два решения этой проблемы: интегрирование естественных и искусственных методов охлаждения в испарительно-парокомпрессионных системах; создание осушительно-испарительных охладителей на основе открытого абсорбционного цикла и солнечной регенерации абсорбента и последующего использования непрямого испарительного охлаждения.

Особый интерес представляют испарительные охладители непрямого типа НИО, в которых охлаждение воздуха достигается без прямого контакта с водой. Разработаны НИО на основе аппаратов пленочного типа с многоканальной структурой насадки и раздельным движением потоков газа и жидкости, а также регулярной шероховатости поверхности (РШ). Выполнено моделирование процессов совместного тепломассопереноса в НИО с учетом термических сопротивлений потоков газа и жидкости, особенностей течения жидкостной пленки по поверхностям с РШ и характера распределения сухих и смоченных участков поверхности насадки. Показано, что значения пределов протекания процессов при испарительном охлаждении определяются комплексом величин:

= f (, , );

= f (, , ),

в первую очередь, величиной соотношения

(для НИО ).

Экспериментально установлены: влияние РШ поверхности на интенсификацию процессов

k_опт = p/e; = 1.0;

= 20-25 мм)

и получены зависимости, обеспечивающие расчет и проектирование охладителей. Рассмотрены условия работы испарительных охладителей прямого и непрямого типов, комбинированных и многоступенчатых; показано, что число ступеней в каскаде охладителей НИО/НИО не должно превышать двух, а оптимальной является схема охладителя в составе НИО/ПИО.

Создание испарительно-парокомпрессионных систем позволяет «включить» испарительный охладитель на высоком температурном уровне, где он достаточно эффективен, и использовать вспомогательный воздушный поток для обдува конденсатора ХМ. При относительной влажности 35-45%, потери на испарение могут быть компенсированы полностью. Разработанная комбинированная система в составе НИО/ХМ полностью обеспечивает получение комфортных параметров воздуха без климатических ограничений и снижает энергозатраты. Она позволяет рационально интегрировать испарительные методы охлаждения, существенно снижая основной недостаток этих методов, заключающийся в необходимости подпитки испарительного контура свежей водой.

Осушительно-испарительные охладители. Предпочтительной областью практического использования открытого абсорбционного цикла с использованием солнечной энергии для регенерации сорбента является кондиционирование воздуха, что обусловлено корреляцией между инсоляцией и требуемым уровнем охлаждения и сравнительно невысокими температурами регенерации абсорбента. Разработаны схемные решения АСКВ, в которых исключается прямой контакт абсорбента и подаваемого в помещение воздуха и унифицированная тепломасообменная аппаратура, основанная на принципе совмещения нескольких рабочих процессов в едином ТМА а также на широком применении полимерных материалов. Разработанные СК обеспечивают требуемый температурный уровень регенерации абсорбента. Оценка рабочих тел (абсорбентов) на основе LiBr, показала их принципиальную пригодность для решения задач охлаждения и кондиционирования; ориентировочный рабочий диапазон концентраций составляет 70-75%. Показано, что для широкого диапазона начальных параметров воздуха предварительное осушение позволяет снизить его влагосодержание до значения ? 13г/кг, что обеспечивает возможность получения комфортных параметров только методами испарительного охлаждения; в сравнении с традиционными парокомпрессионными системами, АСКВ обеспечивает снижение энергозатрат (30-60%).

Выполнен экологический анализ альтернативных решений с использованием методологии «Полный жизненный цикл» (Life Cycle Assessment, международные стандарты ISO (ISO 14040, 14041, 14042 и 14043, «eco-indicator 99», база данных программы «SimaPro-6»). АСКВ приводит к меньшему истощению природных ресурсов, чем традиционная и вносит меньший вклад в глобальное изменение климата. Показано, что наибольшее воздействие на окружающую среду производится во время эксплуатации системы; вклад периода производства составляет около 20% от вклада за весь жизненный цикл, а вклад периода утилизации незначителен; общее экологическое воздействие для альтернативной системы составляет всего 65% от этого же воздействия для традиционной системы. Выбор альтернативных решений по двум критериям (влияние на истощение природных ресурсов и вклад в глобальное потепление) способствует реализации закона Украины об энергосбережении и Киотского протокола, направленного на снижение эмиссии парниковых газов.

Ключевые слова: альтернативная система, охлаждение, кондиционирование воздуха, солнечная система, гидродинамика, тепломасообмен, абсорбер-осушитель, десорбер-регенератор, абсорбент, испарительный охладитель, насадка регулярной структуры, полимерные материалы, полный жизненный цикл, экологическое влияние.

Abstract

Gorin A. N. «Alternative systems of cooling and air conditioning with the use of evaporative cooling". - Manuscript.

The theses on competition of a academic degree of Doctor of Technical Sciences in the speciality 05.05.14 - "Refrigeration and Cryogenic Engineering, and Air Conditioning Systems" The Odessa State Academy of Refrigeration, - Odessa, 2007.

The dissertation is devoted to the development of scientific and engineering of creation of alternative systems of cooling and air conditioning with the use of evaporative coolings fundamentals. In particular evaporative coolers of indirect type IEC are considered in which cooling of air is achieved without direct contact to water. IEC on the basis of devices of film type with multichannel structure of a nozzle and separate movement of streams of gas and liquid have been developed as well as regular roughness of a surface (RS) well used as method of intensification of heat and mass-transfer.

Modelling joint heat and mass transfer processes in IEC with the account of the thermal resistance of streams of gas and a liquid flow feature of a liquid film on surfaces with RS, the character of distribution of the dry and moistured sites on a surface of a nozzle has been conducted. The experimental dependences for calculation and design of coolers are experimentally received. Operating conditions of evaporative coolers of direct and indirect types (combined and multistage) have been considered.

Creation of evaporative-refrigeration systems (IEC/RM) allows one "to turn on" the evaporative cooler at a high temperature level where it is effective enough, and to use an auxiliary air stream for condenser RM, and also to lower the charge of water on additional charging in IEC. It was shown, that at relative humidity of 35-45 %, the evaporation losses can be compensated completely.

Preferable area of practical use of open absorption cycle with the use of solar energy for regeneration of a sorbent is the air conditioning. Circuit designs of AACS in which a direct contact of an absorbent and air submitted in a premise and unified heat and mass transfer apparatus (HMA) based on a principle of overlapping of several working processes in uniform HMA and also on wide application of polymeric materials have been developed. Developed solar collectors SC provide a required temperature level of regeneration of an absorbent. It was shown, that for a wide range of initial parameters of air preliminary dehumidification provides an opportunity to advieve comfortable parameters of air with methods of evaporative cooling only.

Alternative system AACS (IEC/RM) lead to a smaller exhaustion of natural resources, than traditional ones and make smaller contribution to global climate change. It was demonstrated, that the greatest environment impact is made during operation of a system; the contribution of the manufacturing period of makes about 20 % from the contribution the life cycle, and the contribution of the period of recycling is insignificant; the general ecological influence for alternative system makes only 65 % from the same influence for traditional system.

Key words: alternative system, cooling, air conditioning, solar system, hydrodynamics, heat and mass transfer, absorber, desorber-regenerator, absorbent, evaporative cooler, nozzle of regular structure, polymeric materials, ecological influence.

Размещено на Allbest.ru