Альтернативні системи охолодження і кондиціонуванни повітря з використанням випарного охолодження
Вантажиться...
Файли
Дата
2007
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Одес. держ. акад. холоду
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук по спеціальності 05.05.14 - Холодильна та кріогенна техніка.
Дисертація 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.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.05.14 - Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования. 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: t0m = f (t'ж, t'm, 1=Gг/Gж ); hг.пред2*=f f (t'ж, t'm, 1=Gг/Gж ), в первую очередь, величиной соотношения 1 = 1=Gг/Gж (для НИО 1 = Gо/Gв). Экспериментально установлены: влияние РШ поверхности на интенсификацию процессов (kорт = р/е; 1 = Gо/Gв = 1.0; dэ.опт= 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 хг < 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-б»). 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.
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 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. Modeling 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. The general ecological analysis of alternative systems with use of methodology and the database «Life Cycle Assessment» has been conducted. 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.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.05.14 - Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования. 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: t0m = f (t'ж, t'm, 1=Gг/Gж ); hг.пред2*=f f (t'ж, t'm, 1=Gг/Gж ), в первую очередь, величиной соотношения 1 = 1=Gг/Gж (для НИО 1 = Gо/Gв). Экспериментально установлены: влияние РШ поверхности на интенсификацию процессов (kорт = р/е; 1 = Gо/Gв = 1.0; dэ.опт= 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 хг < 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-б»). 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.
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 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. Modeling 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. The general ecological analysis of alternative systems with use of methodology and the database «Life Cycle Assessment» has been conducted. 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.
Опис
Горін, О.М.
Альтернативні системи охолодження і кондиціонування повітря з використанням випарного охолодження [Текст] : автореф. дис. ... д-ра техн. наук : спец. 05.05.14 "Холодильна та кріогенна техніка, системи кондиціонування" / Горін Олександр Миколайович ; наук. консультант В. П. Чепурненко ; Одес. держ. акад. холоду. – Одеса : ОДАХ, 2007. – 39 с.
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, 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, 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