Горін Олександр Миколайович. Альтернативні системи охолодження і кондиціонування повітря з використанням випарного охолодження : Дис... д-ра наук: 05.05.14 - 2007.
Анотація до роботи:
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.
Включення випарних охолодників у склад випарно-парокомпресійних (НВО/ХМ) і сонячних осушувально-випарних систем (НВО/АБС.) охолодження та кондиціонування повітря значно розширює кліматичну область використання, підвищує компактність конструкції, знижує енергоспоживання таких систем (в порівнянні з традиційними парокомпресійними системами забезпечується зниження енерговитрат на 30-60%).
випарні охолодники
Розроблені уніфіковані модулі випарних охолодників прямого та непрямого типів на основі поперечнотокових ТМА плівкового типу з багатоканальною структурою насадки і роздільним рухом потоків газу і рідини, а також регулярною шорсткістю поверхні для інтенсифікації процесів тепломасообміну, дозволяють суттєво знизити рівень охолодження та можуть використовуватись в складі багатоступеневих і комбінованих охолодників.
Показано, що значення меж протікання процесів при випарному охолодженні визначаються комплексом величин: = f (, , ); = f (, , ), в першу чергу, величиною співвідношення (для НВО ); правильне визначення параметрів повітряного потоку, що покидає апарат, відіграє важливу роль, оскільки дозволяє запобігти небезпеки повного насичення повітряного потоку до його виходу із насадки.
Експериментально встановлено: вплив РШ поверхні на інтенсифікацію процесів (kопт = p/e = 11-25; = 1.0; = 20–25 мм); експериментально одержані залежності, що забезпечують розрахунок і проектування ВО.
Експериментальне дослідження процесів тепломасообміну в випраних охолодниках прямого і непрямого типів, комбінованих і багатоступеневих випарних охолодниках, дозволило встановити, що число ступенів у каскаді охолодників НВО/НВО не доцільно перевищувати двох, а також рекомендувати для практичного використання двуступеневу схему охолодника у складі НВО/ПВО, ефективність якої не набагато менша, але енерговитрати суттєво нижчі.
випарно-парокомпресійні охолодники
Створення випарно-парокомпресійних систем на основі НВО (перший ступінь) і ХМ (другий ступінь) дозволяє «включити» випарний охолодник на високому температурному рівні, де він достатньо ефективний, і використовувати допоміжний повітряний потік для обдування конденсатора ХМ.
Об’єднання НВО і ХМ у єдину систему дозволяє знизити витрати води на підживлення для заміни випаруваної у НВО; кількість води, що сконденсувалася на поверхні випарника ХМ, прямо пропорційна вологості оброблюваного повітря, а кількість випаруваної води у допоміжних каналах НВО – зворотно пропорційна його вологості; при відносній вологості 35–45% втрати на випарування можуть бути компенсовані повністю.
Результати зіставлення випарно-парокомпресійного кондиціонера (у першій ступені НВО і у другий даховий кондиціонер CAAE/CAEN – 31) із кондиціонером CAAE/CAEN – 51, показали, що комбінована схема дозволяє знизити встановлену потужність компресора з 16.8 до 11.3 кВт; забезпечує зниження температури конденсації від 45С до 35С і зниження витрати енергії на стискування на 14%; з’являється можливість повного повернення води у випарний контур.
осушувально-випарні охолодники
Для створення альтернативних систем перспективний відкритий абсорбційний цикл із використанням сонячної енергії для регенерації сорбенту; переважною областю практичного використання таких систем є кондиціонування повітря, що обумовлено кореляцією між інсоляцією і рівнем охолодження, який потрібен, і порівняно невисокими температурами регенерації абсорбенту.
Розроблені схемні рішення АСКП виключають прямий контакт абсорбенту і повітря, що подається у приміщення; розроблено уніфіковану тепломасообмінну апаратуру, основану на принципі суміщення декількох робочих процесів у єдиному ТМА, а також на широкому використанні полімерних матеріалів у конструкції ТМА, зокрема, в конструкції сонячного колектора СК; розроблені СК забезпечують необхідний температурний рівень регенерації абсорбенту.
Для розглянутого діапазону початкових параметрів повітря (= 13–25 г/кг, = 20–45 С) попереднє осушування дозволяє знизити його волого вміст до значення < 13г/кг, що забезпечує можливість одержання комфортних параметрів повітря тільки методами випарного охолодження; порівняно із традиційними парокомпресійними системами, АСКП забезпечує зниження енерговитрат (30–60%).
Екологічна оцінка нових рішень
Виконаний загальний екологічний аналіз альтернативних рішень в області холодильних і кондиціонуючих систем з використанням методології і бази даних «Повний життєвий цикл» (Life Cycle Assessment, міжнародні стандарти (ISO 14040, 14041, 14042 и 14043, «eco-indicator 99», база даних програми «SimaPro-6»); робота виконувалась сумісно з Австралійським дослідницьким центром (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, 3072, Australia).
Альтернативна система АСКП (НВ/ХМ) приводить до меншого виснаження природних ресурсів, ніж традиційна СКП; вона вносить менший внесок у глобальну зміну клімату. Найбільший вплив на довкілля призводиться під час експлуатації системи; внесок періоду виробництва складає близько 20% від внеску за весь життєвий цикл, а внесок періоду утилізації незначний; загальний екологічний вплив для альтернативної системи складає всього 64.5% від цього ж впливу для традиційної системи.
Вибір АСКП і АХС по двох критеріях, що аналізуються (вплив на виснаження природних ресурсів і внесок у глобальне потепління) сприяє реалізації закону України про енергозбереження і Кіотського протоколу, націленого на зниження емісії парникових газів; загальний екологічний вплив для традиційної СКП також більше, ніж для альтернативної, що ще раз підтверджує переваги останньої.
Публікації автора:
Монографії по темі роботи
Горин А.Н., Дорошенко А.В. Альтернативные холодильные системы и системы кондиционирования воздуха. – Донецк.: Норд-Пресс, ОГАХ, 2006. – 341 с.
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
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
Концов М.М., Дорошенко А.В., Филипцов С.Н., Горин А. Н. Интенсификация тепло- и массообмена в аппаратах альтернативных холодильных систем // Холодiльна технiка 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Горін О.М. Випарно-парокомпресійний охолоджувач //Збірник наукових праць ДДТУ (технічні праці). – Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2006. - С. 179-184. Особистий внесок: постановка задачі, аналітичне дослідження.
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.
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.
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.
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.
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.
Дорошенко А.В., Горин А.Н. Солнечные системы кондиционирования воздуха // Холодильная техника и технология. – 2005. - №1. - С. 41-47. Особистий внесок: аналіз розрахунків.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
