CC BY
105
Петля имеет длину 120 м, дугообразное соединение в нижней части, диаметр трубы dy=25 мм. Теплосъем с грунта примем равным: 1 кВт; 2 кВт; 3 кВт; 4 кВт; 5 кВт. При этом температурный перепад теплоносителя может изменяться от 1 до 2,5 °С (М = 2,5 °С; 2 °С; 1,5 °С; 1 °С).
Первые 24 часа после своего начала процесс теплопередачи при работе грунтового теплообменника имеет некоторую нестационарность, а уже по истечении этого времени тепловой режим стабилизируется, поэтому в работе рассмотрен стационарный процесс.
Из графика видно, что для грунтовых теплообменников не рекомендуемый температурный перепад 1°С. Минимальное значение температурного перепада 1,5 °С.
Исследование показало, что применение температурного перепада в 1°С экономически нецелесообразно, так как гидравлические потери возрастают в два раза. При анализе зависимости гидравлических потерь давления на участке в грунтовом теплообменнике установлено предельное значение температурного перепада, снижение которого ведет к резкому увеличению потерь давления на участке и расходу электроэнергии на перекачку жидкости насоса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Безруких П.П., Арбузов Ю.Д., Борисов Г.А., Виссарионов В.И.. Перспективы возобновляемой энергетики // Наука в России. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России. 2003. № 4. С. 155. С. 52-60.
2. Васильев Г.П., Шилкин Н.В. Использование низкопотенциальной тепловой энергии земли // АВОК. 2003. № 2. С. 52-60.
3. Руководство по применению тепловых насосов с использованием вторичных энергетических ресурсов нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Утв. указанием Москомархитектуры 31.01.2001. Инсолар-инвест. М., 2001. № 8.
X
УДК 697.4:621.577
А.С. Штым, Е.В. Тарасова
ШТЫМ Алла Сильвестровна - кандидат технических наук, заведующая кафедрой инженерных систем зданий и сооружений Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток), E-mail: shtym_alla@mail.ru, ТАРАСОВА Елена Владимировна - аспирант, ассистент кафедры инженерных систем зданий и сооружений Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: lotos.t.e@mail.ru © Штым А.С., Тарасова Е.В., 2012
Изменение параметров воздуха при контакте его со снегом в холодохранилищах
При прохождении воздуха через холодохранилище происходит его прямой контакт со снегом и образуется тонкая пленка воды, термодинамические параметры которой оказывают существенное влияние на свойства охлаждаемого воздуха.
Ключевые слова: кондиционирование, холодохранилище, параметры воздуха, теплообмен, влагообмен, диаграмма.
Changing the air in contact it with the snow holodohranilischah. Alla S. Shtym, Elena V. Tarasova - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok).
Direct contact with the snow air during the passage of air through cold storage with a thin film of water.
Thermodynamic parameters which significantly influence the properties of cooled air.
Key words: air conditioning, cold storage, air conditions, heat transfer, moisture transfer, the diagram.
Применение естественных источников холода имеет экологические и энергосберегающие преимущества при создании комфортных условий в помещениях по сравнению с традиционными системами кондиционирования воздуха (такими как сплит, чиллер-фанкойл).
При прохождении воздуха через холодохранилище происходит прямой его контакт со снегом. Воздух, охлаждаясь, отдает свою теплоту снегу, который переходит в жидкую фазу - талую воду. На поверхности
Рис. 1. 1-(1-диаграмма характерных процессов тепло- и влаго-обмена воздуха с водяной пленкой на поверхности снега при различных начальных состояниях воздуха
снега при контакте его с теплым воздухом образуется тонкая пленка воды. Теплообмен с воздухом происходит на границе воздух - вода.
Обычно предполагают, что тонкий слой воздуха на поверхности воды оказывается полностью насыщенным водяными парами, а его температура равна температуре воды. Состояние воздуха в этом слое можно определить по температуре воды, считая его относительную влажность ф равной 100%. При таком предположении процесс тепло- и влагообмена между воздухом и водой можно рассматривать как процесс смешения основного потока воздуха с насыщенным влажным воздухом в тонком слое, контактирующем с водой [2].
Процесс изменения состояния воздуха при контакте с водяной пленкой в холодохранилище представлен на М диаграмме в зависимости от начального состояния воздуха (рис. 1). Примем температуру пленки воды постоянной, равной температуре плавления снега, - 0 оС. Воздух заходит в холодохранилище и начинает соприкасаться со снежной массой, по мере прохождения через холодохранилище с воздухом происходят процессы тепло- и влагообмена.
Рассмотрим несколько характерных процессов изменения параметров воздуха в зависимости от их начальных значений (рис. 1).
Точка А характеризует состояние тонкой пленки воды на поверхности снега, 1А = 0 оС, ф = 100%. При подаче теплого воздуха, насыщенного влагой (точка В1), воздух интенсивно охлаждается и осушается. Вода охлаждает воздух и отбирает тепло, выделившееся при конденсации водяных паров на ее поверхности. Воздух охлаждается до достижения максимальной влажности ф = 100%, в нем образуется туман, далее воздух продолжает охлаждаться и осушаться до температуры точки А с постоянной влажностью ф = 100%. Процесс В2 - А происходит так же, как начальная стадия процесса В1 - А. Воздух также осушается и охлаждается, но влажность достигает 100% только при 1А= 0 оС. Процесс В3 - А идет при постоянном влаго содержании d = 3,8 г/кг. Воздух не осушается и не увлажняется, изменяется только его температура (сухое охлаждение). Точка В4 характеризует состояние теплого, сухого воздуха с d < 3,8 г/кг. При соприкосновении потока воздуха с пленкой воды на поверхности снега происходит охлаждение и увлажнение воздуха. Тепло воздуха идет на испарение и на нагрев талой воды.
В идеальном случае воздух, подающийся в холодохранилище, может охладиться до I = 0 °С. Фактически процесс охлаждения воздуха заканчивается на температуре выше 0 °С. Параметры воздуха, уходящего из холодохранилища, зависят от интенсивности теплообмена, площади соприкосновения со снегом и расхода воздуха.
При расчете охлаждения воздуха в холодохранилище необходимо рассматривать взаимодействие влажного воздуха с пленкой воды на поверхности снега.
В снегохранилище параметры влажного воздуха определяются температурой водяной пленки, которая, в свою очередь, равна температуре плавления пресного льда - 0 оС. При этом влагосодержание насыщенного воздуха равно 3,8 г/кг, а его теплоемкость - 1,0118 кДж/(кг-К).
Теплообмен по полной теплоте можно также определить как сумму явной qя и скрытой q ск теплоты [1]:
Явп = qвя + qвск, в в (1)
qвя - определяется по формуле [1]:
qBя = а - и (2)
где а{ - коэффициент теплообмена; t1 - температура поверхности воды; t2 - температура потока воздуха;
q ск - количество скрытой теплоты, переданной в процессе влагообмена [2]:
¿ск = г ■ }, (3)
Уравнение (3) несколько неточно, так как не учитывает переноса теплосодержания жидкой фазы, для учета которой величину г следует заменить величиной полного теплосодержания г [3].
Количество сконденсировавшейся влаги при нормальном атмосферном давлении можно определить из уравнения Ньютона [1]:
Л = ^ Ц - (4)
и следующего [3]:
Ь=в К - ^ (5)
где в - коэффициент влагообмена кг/(м2-ч-мм рт.ст):
в = (а + Ьш) В
(6)
где: Н - упругость водяного пара в воздухе, мм рт. ст.; Нш- упругость водяного пара над поверхностью воды, мм рт. ст.; а - коэффициент, зависящий от температуры воды, при температуре меньше 30 оС принимается равным 0,022; Ь - коэффициент, принимается равным 0,0174; В - барометрическое давление в мм рт. ст.; ш - скорость потока воздуха [3].
Тогда:
елв (К -
1
3600
а ск = г • а. - а,) Вт/м2,
^в вл а 4 2 к
Вт/м2, (7)
(8)
где аа - коэффициент влагоперехода; а1 - влагосодержание насыщенного воздуха при температуре равной температуре поверхности воды; а2 - влагосодержание потока воздуха; г - полное теплосодержание водяного пара при температуре пленки воды. Выразим аа из (8):
а _ с _ ^вл ■ в(к - ио) _ в(к - ио)
' С ■ . - ^ ■ (¿2 - 4>3600 3600 • Ц- ¿У Тогда, используя соотношение Льюиса, найдем коэффициента теплоотдачи от потока воздуха к поверхности водяной пленки а :
1000 • с ■ в • (И - И )
а = с ■ а. = ' ,, в-^ Вт/(м2К
' в . 3,6 • (¿2 - .;)
Зависимость (10) представлена графически на рис. 2 и 3.
(10)
Рис. 2. Коэффициент теплоотдачи от потока воздуха к поверхности водяной пленки в зависимости от его температуры и влажности (ю = 1 м/с)
Рис. 3. Коэффициент теплоотдачи от потока воздуха к поверхности водяной пленки в зависимости от его скорости, при температуре воздушного потока 15 °С и влажности 50%
При уменьшении влажности воздуха коэффициент теплоотдачи а> стремится к прямой, зависящей только от скорости воздушного потока. При увеличении влажности потока воздуха от 10 до 100% коэффициент теплоотдачи а ( уменьшается в среднем на 0,1-0,8 Вт/(м2-° С), в зависимости от температуры и влажности воздуха. Гораздо сильнее коэффициент теплоотдачи а< зависит от скорости воздушного потока. Как свидетельствует рис. 3, коэффициент теплоотдачи а> увеличивается более чем в 6 раз при увеличении скорости воздушного потока от 0,1 до 8 м/с.
Согласно уравнению Меркеля [1], поток полного тепла от воздуха к воде определяется как
авп = аа (12 -/1). (И)
Используя эту зависимость, можно определить количество полной теплоты, отдаваемой потоком теплого воздуха 1 м2 пленки воды на поверхности массива снега.
Количество полной теплоты qвп, отдаваемой воздушным потоком массиву снега, зависит от скорости воздушного потока. При скорости 5 м/с и температуре 30 оС количество полной теплоты достигает 1900 Вт/м2. Но при понижении температуры воздуха этот параметр быстро снижается. При температуре воздуха 7,5 оС и той же скорости воздуха количество полной теплоты равно 200 Вт/м2. Это говорит об очень эффективном теплообмене в начале процесса теплообмена между снегом и воздухом (рис. 2) и постепенном его снижении по мере прохождения воздуха через холодохранилище.
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования будут использованы при составлении инженерной методики расчета аккумуляторов естественного холода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Богословский В.Н., Новожилов В.И., Симаков Б. Д., Титов В.П. Отопление и вентиляция. Ч. II. Вентиляция. М.: Строиздат, 1976. 439 с.
2. Богословский В.Н., Кокорин О.Я., Петров Л.В. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. М.: Строиздат, 1985. 367 с.
3. Максимов Г.А. Проектирование процессов кондиционирования воздуха, М.: Высш. шк. 1961. 100 с.
X
УДК 697.4:621.577
А.С. Штым, А.А. Когаль
ШТЫМ Алла Сильвестровна - кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой инженерных систем зданий и сооружений Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: shtym_alla@mail.ru, КОГАЛЬ Анна Анатольевна - магистрант кафедры инженерных систем зданий и сооружений Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: anna_kogal2601@mail.ru.
© Штым А.С., Когаль А.А., 2012
Применение солнечных коллекторов для горячего водоснабжения в спортивном комплексе «Ледовая арена»
Представлена разработка принципиальной схемы горячего водоснабжения на базе солнечных коллекторов Nibe Solar FP 215.
Ключевые слова: солнечные коллекторы, горячее водоснабжение, энергосбережение.
Application of solar collectors for hot water sports complex "Ice Arena". Alla S. Shtym., Anna A. Kogal -
School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok).
The development concept based on hot water solar collectors Nibe Solar FP 215.
Key words: solar collectors, hot water supply, energy efficiency.
В рамках краевой программы «Энергосбережение» в г. Уссурийске было принято решение установить солнечные коллекторы на крытом хоккейном катке «Ледовая арена» [2]. На данном объекте горячее водоснабжение предусматривается для обеспечения хозяйственно-бытовых и технологических нужд; нагрузка на ГВС 0,0834 Гкал/ч (97 кВт/ч). В настоящее время потребность в горячей воде удовлетворяется за счет работы емкостных электроводонагревателей. Солнечные коллекторы устанавливаются как альтернативный источник теплоснабжения, что позволит значительно снизить эксплуатационные затраты на эти нужды [1].
Для использования энергии солнца разработан проект системы горячего водоснабжения на базе солнечных коллекторов Nibe Solar FP 215 в количестве 30 штук. Коллекторы устанавливаются на южном фасаде здания под углом 60о, что оптимизирует их производительность в зимний и переходный периоды и снижает излишки теплоты летом. В схеме системы предусмотрено предохранение от перегрева теплоносителя в солнечном контуре путем сброса излишек теплоты в систему отопления, так как из-за особенностей работы
