Научная статья на тему 'Концепция оптимального по энергозатратам пассажирского вагона с использованием нетрадиционных источников энергии'

Концепция оптимального по энергозатратам пассажирского вагона с использованием нетрадиционных источников энергии Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
319
60
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПАСАЖИРСЬКИЙ ВАГОН / КЛіМАТИЗАЦіЯ / ТЕПЛОВИЙ РЕЖИМ / СОНЯЧНА ЕНЕРГіЯ / ТЕПЛООБМіННИК / ПАССАЖИРСКИЙ ВАГОН / ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ / КЛИМАТИЗАЦИЯ / СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ / ТЕПЛООБМЕННИК / SOLAR ENERGY / PASSENGER CAR / CLIMATIZATION / THERMAL REGIME / HEAT EXCHANGER

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Габринец В. А., Титаренко И. В.

Цель. В работе необходимо рассмотреть концепцию создания оптимального по энергозатратам пассажирского вагона с использованием нетрадиционных источников энергии и со стенками, имеющими повышенные теплоизоляционные свойства. Методика. Анализируются виды тепловых потерь, а также их величина. Для обогрева рассматриваются альтернативные источники энергии. Анализируется их возможный вклад в общий энергобаланс пассажирского вагона. Количественно оцениваются влияние на конструкцию вагона повышенной теплоизоляции стенок, поступления солнечной энергии через прозрачные окна и энерговыделения самих пассажиров. Результаты. При максимально возможном использовании всех нетрадиционных источников энергии и рациональных схемных решений систем кондиционирования и обогрева затраты энергии на эти нужды для пассажирского вагона могут быть снижены на 40-50 %. Научная новизна. Впервые предложено использовать новые виды энергии для поддержания теплового баланса вагона в зимний период, а также предложены новые схемные решения для системы климатизации вагона как в зимний, так и в летний периоды. Практическая значимость. Введение предложенных схемных решений и подходов к обеспечению комфортных условий для пассажиров могут быть реализованы на уже существующем парке пассажирских вагонов и не требуют существенного переоборудования уже установленных систем.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CONCEPT OF THE MINIMUM ENERGY PASSENGER CAR WITH USE OF UNCONVENTIONAL ENERGY SOURCES

Purpose. The paper is aimed to consider the concept of creation of the minimum energy passenger car with use of nonconventional energy sources and the walls that have enhanced thermal insulation properties. Methodology. The types of heat losses, as well as their value were analyzed. The alternative sources of energy are considered for heating. Their potential contribution to the overall energy balance of the passenger car is analyzed. Impact on the car design of the enhanced wall thermal insulation, solar energy inflow through the transparent windows and energy release of passengers are quantitatively evaluated. Findings. With the maximum possible use of all unconventional energy sources and the rational scheme solutions of conditioning and heating systems energy the costs for these needs for a passenger car can be reduced by 40-50%. Originality. New types of energy to maintain the heat balance of the car in the winter period is proposed to use firstly. New schematics solutions for environmental control system of the car both in winter and in summer periods were offered. Practical value. Introduction of the proposed scheme solutions and approaches to ensure the comfortable conditions for passengers may be implemented on an existing park of passenger cars and do not require a major re-equipment of systems that have already been installed.

Текст научной работы на тему «Концепция оптимального по энергозатратам пассажирского вагона с использованием нетрадиционных источников энергии»

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)

РУХОМИЙ СКЛАД ЗАЛ1ЗНИЦЬ I ТЯГА ПО1ЗД1В

УДК 629.45.042.5:620.92

В. А. ГАБРИНЕЦ1*, И. В. ТИТАРЕНКО2*

1 Каф. «Теплотехника», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 87, эл. почта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-6115-7162

2*Каф. «Теплотехника», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 87, эл. почта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-5692-0135

КОНЦЕПЦИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ПО ЭНЕРГОЗАТРАТАМ ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

Цель. В работе необходимо рассмотреть концепцию создания оптимального по энергозатратам пассажирского вагона с использованием нетрадиционных источников энергии и со стенками, имеющими повышенные теплоизоляционные свойства. Методика. Анализируются виды тепловых потерь, а также их величина. Для обогрева рассматриваются альтернативные источники энергии. Анализируется их возможный вклад в общий энергобаланс пассажирского вагона. Количественно оцениваются влияние на конструкцию вагона повышенной теплоизоляции стенок, поступления солнечной энергии через прозрачные окна и энерговыделения самих пассажиров. Результаты. При максимально возможном использовании всех нетрадиционных источников энергии и рациональных схемных решений систем кондиционирования и обогрева затраты энергии на эти нужды для пассажирского вагона могут быть снижены на 40-50 %. Научная новизна. Впервые предложено использовать новые виды энергии для поддержания теплового баланса вагона в зимний период, а также предложены новые схемные решения для системы климатизации вагона как в зимний, так и в летний периоды. Практическая значимость. Введение предложенных схемных решений и подходов к обеспечению комфортных условий для пассажиров могут быть реализованы на уже существующем парке пассажирских вагонов и не требуют существенного переоборудования уже установленных систем.

Ключевые слова: пассажирский вагон; климатизация; тепловой режим; солнечная энергия; теплообменник

Введение

В настоящее время большое внимание уделяется вопросам экономии топливно-энергетических ресурсов на транспорте. Это в первую очередь связано с глобальным энергетическим кризисом, вызванным постепенным истощением традиционных энергоресурсов и в связи с быстрорастущими ценами на традиционные источники энергии: газ, нефть, уголь. С другой стороны, важной проблемой является обеспечение

комфортных условий перевозки пассажиров на железнодорожном транспорте [3, 7, 8]. Это требует затрат энергии на обогрев вагона в холодный период года и его кондиционирование в летний период. К этим затратам добавляются затраты энергии на вентиляцию вагонов [4, 5, 9]. Это в свою очередь требует оценки энергоэффективности систем климатизации [1, 2, 6, 11].

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)

РУХОМИИ СКЛАД ЗАЛ1ЗНИЦЬ I ТЯГА ПО1ЗД1В

Цель

В работе предлагаются подходы к созданию оптимального по энергозатратам пассажирского вагона с использованием всех возможных в пассажирском вагоне источников энергии совместно с мероприятиями по их энергоэффективному использованию. С этой целью рассмотрены дополнительные источники энергии, которые включают: солнечную энергию; энергию, выделяемую пассажирами; энергию торможения [10, 12-14], вторичную энергию при вентиляции. Наряду с этими мероприятиями предлагается повышение качества теплоизоляции пассажирского вагона.

Методика

В этой работе анализируются виды тепловых потерь, а также их величина. Для обогрева рассматриваются альтернативные источники энергии. Анализируется их возможный вклад в общий энергобаланс пассажирского вагона. Оценивается количественно влияние на конструкцию вагона повышенной теплоизоляции стенок, поступления солнечной энергии через прозрачные окна и энерговыделения самих пассажиров.

Результаты

Известно, что при идеальной теплоизоляции мы будем иметь «адиабатическое помещение», в котором потери тепла будут приближаться к нулю. Естественно, затраты на обогрев будут также минимальными. Однако такой вагон для своего создания потребует значительной теплоизоляции, что резко увеличит стоимость такого вагона.

Сохранение тепла в вагоне в зимнее время года зависит от состояния термоизоляции, качества ее укладки (объективные причины) и соблюдения режима отопления проводником вагона (субъективные причины). Для термоизоляции в ограждающих конструкциях кузовов вагонов, т. е. в крыше, стенах и полу, между наружной и внутренней обшивками, помещается слой теплоизоляционного материала, отличающегося пористым строением и, следовательно, малой плотностью (20...35 кг/м3), и низким коэффициентом теплопроводности (0,03.0,04) Вт/м-К.

Величину тепловых потерь пассажирского вагона Qпот можно рассчитать, используя известное выражение:

^ Ы

0пот

1 1 vA '

(1)

а„

где ^ - площадь внешней поверхности вагона, м2; Ы - разность температур между наружным воздухом и воздухом внутри вагона, °С; ав, ас - коэффициенты теплоотдачи между воздухом и внутренней и внешней поверхностями вагона соответственно, Вт/м2-К; 87, Х7 -толщины и коэффициенты теплопроводности 7-го слоя обшивки вагона, м и Вт/м-К.

Величина тепловых потерь пассажирского вагона при внутренней температуре 18 °С в зависимости от температуры внешней среды для различных значений теплоизоляции представлена на графике рис. 1.

влияние теплоизоляции

40000-

н m 30000

я

и

<ц 20000

о

и

10000-

0

„,2

1

-30

-20

-10

10

Т

Рис. 1. Величина тепловых потерь стандартного пассажирского вагона в зависимости от температуры внешнего воздуха (1 - 1 Вт/м-К; 2 - 0,2 Вт/м-К)

Fig. 1. Quantity of thermal losses in the standard passenger car depending on the temperature of outside air (1 - 1 W/ m K; 2 - 0.2 W/m-K)

При этом средняя эффективная теплопроводность стенок вагона составляла 1 Вт/м-К град, коэффициенты теплоотдачи внутри и снаружи вагона принимались 5 Вт/м2-К и 50 Вт/м2-К соответственно. Размеры вагона 23 950x3 058х(4 355-1 070) мм. Если снизить теплопроводность стенок вагона до значения 0,2 Вт/м-К, то величина тепловых потерь уменьшится приблизительно в 3 раза для соот-

0

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)

РУХОМИИ СКЛАД ЗАЛ1ЗНИЦЬ I ТЯГА ПО1ЗД1В

ветствующих условий. Таким образом, наиболее эффективным мероприятием по снижению тепловых потерь является улучшение теплоизоляционных свойств стенок вагона.

В идеальном, «адиабатическом» вагоне основными тепловыми потерями будут потери на вентиляцию. Если принять количество воздуха на вентиляцию в соответствии с нормами СНиП (100 м3/час и 60 м3/час на человека), то для вагона с 36 пассажирами и двумя проводниками при изменении температуры наружного воздуха в пределах (+ 15°С...- 30 °С) потребуется тепловая мощность в пределах 40 000.70 000 Вт. Тепловая мощность, затрачиваемая на вентиляцию, рассчитывалась по соотношению:

0вен =|V Р С, (^р - 18)

/3 600

(2)

где 2вен - мощность на вентиляцию, Вт; V -норма расхода воздуха на одного человека, м3/час; р - плотность воздуха при нормальных

условиях, м3/кг; ср - теплоемкость воздуха, Дж/кг-К; tокр - температура окружающего воздуха, °С; п - количество пассажиров в вагоне, чел.

Изменение величины тепловой мощности на вентиляции в зависимости от температуры наружного воздуха представлено на рис. 2.

нагрев

60000-

н 50000-

W

■я 40000-

о

о ifl 30000

3

о я 20000

10000-

0

' 1

------

-20

-10

Т

-30

Рис. 2. Изменение величины тепловой мощности, затрачиваемой на вентиляцию в зависимости от температуры наружного воздуха для двух значений норм расхода 100 м3/час и 60 м3/час на человека

Fig. 2. Change of the thermal power value that is spent for ventilation depending on the outside air temperature for two values of the consumption rates 100 m3/hour and 60 m3/hour for person

Наружный воздух, подаваемый на вентиляцию, нагревается до температуры 18 °С. Такие значительные мощности, затрачиваемые на нагрев вентиляционного воздуха, могут быть значительно снижены при установке рекуперативного теплообменника, в котором уходящий из вагона воздух обменивается теплом с подаваемым снаружи воздухом. Для реализации этого схемного решения необходимо установить эффективный пластинчато-ребристый теплообменник по тракту подачи-отвода вентилируемого воздуха. Этот теплообменник будет использовать «вторичные» энергоресурсы пассажирского вагона. Так как в таком теплообменнике будет иметь место равенство водяных эквивалентов «горячего» и «холодного» теплоносителей, то эффективность такого теплообменника будет составлять приблизительно 70 %. То есть затраты энергии на вентиляцию могут быть уменьшены на эту величину.

Следующим фактором, который должен быть учтен при рассмотрении теплового баланса пассажирского вагона, является энерго-и влаговыделение самих пассажиров Qпас. Влага выделяется в результате испарения со свободной поверхности воды и влажных поверхностей материалов и кожи, в результате дыхания людей. Количество влаги, выделяемое людьми w (см. табл. 1), г/ч, определяется по формуле:

W = nw.

(3)

где п - число пассажиров в вагоне, чел.; w -количество влаги, выделяемое одним человеком, г/ч.

Количество энергии, выделяемое человеком в спокойном состоянии пассажира при 18 °С, будет составлять приблизительно q = 100 Вт. Общее количество тепла, выделяемое пассажирами в вагоне, можно рассчитать по соотношению:

бпас = ПЧ .

(4)

36 пассажиров будут выделять 3 600 Вт тепловой мощности. Дополнительным источником энергии является теплота конденсации водяных паров, выдыхаемых человеком. Количество водяных паров выделяемых человеком составляет 100 грамм в час. Количество тепла, получаемое при конденсации паров, выделяемых пассажирами, можно рассчитать по соотношению:

0

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)

РУХОМИЙ СКЛАД ЗАЛ1ЗНИЦЬ I ТЯГА ПО1ЗД1В

Таблица 1

Количество тепла и влаги, выделяемое человеком

Table 1

Heat and moisture quantity secreted by a man

Характер выполняемой работы Тепло, Вт Влага, г/ч

полное явное

при 10 °С при 35 °С при 10 °С при 35 °С при 10 °С при 35 °С

Умственная 160 93 140 16 30 115

Физическая

Легкая 180 145 150 8 40 200

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Средняя 215 195 165 8 70 280

Окон = )/3 600, (5)

где г - удельная теплота конденсации водяного пара, равная 2 258 кДж/кг.

Конденсация этих паров позволяет в секунду получить незначительное количество тепла. Однако выделяемая в процессе конденсации влага должна учитываться при проектировании рекуперативного теплообменника из-за ее возможного замерзания в зимних условиях.

Следующим фактором, который должен приниматься во внимание при рассмотрении теплового баланса пассажирского вагона, является солнечная радиация. Количество солнечной радиации, поступающей извне через стеклянные окна вагона, зависит от времени суток, сезона, облачности. Интенсивность солнечной радиации на границе земной атмосферы является постоянной величиной (солнечная постоянная) и составляет 1,35 кВт/м2. Видимый свет занимает узкий интервал длин волн, всего от 0,40 до 0,75 мкм. Однако в этом интервале заключается почти половина всей солнечной лучистой энергии (46 %). Почти столько же (47 %) приходится на инфракрасные лучи, а остальные 7 % - на ультрафиолетовые. Интенсивность солнечной радиации на поверхности Земли зависит от длины пути через атмосферу и определяется географическим положением точки измерения, а также ее высотой над уровнем моря. Эти зависимости представлены на рис. 3 http://www.geleo.boom.ru/pict01 в виде графиков, построенных по данным [8]. При этом существенное значение имеет состояние атмосферы (облачность, запыленность).

¿5 1400

к к я

g 1200-

&

«

и 1000-

800-

600-

400-

2250 3000 м -- 1500~

^^Уровев 900 м ,мор»

20 40 60 80

Высота солнцестояния

Рис. 3. Графики зависимости плотности потока прямой солнечной радиации от высоты и угла падения

Fig. 3. Dependency diagrams of the current density of direct solar radiation on the height and incidence angle

Солнечная радиация поступает во внутренний объем пассажирского вагона в виде трех составляющих: прямого излучения, рассеянного и отраженного от поверхности Земли

0сол 0пр + 0рас + 0от .

рас

(6)

Предполагая равномерное убывание солнечной радиации во времени, мы можем оценить среднесуточное поступление радиации во внутренний объем вагона. Величина прямой солнечной радиации может быть рассчитана по соотношению:

0

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)

РУХОМИЙ СКЛАД ЗАЛ1ЗНИЦЬ I ТЯГА ПО1ЗД1В

ар = Io (т) F cos а, (7)

где I0 - интенсивность радиации; F - площадь окон вагона (21,4 м2), cos а - косинус угла падения прямого и отраженного солнечного излучения.

Для рассеянного излучения 0рас этот угол

не имеет значения. Величина его рассчитывается по соотношению (6) только без значения косинуса. В отопительный сезон в октябре, ноябре, марте, апреле средняя интенсивность солнечной радиации, состоящей из прямого солнечного и диффузного излучения, составляет приблизительно 350... 450 Вт/м2. Предварительные расчеты показывают, что величина солнечной радиации в зависимости от освещаемой площади окон, времени года и угла падения может составлять 6 000.8 000 Вт. Для более полного использования потенциала солнечной радиации требуется соответствующая оптимизация спектральных характеристик стекол окон. Оптимизация предполагает увеличение коэффициента пропускания коротковолнового солнечного излучения и соответствующее уменьшение коэффициента пропускания длинноволнового излучения. Длинноволновое излучение характерно для собственного излучения нагретых поверхностей внутреннего объема вагона. В соответствии с документами температура поверхностей, ограждающих внутренние помещения (за исключением окон), должна быть не ниже 15 °C. Эти поверхности совместно с объемом воздуха, нагретого до температуры не ниже 18 °С, создают длинноволновое излучение, максимум энергии которого приходится на длины волн 10 000.15 000 нм. Именно излучение с такой длиной волны должно блокироваться, спектральными свойствами окон вагона для создания тепличного эффекта.

Научная новизна и практическая значимость

Таким образом, суммарный тепловой баланс пассажирского вагона может быть описан уравнением:

Оот + &ен = йнаг + йпас + бсол . (8)

Соотношение (8) позволяет рассчитать затраты энергии на обогрев и вентиляцию пассажирского вагона с учетом действия только двух

энерговлияющих факторов: тепла пассажиров и энергии солнечного излучения. Влияние схемного решения проявится через уменьшения затрат энергии на вентиляцию. Впервые предложено использовать нетрадиционные источники энергии для поддержания требуемого температурного режима пассажирского вагона. Впервые предлагаются новые схемные решения как для организации вентиляции и кондиционирования, так и для обеспечения теплового режима вагона.

Выводы

Существующие в настоящее время на «Ук-рзализныце» удельные затраты энергии на поддержание теплового режима пассажирского вагона зимой и кондиционирование его летом, являются существенно завышенными в свете требований сегодняшнего дня. Это ведет к существенному расходу топливно-энергетических ресурсов для парка пассажирских вагонов Украины в количестве 8 800 вагонов. Использование предлагаемых в работе мероприятий и схемных решений позволит снизить от 60 до 70 процентов эти затраты.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Бартош, Е. Т. Тепловые насосы в энергетике железнодорожного транспорта / Е. Т. Бартош. -М. : Транспорт, 1985. - 280 с.

2. Битюцкий, А. А. Анализ эффективности систем раздельного торможения для грузовых вагонов в России / А. А. Батюцкий, Д. Е. Клу-шанцев. - Наука и техн. трансп. - 2011. - № 2.

- С. 8-15.

3. Буравой, С. Е. Тепловой режим пассажирского вагона на различных этапах эксплуатации / С. Е. Буравой, Е. С. Платунов, В. В. Царь // Системы вентиляции, кондиционирования и отопления в пассаж. вагонах : сб. докл. науч. практ. семинара. - СПб. : СПбГУНиПТ, 2001.

- С. 58-71.

4. Габринец, В. А. Использование гидравлического тормоза в качестве источника тепловой энергии / В. А. Габринец // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна.

- Д., 2012. - Вип. 42. - С. 48-54.

5. Габршець, В. О. Шляхи пвдвищення ефектив-носп енергетичних шдроздшв залiзничного транспорту / В. О. Габршець, £. В. Христян, I. В. Титаренко // Вюн. Дшпропетр. нац. ун-ту

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)

РУХОМИЙ СКЛАД ЗАЛ1ЗНИЦЬ I ТЯГА ПО1ЗД1В

залiзн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - Д., 2012. - Вип. 41. - С. 187-190.

6. Емельянов, А. Л. Системы индивидуального регулирования температуры воздуха в купе пассажирского вагона [Электронный ресурс] / А. Л. Емельянов, С. Е. Буравой, Е. С. Платунов // Холодил. техника и кондиционирование. -2007. - № 1. - Режим доступа: www.refrigera-tion.openmechanics.com. - Загл. с экрана.

7. Жариков, В. А. Климатические системы пассажирских вагонов / В. А. Жариков. - М. : ТРАНСИНФО, 2006. - 135 с.

8. Китаев, Б. Н. Теплообменные процессы при эксплуатации вагонов / Б. Н. Китаев. - М. : Транспорт, 1984. - 184 с.

9. Матяш, Ю. И. Системы кондиционирования и водоснабжения пассажирских вагонов / Ю. И. Матяш, В. П. Клюка. - М. : ГОУ «Учеб-но-метод. центр по образованию на ж.-д. транспорте», 2008. - 286 с.

В. О. ГАБРИНЕЦЬ1*, I. В. ТИТАРЕНКО2*

1 Каф. «Теплотехшка», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет затзничного транспорту iменi академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Днтропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (056) 373 15 87, ел. пошта [email protected], (ЖСГО 0000-0002-6115-7162

2*Каф. «Теплотехшка», Дншропетровський нацюнальний утверситет залiзничного транспорту iменi академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Днтропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (056) 373 15 87, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-5692-0135

КОНЦЕПЦ1Я ОПТИМАЛЬНОГО ЗА ЕНЕРГОВИТРАТАМИ ПАСАЖИРСЬКОГО ВАГОНА З ВИКОРИСТАННЯМ НЕТРАДИЦ1ЙНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГП

Мета. У робот необхщно розглянути концепцш створення оптимального за енерговитратами пасажирського вагона з використанням нетрадицшних джерел енергп та зi стшками, що мають пiдвищенi теплоiзоляцiйнi властивостi. Методика. Аналiзуються види теплових втрат, а також !х розмiр. Для обiгрiву розглядаються альтернативнi джерела енергii, аналiзуeться !х можливий внесок у загальний енергобаланс пасажирського вагона. Кiлькiсно оцшюються вплив на конструкцiю вагона пiдвищеноi теплоiзоляцii' стiнок, надходження сонячно! енергп через прозорi вiкна та енерговидшення самих пасажирiв. Результата. При максимально можливому використаннi нетрадицiйних джерел енергп та рацюнальних схемних рiшень систем кондицюнування й обiгрiву витрати енергп на щ потреби для пасажирського вагона можуть бути зниженi на 40-50%. Наукова новизна. Вперше запропоновано використання нових видiв енергii для тдтримки теплового балансу вагона в зимовий перюд, а також запропоновано новi схемнi рiшення для системи ктматизацп вагона як в зимовий, так i в лiтнiй перюди. Практична значимiсть. Введення запропонованих схемних ршень i пiдходiв до забезпечення комфортних умов для пасажирiв можуть бути реалiзованi на iснуючому парку пасажирських вагонiв i не вимагають iстотного переобладнання вже встановлених систем.

Ключовi слова: пасажирський вагон; клiматизацiя; тепловий режим; сонячна енергiя; теплообмiнник

10. Пигарев, В. Е. Холодильные машины и установки кондиционирования воздуха / В. Е. Пигарев, П. Е. Архипов. - М. : Маршрут, 2003. -424 с.

11. Скорик, Т. А. Оценочные критерии энергоэффективности систем акклиматизации / Т. А. Скорик, Е. К. Глазунова, Н. П. Воронцова // Трансп. - 2011 : тр. Всеросс. научно-практ. конф. - Ростов н/Д., 2011. - С. 336-338.

12. Фаерштейн, Ю. О. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах / Ю. О. Фаерштейн, Б. Н. Китаев. - М. : Транспорт, 1984. - 272 с.

13. Application in rail vehicles braking energy / Yany Jian, Li Fa Iany, Sony Rui-yany, Fany Yu. Tiedao Xuebao // J. China. Railway Soc. - 2011. -№ 33 (2). - Р. 26-33.

14. Cordini, P. Performance characteristics of highspeed rail trains Pendolino. Das Projekt New Pen-dolino / Pino Cordini // ZEVrail Glas. Ann. -2012. 136. - № 4. - P. 116-120.

РУХОМИЙ СКЛАД ЗАЛ1ЗНИЦЬ I ТЯГА ПО1ЗД1В

V. A. GABRINETS1*, I. V. TYTARENKO2*

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацiонального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)

1 Dep. «Heating Engineering», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 373 15 87, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-6115-7162

2*Dep. «Heating Engineering», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 373 15 87, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-5692-0135

CONCEPT OF THE MINIMUM ENERGY PASSENGER CAR WITH USE OF UNCONVENTIONAL ENERGY SOURCES

Purpose. The paper is aimed to consider the concept of creation of the minimum energy passenger car with use of nonconventional energy sources and the walls that have enhanced thermal insulation properties. Methodology. The types of heat losses, as well as their value were analyzed. The alternative sources of energy are considered for heating. Their potential contribution to the overall energy balance of the passenger car is analyzed. Impact on the car design of the enhanced wall thermal insulation, solar energy inflow through the transparent windows and energy release of passengers are quantitatively evaluated. Findings. With the maximum possible use of all unconventional energy sources and the rational scheme solutions of conditioning and heating systems energy the costs for these needs for a passenger car can be reduced by 40-50%. Originality. New types of energy to maintain the heat balance of the car in the winter period is proposed to use firstly. New schematics solutions for environmental control system of the car both in winter and in summer periods were offered. Practical value. Introduction of the proposed scheme solutions and approaches to ensure the comfortable conditions for passengers may be implemented on an existing park of passenger cars and do not require a major re-equipment of systems that have already been installed.

Keywords: passenger car; climatization; thermal regime; solar energy; heat exchanger

REFERENCES

1. Bartosh Ye.T. Teplovyye nasosy v energetike zheleznodorozhnogo transporta [Heat pumps in the energy sector of railway transport]. Moscow, Transport Publ., 1985. 280 p.

2. Batyutskiy A.A., Klushantsev D.Ye. Analiz effektivnosti sistem razdelnogo tormozheniya dlya gruzovykh vagonov v Rossii [Effectiveness analysis of separate braking systems for freight cars in Russia/ Nauka i tekhnika transporta - Science and Transport Technology, 2011, no. 2, pp. 8-15.

3. Buravoy S.Ye., Platunov Ye.S., Tsar V.V. Teplovoy rezhim passazhirskogo vagona na razlichnykh etapakh ekspluatatsii [Thermal regime of a passenger car in various stages of operation]. Sbornik dokladov nauchno-prakticheskogo seminar a «Sistemy ventilyatsii, konditsionirovaniya i otopleniya v passazhirskikh vagonakh» [Proc. of Theoretical and Practical Workshop «Ventilation, air conditioning and heating systems in the passenger cars»]. Saint Petersburg, 2001, pp. 58-71.

4. Gabrinets V.A. Ispolzovaniye gidravlicheskogo tormoza v kachestve istochnika teplovoy energii [A hydraulic brake as a thermal energy source]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2012, issue 42, pp. 48-54.

5. Habrinets V.O., Khrystian Ye.V., Tytarenko I.V. Shliakhy pidvyshchennia efektyvnosti enerhetychnykh pidrozdiliv zaliznychnoho transportu [Ways to improve the efficiency of power units of railway transport]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2012, issue 41, pp. 187-190.

6. Yemelyanov A.L., Buravoy S.Ye., Platunov Ye.S. Sistemy individualnogo regulirovaniya temperatury voz-dukha v kupe passazhirskogo vagona (Systems of individual air temperature control in the compartment of a passenger car). Kholodilnaya tekhnika i konditsionirovaniye - Refrigerating Engineering and Conditioning, 2007, no. 1. Available at: www.refrigeration.openmechanics.com (Accessed 16 April 2014).

7. Zharikov V.A. Klimaticheskiye sistemy passazhirskikh vagonov [Climate systems of the passenger cars]. Moscow, TRANSINFO Publ., 2006. 135 p.

8. Kitayev B.N. Teploobmennyye protsessy pri ekspluatatsii vagonov [Heat exchange processes in the operation of cars]. Moscow, Transport Publ., 1984. 184 p.

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)

РУХОМИЙ СКЛАД ЗАЛ1ЗНИЦЬ I ТЯГА ПО1ЗДГВ

9. Matyash Yu.I., Klyuka V. P. Sistemy konditsionirovaniya i vodosnabzheniya passazhirskikh vagonov [Air conditioning and water supply of the passenger cars]. Moscow, GOU «Uchebno-metod. tsentr po obrazovaniyu na zh.-d transporter Publ., 2008. 286 p.

10. Pigarev V.Ye., Arkhipov P.Ye. Kholodilnyye mashiny i ustanovki konditsionirovaniya vozdukha [Mechanical refrigerating machines and air hadling units]. Moscow, Marshrut Publ., 2003. 424 p.

11. Skorik T.A., Glazunova Ye.K., Vorontsova N.P. Otsenochnyye kriterii energoeffektivnosti sistem akklimatizatsii [Evaluation criteria of energy efficiency systems of acclimatization]. Trudy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Transport -2011» [Proc. of the All-Russian Theoretical and Practical Conf. «Transport -2011»]. Rostov on Don, 2011, pp. 336-338.

12. Faershteyn Yu.O., Kitayev B. N. Konditsionirovaniye vozdukha v passazhirskikh vagonakh [Air conditioning in the passenger cars]. Moscow, Transport Publ., 1984. 272 p.

13. Yany Jian, Li Fa Iany, Sony Rui-yany, Fany Yu. Tiedao Xuebao Application in rail vehicles braking energy. J. China. Railway Soc., 2011, no. 33 (2), pp. 26-33.

14. Cordini Pino. Performance characteristics of high-speed rail trains Pendolino. Das Projekt New Pendolino. ZEVrail Glas. Ann, 2012. 136, no. 4, pp. 116-120.

Статья рекомендована к публикации д.т.н., проф. М. В. Губинским (Украина); д.т.н.,

проф. Н. Н. Беляевым (Украина)

Поступила в редколепю: 21.03.2014

Принята к печати: 09.06.2014

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.