CC BY
81
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
Холодопроизводительность и параметры ХМ (см. рисунок) выбираются по расчетным условиям работы системы кондиционирования воздуха в теплый период года.
В центральном кондиционере здания приточный наружный воздух охлаждается и осушается при условии реализации схемы вытесняющей вентиляции до влагосодержания, вычисляемого в предположении, что в зоне обитания поглощается только 50 % влаго-выделений.
Тепло, вырабатываемое в конденсаторе ХМ, предлагается использовать на цели отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, для чего в схеме установки (рисунок) предусмотрены аккумуляция низкопотенциального тепла канализационной воды в блоке СК и высокопотенциального тепла в блоке ГВ. В качестве источника низкопотенциального тепла работы ХМ предлагается использовать воду в баке-аккумуляторе 21 сбросной канализационной воды. Для сбора этой подогретой воды в каждой квартире устраивается отдельная система канализации с отводами от ванной, моек и раковин в стояк 19. Так как эта подогретая вода является смесью горячей и холодной водопроводной, то её температура будет около 30 °С. После поступления в бак-аккумулятор 21 сбросной горячей воды и заполнения водой фильтра-осадителя 24 включаются электродвигатели компрессора 12, насосов Н3, Н6, которые при открытых клапанах К2 будут прокачивать отепленную воду через разборный пластинчатый теплообменник 23 и испаритель 14. Проходя через конденсатор 13, нагретая вода будет подаваться в змеевиковые теплообменники в баках 15 и 16, нагревая поступающую водопровод-
ную воду. В случае, когда температура воды в баке-аккумуляторе снизится до 10 °С, автоматически останавливаются компрессор ХМ, насосы Н9, Н6 и открывается клапан К3. Остывшая вода по трубопроводу 22 будет сброшена в сеть общей канализации.
В ночные часы жильцы не потребляют горячую воду, следовательно, вся теплота конденсации ХМ может расходоваться на цели отопления и вентиляции. После проведения расчетов выяснилось, что потребность в тепле на отопление и вентиляцию несколько больше количества низкопотенциального тепла, аккумулируемого от канализационной воды в блоке СК. Дополнительное тепло система кондиционирования воздуха может получить от утилизации тепла вытяжного потока воздуха и от сетевых источников энергии: электроснабжения, ГВ и др.
Предварительные расчеты эффективности и производительности показали, что стоимость оплаты жильцами отопления и горячего водоснабжения при использовании ХМ по схеме, приведенной выше, уменьшается примерно в 2 раза по сравнению с действующими тарифами.
Библиографические ссылки
1. Шульгин Ю. В., Кожин И. В. Круглогодичное обеспечение жилых и общественных зданий теплом и холодом с помощью холодильных машин // Холодильная техника. 2010. № 7. С. 34-37.
2. Кокорин О. Я. Энергосберегающие системы кондиционирования воздуха. М. : ЛЭС, 2007.
© Хайцен М. Ю., Кулаков Е. В., 2012
УДК 621.325.5
В. А. Шелепов Научный руководитель - М. Г. Мелкозеров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПОЛУЧЕНИЕ ВОДЫ ИЗ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ПРИ ПОМОЩИ РАЗЛИЧНЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН
Проведен обзор существующих и разрабатываемых методов получения воды из атмосферного воздуха. Проведено их сравнение с методом выбранным автором. Приведены достоинства и недостатки системы разрабатываемой автором.
Проблема недостатка воды стоит перед человечеством относительно давно. Промышленная революция сделала многие источники пресной воды на планете, непригодными, а происходящие в природе климатические изменения не только изменили привычные возможности доступа к воде, но и за частую ставят многие регионы мира на грань вымирания. Вопросы очистки загрязненных источников воды, особенно в свете последних достижений науки и техники, уже получили ряд качественных решений, позволяющих вести экономически оправданную очистку воды [4].
Атмосферный воздух является рабочим телом или входит в состав рабочего тела в тепловых двигателях, кондиционирующих установках и калориферах, в
процессах сушки и горения. Атмосферный воздух всегда является влажным, т. е. представляет собой смесь сухого воздуха и водяного пара, и относится к типичным парогазовым смесям. Такую смесь сухого воздуха с водяным паром называют влажным воздухом. В большинстве случаев расчеты, связанные с влажным воздухом, выполняют при давлениях, близких к атмосферному. Парциальное давление пара в воздухе невелико и, как правило, для расчета влажного воздуха используют соотношения, полученные для идеальных газов [3].
«Холодильник Зысина В. А». В схеме используются две условно независимые части, т. е. охлаждение идет в два этапа. Верхняя часть схемы утилизирует тепло-
Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов»
ту, температура которой выше температуры окружающей среды. И производит предварительное охлаждение и создание движущей силы для компрессора и насосов системы. Нижняя часть схемы по существу представляет собой обычный компрессионный холодильник, в котором охлаждение хладагента достигается его расширением в детандере (или дросселе), затем сепаратор направляет пар в компрессор на сжатие и последующую конденсацию, а жидкую холодную часть хладагента - через насос на окончательное охлаждение рабочего тела во втором холодильнике. В итоге, схема Зысина способна использовать тепло охлаждаемого тела ниже температуры охлаждающей среды, например, до температуры точки росы. Схема вполне может быть использована для получения воды из воздуха [2; 4].
Солнечный цикл тепловой машины Ренкина. Отличие данной схемы от холодильной машины Зысина в том, что здесь используются фазовые превращения и левая часть используется только для создания движущей силы на компрессоре и насосах. Эффективной силовой части, в зависимости от ее конструктивных особенностей, будет в пределах 7...15 %. Энергетическая эффективность же правой части, по сути теплового насоса, будет в пределах 2-3 [4].
Детандернная схема. Наружный воздух через входное устройство поступает на теплообменник, за-холаживается и сбрасывает влагу, затем поступает на детандерную турбину, где расширяется до давления около 0,05-0,085 МПа с понижением температуры до 0-3 °С и поступает на сепаратор, где осуществляется вторая ступень отвода влаги. Далее воздух подается на холодную сторону того же теплообменника 6 осушенным, поступает на компрессор, приводимый де-тандерной турбиной, и на второй компрессор, приводимый внешним источником, например, дизелем. Возможны варианты исполнения, дающие помимо воды большое количество холодного воздуха для кондиционирования столовых, госпиталей, воинских палаток. Возможно использование системы с приводом от солнечных батарей.
Один литр воды в час получается при затратах энергии 0,35-1,0 кВт/ч. Агрегат может обеспечивать производительность от одного литра в час до 25 тонн/час - в зависимости от исполнения, типоразмера, мощности привода и влагосодержания воздуха [3].
Абсорбционный трансформатор. Исходя из средней мощности потока энергии на поверхности Земли в 1,366 кВт/м2, общая мощность потока энергии солнечного излучения, падающего на Землю, пример-
но равна 174 ПВт. Эту энергию можно использовать в различных целях. В нашем случае для получения воды путем осушения воздуха при помощи абсорбционного трансформатора. Энергия солнца позволяет отказаться от большого количества механических частей требующих затрат электроэнергии.
Солнечный свет падает на генератор, который выполнен в форме плоского солнечного коллектора разделенного на две части перфорированной пластиной. По нижней части генератора стекает крепкий раствор хладагента с абсорбентом. Под воздействием энергии солнца и при низком давлении хладагент испаряется и поступает через перфорированную пластину в верхнюю часть генератора. После парообразный хладагент конденсируется в конденсаторе и через регулирующий вентиль поступает в испаритель где, испаряясь, забирает энергию у пропускаемого через испаритель атмосферного воздуха, охлаждая его до температуры точки росы. Конденсат под воздействием сил тяжести стекает в сосуд для хранения, где проходит последующую обработку и будет готов к использованию в бытовых целях. После испарителя пар хладагента попадает в абсорбер и смешивается со слабым раствором, поступающим из генератора. Циркуляцию раствора абсорбер - генератор осуществляет насос. Это единственная составная часть, работающая от электрической сети и требующая затрат энергии.
Данной установки сопоставима по производительности со своими аналогами, а материальная выгодность данной системы в разы выше.
Библиографические ссылки
1. Патент РФ ЯП 2 288021 С2. Опубликовано 27.11.2006.
2. А.с. 591667 СССР, МКИ Е 25 В 25/00, Е 01 К 25/10, Е 25 В 11/00 . Способ охлаждения рабочего тела /Я. А. Берман, В. А. Зысин, Б. Е. Иванов,
3. Ю. Н. Марр, А. П. Рафалович, В. К. Смехов (СССР). № 2302506/06; заявл.22.12.75; Опубл. 05.02.78, Бюл. № 5.
4. Перельштейн Б. Х Новые энергетические системы: Казань: Изд-во Казанского гос. техн. ун-та, 2008. 244 с.
5. Титлов А. С., Краснопольский А. Н., Ищенко И. Н. Анализ схем экстракции воды из воздуха. Современные проблемы холодильной техники и технологии. Одесса: 2011, 93-95 с.
© Шелепов В. А., 2012
