Актуальність теми. Використання поновлюваних джерел енергії (ПЕР) в енергетичних системах більшості країн світу до 2010 року може досягти 12-15%. Сонячна енергія є одним із видів ПЕР, що найбільш використовується і може використовуватися для рішення задач охолодження і кондиціонування повітря (АСКП), як комфортного, так і технологічного призначення. Враховуючи рівень сонячної радіації, такі системи особливо перспективні як для України, так і для країн північноафриканського регіону. Але, поряд з малим енергоспоживанням і екологічною чистотою, вони характеризуються значними габаритами приймачів сонячної енергії, а для АСКП це ще і велика кількість тепломасообмінних апаратів (ТМА: абсорбери, десорбери, випарні охолодники і теплообмінники). Побудування схемних рішень, що дозволяють знизити кількість ТМА, а також зниження температурного рівня регенерації абсорбенту, що вимагається, яке дозволило б використовувати плоскі сонячні колектори (СК), здатне забезпечити практичну реалізацію конкурентоздатних АСКП. Використання полімерних матеріалів (ПМ) у складі ТМА дозволить знизити їх вагу і вартість. Дисертаційна робота виконувалась відповідно з законодавчими актами: Постанови Верховної Ради України №75/94-ВР від 1.07.94р. що затвердила "Закон України про енергозбереження", Постанови Кабінету Міністрів України №148 від 5.02.97 р. "Про комплексну державну програму енергозбереження України", Постанови Кабінету Міністрів України №583 від 14.04.99 р. "Про Міжвідомчу комісію із забезпечення виконання Рамкової Конвенції ООН про зміну клімату".

Ціль і задачі дослідження. Ціллю є розробка науково-інженерних основ для створення екологічно чистих, енергозберігаючих систем АСКП з використанням сонячної енергії. Були сформульовані і вирішені задачі: розробка схемних рішень АСКП на основі відкритого абсорбційного циклу з прямою регенерацією абсорбенту; теоретичне і експериментальне вивчення робочих процесів у основних елементах систем (випарних охолодниках, осушувачах повітря - абсорберах, сонячних колекторах-регенераторах СК-Р); створення методики інженерного розрахунку і розробка пілотної установки АСКП; проведення екологічної оцінки нових систем.

Об'єктом дослідження є альтернативні сонячні системи кондиціонування повітря АСКП; предметом дослідження є процеси у АСКП.

Методи дослідження: теоретичне вивчення, експериментальне дослідження на натурних зразках ТМА і СК-Р, апроксимація масиву табличних (експериментальних) даних.

В дисертації захищаються наукові положення:

1. Пряма сонячна регенерація абсорбенту знижує температурний рівень регенерації і забезпечує можливість побудування АСКП на основі плоских сонячних колекторів-регенераторів;

2. Підвищення ізотермічності процесу абсорбції підвищує ефективність абсорбції і наступного випарного охолодження, і знижує температуру регенерації, що потрібна; найбільш доцільно це забезпечує ефективна робота градирні, яка обслуговує абсорбер, що виявляється економічно вигідним підвищення концентрації абсорбенту.

Наукова новизна роботи визначається наступними результатами: показано, що переважною областю практичного використання альтернативних систем, є сонячне кондиціонування повітря, що обумовлено відомою кореляцією між інсоляцією і необхідним рівнем охолодження і порівняно невисокими температурами регенерації абсорбенту; розроблені схемні рішення АСКП на основі відкритого абсорбційного циклу з прямою регенерацією абсорбенту, що дозволяють знизити температурний рівень регенерації і значно спростити систему регенерації абсорбенту, а саме, виключити із схеми десорбер традиційного типу; розроблені принципи інженерного оформлення ТМА для АСКП (випарних охолодників і абсорбера) на основі використання полімерних матеріалів в їх конструкції, що забезпечує зниження ваги і вартості устаткування АСКП; розроблені полімерні повітряні сонячні колектори-регенератори СК-Р; показано, що умови експлуатації випарного охолодника (або абсорбера) визначаються характеристичним числом = l/l_ИД, де l і l_ИД відносна витрата повітряного потоку (G_Г/G_Ж), для реального ТМА і його ідеальної моделі, що характеризується умовами рівноваги на обох кінцях апарату; введені відповідні поняття для ступеню охолодження води E_Ж, ступеню використання повітря E_Г і ступеню ефективності процесу Е в цілому (для абсорбції - ступеня осушування повітря в абсорбері - Е^АБ_Г, і ступеня використання абсорбенту - Е_АБ); виконано експериментальні дослідження ТМА (випарних охолодників і абсорбера) і одержані нові дані, необхідні для розрахунку і проектування АСКП; виконано експериментальні дослідження натурних зразків плоских сонячних колекторів - регенераторів СК-Р, виготовлених із полімерних матеріалів; розроблена повномасштабна пілотна установка АСКП на основі одержаних теоретичних та інженерних результатів; на основі методології "Повний життєвий цикл" (life cycle assessment - LCA) показано, що полімерний сонячний колектор-регенератор СК-Р має суттєві переваги у величині впливу на довкілля перед повітряним СК традиційного типу.

Достовірність наукових положень і результатів підтверджуються результатами експериментально-розрахункових досліджень, і добрим якісним і кількісним узгодженням одержаних результатів з існуючими даними.

Практичне значення одержаних результатів полягає у розробці практичних рекомендацій по розрахунку і конструюванню АСКП, у створенні нового покоління полімерних ТМА і СК-Р для АСКП. Матеріали дисертаційного дослідження використовуються в учбовому процесі на кафедрі технічної термодинаміки ОДАХ в курсі лекцій і практичних занять по нетрадиційній енергетиці у 2003 - 2006 роках.

сонячна регенерація абсорбент кондиціонування

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота виконана при консультацяях наукового керівника. Особисто здобувачем виконано цикл експериментально-розрахункових досліджень і аналіз одержаних результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи були представлені на: 4-ой международной научно-технической конференции "Современные проблемы холодильной техники и технологии", Одесса, 2005; IV міжнародної науково-практичної конференції "Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація ш економіка", Донецьк, 2005; International Conference for Energy & Environment, Libyan Arab Jamahiriya, 2003; 9-th Arab International Solar Energy Conference, Libyan Arab Jamahiriya, Tripoli, 2006.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 6 наукових праць, серед них 4 друкованих роботи у науково-технічних журналах і 2 повних тексти докладів на міжнародних і науково-практичних конференціях.

Об'єм і структура дисертації. Дисертація викладена на 177 сторінках машинописного тексту, включаючи 42 рисунок, 4 таблиці і складається із вступу, чотирьох основних розділів, списку літератури із 113 найменувань і додатків.

Основний зміст роботи

У вступі відображено актуальність проблеми і сформульовано цілі і задачі дослідження, наукові положення, наукова новизна, основні результати роботи і визначена її практична цінність.

У першому розділі проаналізовано сучасні проблеми екології і енергетики, розглянуто види поновлюваних джерел енергії, проаналізовано тенденції розвитку сонячної енергетики і АСКП на основі відкритого абсорбційного циклу, з використанням твердих і рідких сорбентів, з прямою і непрямою регенерацією сорбенту, різної конфігурації в осушувальній і в охолоджувальній частинах та інш. Аналіз показав, що в теперішній час для України, і особливо для її південних регіонів, найбільш перспективним є використання сонячної енергії для рішення різноманітних задач життєзабезпечення, а саме, кондиціонування повітря. Була поставлена задача про широке використання ПМ в конструкції усіх основних елементів АСКП.

Другий розділ присвячений розробці нових схемних рішень для АСКП з відкритою регенерацією абсорбенту, розробці ТМА для цих систем, включаючи абсорбер-осушувач повітря, випарні охолодники і сонячний колектор-регенератор і вибору робочих тіл (водних розчинів абсорбентів). Абсорбційний цикл працездатний на малих перепадах температур, в цілому екологічно чистий і характеризується малим споживанням енергії. Для регенерації абсорбенту тут можна використовувати сонячну енергію. Завдяки виконаним в ОДАХ дослідженням, з'явилась можливість створення полімерного типу СК - регенератора абсорбента (СК-Р), що принципово важливо, якщо врахувати, що основна вартість і вага АСКП приходиться саме на систему сонячної регенерації абсорбенту. На рис.1А приведено основний варіант розробленої схеми АСКП. Вона включає дві частини: попереднього осушування повітря в абсорбері-осушувачі, в умовах безперервного циклу осушування повітря і регенерації абсорбенту, і наступного випарного охолодження у випарному охолоднику. Тепло, необхідне для регенерації, забезпечується геліосистемою з плоскими сонячними повітряними колекторами-регенераторами 2, а охолодження абсорбера забезпечується вентиляторно. градирнею 4. Схеми включають також систему регенеративних теплообмінників 7-9, необхідність у яких продиктована малими температурними напорами, які є. Повітряний потік, при осушуванні в абсорбері 1, знижує волого вміст і температуру точки роси , що забезпечує значний потенціал охолодження у випарному охолоднику. В схему включається вентиляторна градирня 4, що охолоджує абсорбент на вході в абсорбер.

Як випарний охолодник використовується апарат прямого ПВО (рис.1Б, позиція 3), або непрямого випарного охолодження НВО. Це плівкові тепломасообмінні апарати поперечноточного типу. Кількість води, що випарилась в рециркуляційному водному контурі, компенсується підживленням свіжою водою 10. Природною межею випарного охолодження в одноступеневому НВО також, як і в ПВО, є температура повітря по мокрому термометру на вході у НВО (це або зовнішнє повітря, або його суміш із рециркулюючим повітряним потоком, що залишає приміщення). Особливий інтерес для АСКП уявляють схеми, де як випарний охолодник використовується градирня. Повітря, осушене в абсорбері 1 і яке має низьку температуру точки роси, надходить у градирню, де забезпечується глибоке охолодження води, яка може використовуватися у теплообмінниках-охолодниках, що вентилюються, які встановлюються безпосередньо в приміщеннях, що кондиціонуються, або холодильних камерах. Оскільки повітря, що залишає градирню випарного контуру, має низьку температуру, з'являється можливість його використання для розвантаження градирні осушувального контуру, або для додаткового охолодження повітряного потоку після абсорбера.

Забезпечення безперервності циклу досягається в процесі сонячної регенерації абсорбенту. Тут використовується система із полімерних сонячних колекторів-регенераторів СК-Р (рис.1В), у вигляді десорбера прямого типу. По похилих каналах такого сонячного регенератора тече плівка абсорбенту, над поверхнею якої рухається повітряний потік. Кут похилу сонячного теплоприймача визначається загальними вимогами до установки традиційних СК.

Загальною вимогою до тепломасообмінної апаратури (ТМА) для альтернативних систем є: висока інтенсивність процесів, що протікають, та малий аеродинамічний опір при транспорті робочих речовин (повітряних і рідинних потоків); достатньо широкий діапазон робочих навантажень по газу і рідині, у якому робота ТМА є стійкою і не спостерігається

явища заклинання насадки, або інтенсивного знесення рідини при поперечно точній схемі контактування; відсутність забруднень робочих поверхонь, або їх руйнування в процесі подовженої експлуатації. Насадка ТМА (рис.1Б) створена вертикально встановленими елементами у вигляді багатоканальних плит із тонкостінного полікарбонату. Плити встановлені еквидістантно одна одній і їх канали розташовані вертикально. Рідина (вода або абсорбент) підіймається по каналах елементів насадки і рівномірно переливається через їх верхній край, стікаючи по зовнішніх сторонах елементу і попадаючи у вихідну камеру. Між елементами насадки рухається повітряний потік і реалізується процес тепломасообміну. Конструктивне оформлення усіх ТМА, що входять у АСКП уніфіковано. вони вирішені у вигляді плівкових поперечноточних апаратів, у яких, як основний елемент насадки, використовується вертикальна полікарбонатна багатоканальна плита.

Проведений аналіз показав, що найбільш перспективними, як робочі тіла АСКП, є водні розчини на основі бромистого літію, при цьому доцільно використовувати добавки, тобто композити на основі LiBr, що знижують корозійну активність і збільшують розчинність (LiNO₃, ZnCl₂, CaBr₂ и др.); для рішення задач кондиціонування повітря доцільно використовувати розчин H₂O+LiBr+ZnCl₂+CaBr₂ (LiBr++), який є найбільш переважним з точки зору тепло - и масообмінних характеристик, а також надійності експлуатації (висока розчинність і відносно низька корозійна активність). Орієнтовний робочий інтервал концентрацій складає 70-75%.

Третій розділ роботи присвячений теоретичному і експериментальному вивченню процесів тепломасообміну у ТМА АСКП. Визначення величин коефіцієнтів тепломасообміну частіше за все не може бути визнано задовільним із-за наявності труднощів, пов'язаних з визначенням дійсної поверхні обміну, особливо на поверхнях складної конфігурації. Це призвело до розвитку емпіричних методів, основаних на використанні коефіцієнтів ефективності процесу. Вони дозволяють представити експериментальні дані у вигляді простому та зручному для проектування ТМА. Як природну межу охолодження у випарному охолоднику прийнято розглядати температуру повітря по мокрому термометру на вході в апарат . На виході із апарату, як крайового, розглядають стан повністю насиченого повітря, що має температуру води, яка поступає на вході . Ефективність охолодження води:

E_ж = (1),

дорівнює відношенню фактично відведеного від води тепла до крайової кількості, що визначається рівнянням: = , де = (t_ж¹ - t_м¹) - ширина зони охолодження. Ефективність зміни стану повітря:

E_г = (2),

дорівнює відношенню тепла, винесеного із апарата потоком повітря до крайової його кількості Очевидно, чим вище, при даному E_ж, ступінь використання повітря E_г, тим нижче витрата енергії на привід вентилятора і E_ж = f (l = G_г/W, , ); E_г = f (l = G_г/W, , ), где l = G_г/W - відносна витрата повітря в апараті. Можна бачити (рис.2Б), що зростання відносної витрати повітря l = G_г/W приводить до збільшення E_ж і зменшення E_г. Великим значенням ступеню охолодження води відповідають малі значення ступеню використання повітря. межі процесу визначаються, окрім значень і , співвідношенням потоків l = G_г/W і в залежності від величини l = G_г/W, стан рівноваги може мати місце на верхньому або нижньому кінцях випарного охолодника. Одночасно на обох кінцях рівновага не настає, що роз'яснюється кривизною лінії насичення. У загальному випадку значення меж, при випарному охолодженні, визначаються залежностями: = f (, , l = G_г /W); h_г ⁰ = f (,, l = G_г /W). Для виявлення ефективності процесу у реальному апараті (F ), що протікає при будь-якому значенні l = G_г /W, необхідно визначити єдиний прототип для зіставлення - модель "ідеальної" градирні (F = ). В роботі W. Klenke була запропонована модель "ідеальної" градирні (поверхня тепломасообміну F = ), якій відповідає термодинамічна рівновага одночасно на обох кінцях апарату. Умови експлуатації градирні характеризуються характеристичним числом :

= l / l_ИД (3),

де l_ИД - відносна мінімальна витрата повітря. Робота випарного охолодника характеризується залежностями:

E_ж = f (), E_г = f (); E_ж/E_г (4)

Останній вираз є наближеним.

Одержане співвідношення дозволяє встановити крайові значення ступеню охолодження води і використання повітря. Ця модель побудована за умови спрямленої лінії насичення. За умови F = , в дійсності, на обох кінцях градирні встановляться стани, лише у певній мірі близькі до рівноважних ( > ; < h_г^2*).

Лінію, дотичну до кривої насичення у деякій точці діапазону температур ( - ) і яка має при цьому уклін 1/l_ИД, назвемо робочою лінією "ідеальної" моделі випарного охолодника, при цьому:

де t_м^о і h_г^2* - нові значення меж, які визначаються положенням робочої лінії уточненої моделі на h - t діаграмі. > E_ж, > E_г. На підставі вище викладеного, слід сумісно розглядати залежності = f () и = f () (див. рис.2Б). Ефективність процесу абсорбції, тобто, ступінь осушування повітря в абсорбері Е^АБ_Г і ступінь використання абсорбенту Е_АБ можуть бути виражені, подібно процесу випарювання у градирні:

де величина гранично можливої концентрації абсорбенту *_Sк відповідає точці на лінії кристалізації, при заданих параметрах розчину, а граничне значення вологовмісту повітря в процесі його осушування в абсорбері x* відповідає величині *_Sк. При цьому також мають місце залежності Е^АБ_Г = f (); Е_АБ = f (), де: l = G_Г/G_АБ, = l/l_ИД. Умови "ідеальної" моделі абсорберу (осушувача) виражено рівнянням _Sк = *_Sк.

Експериментально вивчались процеси випарного охолодження в апаратах АСКП. Стенд (рис.2А) складається із головної частини 4 і систем підготовки потоків води і повітря. В нижній камері розміщений багатосекційний вимірювач витрати рідини 12. Для регулювання відносної вологи повітря передбачена байпасна лінія с автономним витратоміром 8. Вивчались режими випарного охолодження води і адіабатичної обробки повітря при поперечноточній схемі контактування. При аналізі нових експериментальних даних додатково був використаний раніше одержаний в ОДАХ експериментальний матеріал на насадках із повздовжгофрованої алюмінієвої фольги і ребристого міпласту. Це дозволило скоротити об'єм експерименту, використовуючи раніше одержані рекомендації по таких питаннях, як вплив щільності шару і вплив параметрів РШ. Дослідження було проведено на модулі з насадкою із полікарбонатних багатоканальних плит. Результати дослідження надані на рисунку 2Б у вигляді залежності ефективності процесу випарного охолодження (Е_Г, Е_Ж) від характеристичного числа . Для залежності E_ж = f (), одержана емпірична формула:

E_ж = 0.89 (1 - e ^{- 1.1} ) (7)

У загальному вигляді, можна записати:

E_ж = с (1 - e ^{- 1.1} ) (8),

E_г = с (1 - e ^{- 1.1} ) ^-1 (9),

E = с ² (1 - e ^{- 1.1} ) ^{2 -1} (10)

Для ступеню осушування повітря в абсорбері:

Е^АБ_Г = 0.89 (1 - e ^{- 1.1} ) ^-1 (11),

На рис.3В приведено розрахункові залежності зміни волого вмісту повітря в абсорбері (x) і відповідної температури десорбції (t_D) від приведеної концентрації розчину LiBr++. Результати розрахунків наведені для температури повітря на вході в абсорбер 30⁰С; вологовміст повітря складав: 13,5г/кг. (1) и 16,0г/кг (2). Зростання концентрації абсорбенту (показана приведена концентрація, як відношення робочої до граничного значення концентрації на лінії кристалізації розчину) приводить до зростання ефективності процесу осушування повітря, але при цьому зростає і температура десорбції. Ефективність процесу осушування збільшується із зростанням початкового волого вмісту повітряного потоку. У робочому діапазоні концентрацій розчину (о* = 0.8 - 0.85) температура регенерації (десорбції) не перевищує 80⁰С.

Для експериментального вивчення характеристик СК-Р був використаний стенд, схема якого надана на рисунку 3А. Інтенсивність сонячної радіації фіксувалась піранометром 18 із подвійним прибором - гальванометром М-80; швидкості вітру - анемометром МС-13. Швидкість вітру визначає коефіцієнт втрат тепла сонячним регенератором над поверхнею його осклінення (див. нижче залежність для ^k_2-0). В виду експериментальної складності безпосереднього вивчення процесу регенерації абсорбенту, пов'язаної з необхідністю підготовки розчину LiBr++ концентрації, що потрібна, і підтримки початкової концентрації розчину, вивчення процесу десорбції було проведено на воді. Тобто процес видалення вологи із розбавленого розчину абсорбенту імітувався на основі процесу випарного охолодження води, що стікає по похилій площині внутрішньої поверхні СК-Р у протитоку із повітряним потоком, рух якого обумовлено сонячним розігрівом. В порівнюваних ситуаціях повністю ідентичні: характер руху повітряного потоку над поверхнею рідинної плівки, обумовленої сонячним розігрівом; характер течії рідинної плівки абсорбенту достатньо близький до особливостей течії водяної плівки і інтерес уявляє тільки рівномірність розподілу рідинної плівки по поверхні листа. Витрата повітряного потоку G_Г через СК-Р фіксувався посереднім чином, с урахуванням теплового балансу по воді і повітрю, при цьому убуток рідини у випарному процесі визначалась розробленим раніше в ОДАХ методом відсікання живлення; витрата рідини G_Ж визначали з допомогою ротаметрів типу РС (13); зміну ентальпії повітряного потоку, фіксувалось по показникам пар термометрів (сухій та мокрий), встановлених на вході і виході із повітряної порожнини СК-Р. Одержані експериментальні дані надані у традиційному виді для СК у формі залежності ККД сонячного колектора від приведеної температури:

Ю_СК = f (Т_ПР), Ю_СК = Q/IF_СК (12),

де: Ю_СК це ККД сонячного колектора, який уявляє собою відсоток засвоєної енергії Q, відносно повної енергії сонячного випромінювання I, що падає на поверхню сонячного колектора F_СК. Повний коефіцієнт теплових втрат СК визначається формулою:

(13),

де: ^p_1-2, ^p_2-0 ^- радіаційна складова теплових втрат у повітряному зазорі і з поверхні прозорої ізоляції у довкілля (рисунок 1. В), відповідно, Вт/ (м²К); ^k_1-2 и ^k_2-0 - конвективна складова у тих же елементах СК, Вт/ (м²К); - коефіцієнт теплових втрат СК через нижню ізоляцію, Вт/ (м ² К); індекс 1 відноситься до абсорбера, 2 - до прозорого покриття. Коефіцієнти тепловіддачі розраховували по формулах:

^k_1-2= [1-0.0018 (Т₁/2+Т₂/2-10)]

[1 - (в - 45) (0.00259 - 0.00144 _п)] 1.14 (T₁-T₂) ^0.31 /_1-2^0.07;

^p_1-2= (T₁+T₂) (T₁²+ T₂²) / (1/₁+1/_{2 -} 1);

^k_2-0= (5.7 +w_Г);

^p_2-0=₂ (T₂+T₀) (T₂²+ T₀²).); (14),

де: w_Г - швидкість вітру над поверхнею СК, м/с; _1-2 - товщина повітряного зазору; - стала Стефана - Больцмана, 5,7010^-8 Вт/ (м²К); - коефіцієнт чорноти; в - кут уклону площини СК до горизонту, град. Залежність:

= f [0.5 (t_f1 + t_f2) - t₀] /J

являє собою пряму лінію. Величина Т_ПР = [0.5 (t_f1 + t_f2) - t₀] /J називається приведеною температурою. Із наведеного графіка (рис.3Б) видно, що робочі характеристики порівнюваних полімерних СК знаходяться у добрій відповідності. Декілька більш високі значення Ю_СК в роботі датських дослідників [J. Rekstad] пов'язані з використанням в конструкції полімерного СК гранульованого керамічного матеріалу для підвищення коефіцієнту тепло - і масовіддачі від води до повітряного потоку, що безсумнівно ускладнює і робить конструкцію СК дорожчою.

Четвертий розділ присвячений інженерним додаткам і вміщує розділи, присвячені сонячним системам кондиціонування повітря, особливостям використання сонячної техніки в умовах країн північноафриканського регіону (з урахуванням клімату, рівня сонячної радіації і місцевих умов експлуатації) та аналізу екологічних аспектів нових розробок. Був виконаний аналіз можливостей АСКП для забезпечення комфортних параметрів повітря. Важливим з'являється вплив температури рідини, що охолоджує абсорбент. Зниження цієї температури приводить до зростання ізотермічності процесу абсорбції і деякому зниженню температури регенерації. Зростання концентрації абсорбенту приводить до зростання ступеню осушування повітря, але одночасно і до зростання температури регенерації. На рис.4А видно, що розроблена АСКП може забезпечувати параметри комфортності у самому широкому діапазоні кліматичних умов земної кулі: в межах вологовмісту зовнішнього повітря до 25г/кг і в межах температури зовнішнього повітря до 45⁰С. На рис.1Б показано просторово - компоновочне рішення АСКП у вигляді окремого блоку охолодження.

Виконано цикл розрахункових досліджень (сумісно із Австралійським дослідницьким центром Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, 3072, Australia), яка оцінює вплив циклу життя традиційного і полімерного типів СК на довкілля (LCA "Life Cycle Assessment" - "Повний життєвий цикл"). Цикл життя СК-Р складається із наступних етапів: 1 - добуток корисних копалин, їх перевезення і обробка; 2 - виробництво і перевезення деталей, складання і перевезення колектора-регенератора; 3 - експлуатація; 4 - розбирання СК-Р по закінченню життєвого циклу і знищення деталей. В роботі аналізувались дев'ять типів впливів на довкілля: потенціал глобального потепління (GWP - парникові гази), виснаження озонового шару, ВОС - викиди оксидів сірки, ВОФА - викиди оксидів фосфору і азоту, тяжкі метали, зимовий смог, літній смог, виснаження ресурсів енергії і тверді відходи. На рис.4Б показано екологічний валив двох порівнюваних типів СК-Р на довкілля (за програмою "Eco-indicator 95"). Розрахунки проводились за допомогою пакету "SimaPro-5", що враховує складнощі одержання даних з вироблення енергії і по викидах для різних країн, що вміщує в собі бази даних для кожного із параметрів. Зменшення шкідливих впливів розробленого полімерного СК-Р, порівняно з традиційним типом металевого СК-Р (дані роботи [91]), з'явилось істотним. Слід додати, що система сонячної регенерації займає основну площу і вагу у складі АСКП.

Загальні висновки

1. Для створення сонячних холодильних систем перспективний відкритий абсорбційний цикл, оснований на використанні сонячної енергії для регенерації абсорбенту; перспективно сонячне кондиціонування повітря, що обумовлено кореляцією між інсоляцією і рівнем охолодження, що потрібно (комплексом термовологісних параметрів повітря для АСКП); пряма регенерація абсорбенту найбільш перспективна для районів земної кулі з високим рівнем сонячної активності (Україна, країни північнофриканського регіону) і дозволяє істотно спростити конструкцію регенератора (десорбера), а також скоротити габарити і вартість сонячної системи в цілому;

2. Для АСКП найбільш явно виражена залежність ефективності від температури охолоджуючої води, тобто від роботи градирні, що обслуговує абсорбер. Це пов'язано із зростанням ізотермічності процесу абсорбції і зниженням температури осушеного повітряного потоку, що залишає абсорбер;

3. Із двох варіантів полімерних повітряних СК, з полімерним повітряним СК і СК-регенератором сполучуваного типу (СК-Р), останній є більш перспективним, оскільки в першому випадку потрібна ще і організація руху регенераційного повітряного потоку через десорбер, що є достатньо проблематичним; із двох розроблених варіантів СК-Р перспективним є тип СК-Р2;

4. В АСКП доцільно використовувати розчин H₂O+LiBr+ZnCl₂+CaBr₂, який є переважним з точки зору тепло - і масообмінних характеристик, а також надійності експлуатації (висока розчинність і відносно низька корозійна активність); орієнтовний робочий інтервал концентрацій складає 70-75%;

5. В якості насадки ТМА для основних процесів, - абсорбції і випарного охолодження, - використані полімерні багатоканальні плити із полікарбонату, що забезпечує безфорсуночний розподіл рідини; у всіх ТМА прийнята поперечноточна схема контактування газу і рідини;

6. Показано, що умови експлуатації випарного охолодника (абсорбера) визначаються характеристичним числом = l/l_ИД, де l і l_ИД відносна витрата повітряного потоку (G_Г/G_Ж), для реального ТМА і його ідеальної моделі, що характеризується умовами термодинамічної рівноваги на обох кінцях апарату;

7. Проведено експериментальні дослідження процесу випарного охолодження при адіабатичному і політропічному процесах і одержані залежності у вигляді E_Ж = f (), E_Г = f () і E = f (), що забезпечують розрахунок цих процесів; для ефективності процесу абсорбції, тобто, ступеню осушування повітря в абсорбері Е^АБ_Г і ступеню використання абсорбенту Е_АБ, були одержані залежності від характеристичного числа , где l = G_Г/G_АБ;

8. Проведено випробування розробленого повітряного сонячного колектора модифікації СК-Р2, які показали його працездатність у складі АСКП і одержана залежність Ю_СК = Т_ПР, що забезпечує розрахунок СК-Р;

9. Одержані залежності зміни вологовмісту повітря в абсорбері (x) і температури десорбції (t_D) від приведеної концентрації розчину зростання концентрації приводить до зростання ефективності процесу осушування повітря, але при цьому росте температура десорбції; у робочому діапазоні концентрацій розчину (о* = 0.8 - 0.85) температура регенерації (десорбції) не перевищує 80⁰С, що забезпечується розробленим сонячним колектором-регенератором СК-Р2.

10. Розроблена АСКП здатна забезпечити одержання комфортних параметрів повітря для будь-яких кліматичних умов земної кулі (в межах вологовмісту зовнішнього повітря до 25г/кг і у межах температури зовнішнього повітря до 45⁰С); порівняно із традиційними парокомпресійними системами кондиціонування повітря альтернативна система АСКП забезпечує значне зниження енерговитрат (до 40%), що підтверджується мало чисельними даними експлуатації аналогічних установок.

11. На основі методології "Повний життєвий цикл" (life cycle assessment - LCA) показано, що час повернення енергії для різних типів СК-Р суттєво залежить від матеріалів, які використовуються в конструкції СК; полімерний сонячний колектор-регенератор СК-Р має суттєву перевагу у величині впливу на довкілля при перерахунку на 1 ГДж енергії, що виробляється, перед СК традиційного типу.

Публікації по темі дисертації

1. Корейша О.В., Аль-Гарби Набиль Мусса. Солнечные холодильные системы с прямой регенерацией абсорбента. // Збірник наукових праць науково-технічної конференції "Холодильна техніка іпродовольча безпека". - 2004. - с.47-52.

Особистий внесок здобувача: Розробка схемних рішень сонячних холодильних систем.

2. Шестопалов К.А., Аль-Гарбі Набіль Мусса. Сонячні колектори-регенератори для відкритих абсорбційних систем. // Збірник наукових праць "Обладнання та технології харчових виробництв", Донецьк, Донецький державний університет економіки і торгівлі ім.М. Туган-Барановського. - Вип.13. - т.2. - 8-9 вересня 2005 року. - с.103-110.

Особистий внесок здобувача: Розробка конструкції сонячного регенератора

3. Корейша О.В., Аль-Гарбі Набіль Мусса. Перспективи використання полімерних матеріалів у сонячних холодильних системах. // Збірник наукових праць "Обладнання та технології харчових виробництв", Донецьк, Донецький державний університет економіки і торгівлі ім.М. Туган-Барановського. - Вип.13. - т.2, 8-9 вересня 2005 року. - с.46-55.

Особистий внесок: Розробка схемних рішень сонячних холодильних систем та виконання расчетів

4. Дорошенко А.В., Аль-Гарби Набиль Муса. Горин А.Н., Солнечные СКВ с прямой регенерацией абсорбента. // Холодильна техніка і технологія. - №5 (97). - 2005. - с.51-55 (перепечатано в журнале "Холодильная техника", №2, 2006, стр.52-56, Россия).

Особистий внесок здобувача: розробка схемних рішень для сонячного коллектора та всіеї системи, виконання расчетів сонячної СКП

Умовні позначення