Підвищення енергетичної ефективності геліосистем отримання води з атмосферного повітря

Автор(и)

  • Andrey Kholodkov Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0001-9412-8598
  • Eugeniy Osadchuk Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-8955-2041
  • Alexandr Titlov Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0003-1908-5713
  • Irina Boshkova Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0001-5989-9223
  • Nataliya Zhihareva Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-2643-6908

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133643

Ключові слова:

системи отримання води, атмосферне повітря, точка роси, сонячні абсорбція холодильні агрегати

Анотація

Обговорено проблеми усунення дефіциту води в посушливих регіонах планети і виконаний аналіз сучасних систем отримання води. Показані перспективи отримання води безпосередньо з атмосферного повітря при охолодженні його нижче точки роси за допомогою холодильних агрегатів.

Як холодильні агрегати в районах з надлишком сонячної енергії запропоновано застосовувати системи охолодження абсорбційного типу з водоаміачних розчином як робоче тіло (АВХА). Відзначено, що широке застосування АВХА в системах отримання води з атмосферного повітря ускладнено через невисокі енергетичні характеристики тепловикористовуючого холодильного циклу, причому основні проблеми пов'язані з нерозрахованими втратами холодильного агенту (аміаку) на етапі транспортування по дефлегматора АВХА. Особливо помітний цей внесок при експлуатації АВХА в широкому діапазоні температур зовнішнього повітря.

Для пошуку методів усунення транспортних втрат аміаку було виконано моделювання процесів тепломасообміну підйомної ділянки дефлегматора АВХА. В основі модельних уявлень лежали рівняння балансів тепла і маси, а при моделюванні враховувалося опір процесу дифузії при радіальному русі парового потоку до стінки дефлегматора. Попередній аналіз термічного опору плівки флегми показав її малий внесок у сумарне опір і в подальшому не враховувався.

В результаті моделювання виявлено значну (до 36 °С) різницю температур між потоком всередині дефлегматора і його стінкою. Результати моделювання підтверджені в процесі експериментальних досліджень серійного АВХА українського виробництва.

Отримані результати дозволили запропонувати оригінальну конструкцію теплоізоляційного кожуха дефлегматора АВХА із змінним термічним опором при відповідній зміні температури зовнішнього повітря. Це дозволило підвищити енергетичну ефективність від 18 до 36 % і продуктивність систем отримання води з атмосферного повітря

Біографії авторів

Andrey Kholodkov, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Аспірант

Кафедра теплоенергетики та трубопровідного транспорту енергоносіїв

Eugeniy Osadchuk, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Старший викладач

Кафедра вищої математики

Alexandr Titlov, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра теплоенергетики та трубопровідного транспорту енергоносіїв

Irina Boshkova, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра теплоенергетики та трубопровідного транспорту енергоносіїв

Nataliya Zhihareva, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра холодильних установок і кондиціювання повітря

Посилання

  1. A new global partnership: eradicate poverty and transform economies through sustainable development. The Report of the High-Level Panel of Eminent Persons on the Post-2015 Development Agenda. Available at: https://sustainabledevelopment.un.org/index.php?page=view&type=400&nr=893&menu=1561
  2. Mezhdunarodnoe desyatiletie deystviy «Voda dlya zhizni», 2005–2015 gody. Mekhanizm «OON – vodnye resursy». Available at: http://www.un.org/ru/waterforlifedecade/background.shtml
  3. Santilli, R. (2006). A new gaseous and combustible form of water. International Journal of Hydrogen Energy, 31 (9), 1113–1128. doi: 10.1016/j.ijhydene.2005.11.006
  4. Dukhin, S. S., Mishchuk, N. A. (1993). Intensification of electrodialysis based on electroosmosis of the second kind. Journal of Membrane Science, 79 (2-3), 199–210. doi: 10.1016/0376-7388(93)85116-e
  5. Schmoldt, H., Strathmann, H., Kaschemekat, J. (1981). Desalination of sea water by an electrodialysis-reverse osmosis hybrid system. Desalination, 38, 567–582. doi: 10.1016/s0011-9164(00)86100-7
  6. Selvey, C., Reiss, H. (1985). Ion transport in inhomogeneous ion exchange membranes. Journal of Membrane Science, 23 (1), 11–27. doi: 10.1016/s0376-7388(00)83131-2
  7. Forbes, R. J. (1970). A short history of the art of distillation: from the beginnings up to the death of Cellier Blumenthal. BRILL, 405.
  8. Perry, R. H. (Ed.) (1984). Perry's Chemical Engineers' Handbook. McGraw-Hill, 2240.
  9. Al' Maytami Valid Abdulvahid Mohammed, Frumin, G. T. (2007). Napravleniya sovershenstvovaniya vodoobespecheniya v stranah araviyskogo poluostrova. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya, 6, 13–17.
  10. Al' Maytami Valid Abdulvahid Mohammed, Frumin, G. T. (2008). Ekologicheski bezopasnye tekhnologii vodoobespecheniya v stranah araviyskogo poluostrova. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya, 3, 111–115.
  11. Alekseev, V. V., Chekarev, K. V. (1996). Poluchenie presnoy vody iz vlazhnogo vozduha. Aridnye ekosistemy, 2 (2-3).
  12. Perel'shteyn, B. H. (2008). Novye energeticheskie sistemy. Kazan': Izd-vo Kazan. gos. tekhn. un-ta, 244.
  13. The European Solar Thermal Industry Federation (ESTIF). Available at: http://www.estif.org
  14. Vasyliv, O. B., Kovalenko, O. O. (2009). Struktura ta shliakhy ratsionalnoho vykorystannia vody na kharchovykh pidpryiemstvakh. Naukovi pratsi ONAKhT, 35, 54–58.
  15. Osadchuk, E. A., Titlov, A. S., Kuzakon', V. M., Shlapak, G. V. (2015). Development of schemes of pump and gasoline-pump absorption water-ammonia refrigeration machines to work in a system of water production from the air. Technology audit and production reserves, 3 (3 (23)), 30–37. doi: 10.15587/2312-8372.2015.44139
  16. Titlov, O., Baidak, Yu., Khmelnyuk, M. (2015). Optimizing Nh3-H2o Absorption System To Produce Water From Ambient Air. Applied Science Reports, 10 (2). doi: 10.15192/pscp.asr.2015.10.2.9099
  17. Titlov, O. S., Vasyliv, O. B., Kuzakon, V. M., Osadchuk, Ye. O. (2015). Pat. No. 104854 UA. Sposib oderzhannia vody z atmosfernoho povitria. MPK: F25B 15/10, E03B 3/28. No. 201507386; declareted: 23.07.2015; published: 25.02.2016, Bul. No. 4.
  18. Titlov, O. S., Vasyliv, O. B., Osadchuk, Ye. O. (2015). Pat. No. 100195 UA. Sposib oderzhannia vody z atmosfernoho povitria. MPK: F25B 15/00, E03B 3/28. No. u201501512; declareted: 20.02.2015; published: 10.07.2015, Bul. No. 9.
  19. Doroshenko, A. V., Kholpanov, L. P., Kvurt, Y. P. (2009). Alternative Refrigerating, Heat-Pumping and Air-Conditioning Systems on the Basis of the Open Absorption Cycle and Solar Energy. Nova Science Publishers, 210.
  20. Absorption Cooling Basics. Available at: https://www.energy.gov/
  21. Morozyuk, L. I. (2014). Teploispol'zuyushchie holodil'nye mashiny – puti razvitiya i sovershenstvovaniya // Kholodylna tekhnika ta tekhnolohiya, 5, 23–29. doi: 10.15673/0453-8307.5/2014.28695
  22. Norcold Inc. Refrigerators. Available at: http://www.norcold.com
  23. Titlov, A. S. (2006). Nauchno-tekhnicheskie osnovy energosberezheniya pri proektirovanii holodil'nyh apparatov s absorbcionno-diffuzionnymi holodil'nymi mashinami. Naukovi pratsi Odeskoiyi natsionalnoiyi akademiyi kharchovykh tekhnolohiy, 29, 194–200.
  24. Rodríguez-Muñoz, J. L., Belman-Flores, J. M. (2014). Review of diffusion–absorption refrigeration technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 30, 145–153. doi: 10.1016/j.rser.2013.09.019
  25. Kholodkov, A., Titlov, A. (2017). Modeling of thermal modes of the reflux condenser of the absorption refrigeration unit. EUREKA: Physics and Engineering, 3, 31–40. doi: 10.21303/2461-4262.2017.00358
  26. Babakin, B. S., Vygodin, V. A. (2005). Bytovye holodil'niki i morozil'niki. Ryazan': Uzorech'e, 860.
  27. Mirmov, I. N. (2011). Ispol'zovanie solnechnoy energii i vtorichnyh istochnikov teploty dlya polucheniya holoda. Holodil'naya tekhnika, 9, 44–49.
  28. El-Shaarawi, M. A. I., Said, S. A. M., Siddiqui, M. U. (2014). Comparative analysis between constant pressure and constant temperature absorption processes for an intermittent solar refrigerator. International Journal of Refrigeration, 41, 103–112. doi: 10.1016/j.ijrefrig.2013.12.019
  29. Yildiz, A., Ersöz, M. A., Gözmen, B. (2014). Effect of insulation on the energy and exergy performances in Diffusion Absorption Refrigeration (DAR) systems. International Journal of Refrigeration, 44, 161–167. doi: 10.1016/j.ijrefrig.2014.04.021
  30. Wang, Q., Gong, L., Wang, J. P., Sun, T. F., Cui, K., Chen, G. M. (2011). A numerical investigation of a diffusion absorption refrigerator operating with the binary refrigerant for low temperature applications. Applied Thermal Engineering, 31 (10), 1763–1769. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2011.02.021
  31. Hassan, H. Z., Mohamad, A. A. (2012). A review on solar cold production through absorption technology. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16 (7), 5331–5348. doi: 10.1016/j.rser.2012.04.049
  32. Acuña, A., Velázquez, N., Cerezo, J. (2013). Energy analysis of a diffusion absorption cooling system using lithium nitrate, sodium thiocyanate and water as absorbent substances and ammonia as the refrigerant. Applied Thermal Engineering, 51 (1-2), 1273–1281. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2012.10.046
  33. Long, Z., Luo, Y., Li, H., Bu, X., Ma, W. (2013). Performance analysis of a diffusion absorption refrigeration cycle working with TFE–TEGDME mixture. Energy and Buildings, 58, 86–92. doi: 10.1016/j.enbuild.2012.12.003
  34. Sathyabhama, A., Ashok, B. (2008). Thermodynamic simulation of ammonia-water absorption refrigeration system. Thermal Science, 12 (3), 45–53. doi: 10.2298/tsci0803045s
  35. Sözen, A., Menlik, T., Özbaş, E. (2012). The effect of ejector on the performance of diffusion absorption refrigeration systems: An experimental study. Applied Thermal Engineering, 33-34, 44–53. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2011.09.009
  36. Bogdanov, S. N. et. al. (1999). Svoystva veshchestv. Holodil'naya tekhnika: spravochnik. Sankt-Peterburg: SPbGAHPT, 320.
  37. Osadchuk, E. A., Kirillov, V. H. (2017). Matematicheskoe modelirovanie rabochih rezhimov deflegmatora absorbcionnogo vodoammiachnogo holodil'nogo agregata v sistemah polucheniya vody iz atmosfernogo vozduha s ispol'zovaniem solnechnoy energii. Kholodylnaia tekhnika ta tekhnolohiya, 53 (1). doi: 10.15673/ret.v53i1.534
  38. Titlov, A. S. (2011). Energosberegayushchee upravlenie rezhimami bytovyh absorbcionnyh holodil'nyh priborov (AHP). Chast' 1. Avtomatyzatsiya tekhnolohichnykh i biznes protsesiv, 5-6, 38–44. doi: 10.15673/2312-3125.5-6/2011.35022
  39. Vasyliv, O. B., Titlov, A. S., Holodkov, A. O. (2017). Modelirovanie teplovyh rezhimov pod'emnogo uchastka deflegmatora bytovogo absorbcionnogo holodil'nogo agregata. Kholodylna tekhnika ta tekhnolohiya, 53 (1). doi: 10.15673/ret.v53i1.535
  40. Holodkov, A. O., Titlov, A. S., Titlova, O. A. (2017). Modelirovanie teplovyh rezhimov deflegmatora bytovogo absorbcionnogo holodil'nogo agregata. Kholodylna tekhnika ta tekhnolohiya, 53 (4). doi: /10.15673/ret.v53i4.703
  41. Kreyt, F., Blek, U. (1983). Osnovy teploperedachi. Moscow: Mir, 512.
  42. Shervud, T., Pigford, R., Uilki, Ch. (1982). Massoperedacha. Moscow: Himiya, 696.
  43. Dul'nev, G. N. (1984). Teplo- i massoobmen v radioelektronnoy apparature. Moscow, 247.
  44. Osadchuk, E. A., Titlov, A. S. (2011). Analiticheskie zavisimosti dlya rascheta termodinamicheskih parametrov i teplofizicheskih svoystv vodoammiachnogo rastvora. Naukovi pratsi ONAKhT, 39, 178–182.
  45. DSTU 3023-95 (HOST 30204-95, ISO 5155-83, ISO 7371-85, ISO 8187-91). Prylady kholodylni pobutovi. Ekspluatatsiyni kharakterystyky ta metody vyprobuvan (1996). Kyiv: Derzhstandart Ukrainy, 22.
  46. Titlova, O. A., Titlov, A. S. (2011). Analiz vliyaniya teplovoy moshchnosti, podvodimoy v generatore absorbcionnogo holodil'nogo agregata, na rezhimy raboty i energeticheskuyu effektivnost' absorbcionnogo holodil'nogo pribora. Naukovi pratsi ONAKhT, 39, 148–154.
  47. Titlova, O. A., Hobin, V. A. (2014). Energoeffektivnoe upravlenie absorbcionnymi holodil'nikami. Kherson: Grin' D.S., 216.
  48. Doroshenko, A. V., Gorin, A. N., Glauberman, M. A. (2008). Solnechnaya energetika (Teoriya, razrabotka, praktika). Doneck: Nord-Press, 374.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-06-14

Як цитувати

Kholodkov, A., Osadchuk, E., Titlov, A., Boshkova, I., & Zhihareva, N. (2018). Підвищення енергетичної ефективності геліосистем отримання води з атмосферного повітря. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(8 (93), 41–51. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133643

Номер

Том 3 № 8 (93) (2018): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Andrey Kholodkov, Eugeniy Osadchuk, Alexandr Titlov, Irina Boshkova, Nataliya Zhihareva

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.