Дослідження нових схем локального тепло- та холодопостачання на основі циклу Майсоценка

Автор(и)

  • Oleh Stupak Інститут технічної теплофізики НАН України вул. Марії Капніст, 2а, м. Київ, Україна, 03057, Україна https://orcid.org/0000-0002-8283-3115
  • Artem Khalatov Інститут технічної теплофізики НАН України вул. Марії Капніст, 2а, м. Київ, Україна, 03057 Національний технічний інститут України «Київський політехнічний інститут імені І. Сікорського» Пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-7659-4234
  • Tetiana Donyk Інститут технічної теплофізики НАН України вул. Марії Капніст, 2а, м. Київ, Україна, 03057 Національний технічний інститут України «Київський політехнічний інститут імені І. Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-1476-5560
  • Oksana Shikhabutinova Інститут технічної теплофізики НАН України вул. Марії Капніст, 2а, м. Київ, Україна, 03057 Національний технічний інститут України «Київський політехнічний інститут імені І. Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0001-6184-1258

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205047

Ключові слова:

теплопостачання, повітряне опалення, холодопостачання, тепловий насос, цикл Ренкіна, цикл Майсоценка

Анотація

Головною проблемою комунальної теплоенергетики є значні витрати енергоресурсів при виробництві теплової енергії в зимовий період та кондиціювання – в літній. Тому велике значення набувають енергоефективні системи локального теплопостачання та кліматичні системи тепло- та холодопостачання на основі поновлювальних джерел енергії. В останні роки широке розповсюдження отримали теплові насосі за циклом Ренкіна, які використовують енергію атмосферного повітря, ґрунту, стічних вод, а також системи кондиціювання за циклом Майсоценка з використанням психрометричної енергії оточуючого середовища. Теоретичний аналіз показує, що комбінація цих циклів дозволяє досягнути високої енергоефективності та створити принципово нові системи тепло- та холодопостачання приміщень. В даній роботі представлені результати порівняльного експериментального дослідження двох схем тепло- та холодопостачання, на основі комбінації циклів Майсоценка та Ренкіна. Для експериментального дослідження був розроблений експериментальний стенд комбінованого циклу теплової потужності 28 кВт з потужністю теплового насосу 3 кВт. конструкції стенда використаний серійний тепломасообмінний апарат за М-циклом, виготовлений компанією «Coolerado Corporation», США. Дослідження показали високу енергетичну ефективність обох схем теплопостачання, яка визначалася коефіцієнтом перетворення енергії СОР 6,3–7,21 для першої схеми та 7,44–9,73 – для другої. При кондиціюванні приміщення тепловий насос Ренкіна не використовується, тому затрати енергії йдуть тільки на роботу вентилятора для прокачування повітря через тепломасообмінний апарат М-циклу та систему кондиціювання. Коефіцієнт перетворення енергії в цьому випадку склав величину 10,49–16,32

Біографії авторів

Oleh Stupak, Інститут технічної теплофізики НАН України вул. Марії Капніст, 2а, м. Київ, Україна, 03057

Аспірант, науковий співробітник

Відділ високотемпературної термогазодинаміки

Artem Khalatov, Інститут технічної теплофізики НАН України вул. Марії Капніст, 2а, м. Київ, Україна, 03057 Національний технічний інститут України «Київський політехнічний інститут імені І. Сікорського» Пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Доктор технічних наук, професор, академік НАН України, завідувач відділом

Відділ високотемпературної термогазодинаміки

Завідувач кафедри

Кафедра фізики енергетичних систем ФТІ

Tetiana Donyk, Інститут технічної теплофізики НАН України вул. Марії Капніст, 2а, м. Київ, Україна, 03057 Національний технічний інститут України «Київський політехнічний інститут імені І. Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Відділ високотемпературної термогазодинаміки

Старший викладач

Кафедра фізики енергетичних систем ФТІ

Oksana Shikhabutinova, Інститут технічної теплофізики НАН України вул. Марії Капніст, 2а, м. Київ, Україна, 03057 Національний технічний інститут України «Київський політехнічний інститут імені І. Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Відділ високотемпературної термогазодинаміки

Провідний інженер

Кафедра фізики енергетичних систем ФТІ

Посилання

  1. Svistunov, V. M., Pushnyakov, N. K. (2001). Otoplenie, ventilyatsiya i konditsionirovanie vozdukha obektov agropromyshlennogo kompleksa i zhilischno-kommunal'nogo khozyaystva. Sankt-Peterburg: Politekhnika, 423.
  2. Krasnov, Yu. S. (2006). Sistemy ventilyatsii i konditsionirovaniya. Rekomendatsii po proektirovaniyu dlya proizvodstvennykh i obschestvennykh zdaniy. Moskva: Tekhnosfera, 288.
  3. Kolesnichenko, N. V., Konstantinov, G. E., Dmitrenko, M. A. (2011). Feasibility assessment of using heat pumps in Ukraine. Promyshlennaya teplotekhnika, 33 (5), 67–73.
  4. Bezrodnyi, M. K., Pukhovyi, I. I., Kutra, D. S. (2013). Teplovi nasosy ta yikh vykorystannia. Kyiv: NTUU «KPI», 312.
  5. Tkachenko, S. Y.‚ Ostapenko, O. P. (2009). Parokompresiyni teplonasosni ustanovky v systemakh teplopostachannia. Vinnytsia: VNTU, 175.
  6. Xing, C., ding, Q., Jiang, A., Cheng, W., Zhou, D. (2015). Dynamic Operational Optimization of Air Source Heat Pump Heating System with the Consideration of Energy Saving. IFAC-PapersOnLine, 48 (8), 740–745. doi: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.09.057
  7. Huang, S., Zuo, W., Lu, H., Liang, C., Zhang, X. (2019). Performance comparison of a heating tower heat pump and an air-source heat pump: A comprehensive modeling and simulation study. Energy Conversion and Management, 180, 1039–1054. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.11.050
  8. Hong, W., Hao, J., Wang, J., Teng, D., Jin, X. (2019). Performance analysis of combined cooling heating and power (CCHP) exhaust waste heat coupled air source heat pump system. Building Simulation, 12 (4), 563–571. doi: https://doi.org/10.1007/s12273-019-0520-x
  9. Khaled, M., Ramadan, M. (2016). Heating fresh air by hot exhaust air of HVAC systems. Case Studies in Thermal Engineering, 8, 398–402. doi: https://doi.org/10.1016/j.csite.2016.10.004
  10. Khalatov, A., Karp, I., Isakov, B. (2011). Prospects of the maisotsenko thermodynamic cycle application in Ukraine. International Journal of Energy for a Clean Environment, 12 (2-4), 141–157. doi: https://doi.org/10.1615/interjenercleanenv.2012005916
  11. Zhan, C., Zhao, X., Smith, S., Riffat, S. B. (2011). Numerical study of a M-cycle cross-flow heat exchanger for indirect evaporative cooling. Building and Environment, 46 (3), 657–668. doi: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2010.09.011
  12. Caliskan, H., Hepbasli, A., Dincer, I., Maisotsenko, V. (2011). Thermodynamic performance assessment of a novel air cooling cycle: Maisotsenko cycle. International Journal of Refrigeration, 34 (4), 980–990. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2011.02.001
  13. Maisotsenko, V., Gillan, L. E., Heaton, T. L., Gillan, A. D. (2003). US Pat. No. US6581402B2. Method and plate apparatus for dew point evaporative cooler. No. 09/966,928; declareted: 27.09.2001; published: 24.06.2003. Available at: https://patents.google.com/patent/US6581402B2/en
  14. Kozubal, E., Slayzak, S. (2010). Technical Report: Coolerado 5 Ton RTU Performance – Western Cooling Challenge Results. National Renewable Energy Laboratory. Colorado. Available at: https://www.nrel.gov/docs/fy11osti/46524.pdf
  15. Caliskan, H., Hepbasli, A., Dincer, I., Maisotsenko, V. (2011). Thermodynamic performance assessment of a novel air cooling cycle: Maisotsenko cycle. International Journal of Refrigeration, 34 (4), 980–990. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2011.02.001
  16. Mahmood, M. H., Sultan, M., Miyazaki, T., Koyama, S., Maisotsenko, V. S. (2016). Overview of the Maisotsenko cycle – A way towards dew point evaporative cooling. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 66, 537–555. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.08.022
  17. Kashif, M., Miyazaki, T., Sultan, M., Khan, Z. M., Mahmood, M. H. (2017). Investigation of Maisotsenko Cycle (M-cycle) Air-Conditioning System for Multan(Pakistan). 2017 International Conference on Energy Conservation and Efficiency (ICECE). doi: https://doi.org/10.1109/ece.2017.8248823
  18. Rogdakis, E. D., Koronaki, I. P., Tertipis, D. N. (2014). Experimental and computational evaluation of a Maisotsenko evaporative cooler at Greek climate. Energy and Buildings, 70, 497–506. doi: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.10.013
  19. Terekhov, V. I., Gorbachev, M. V., Khafaji, H. Q. (2016). Evaporative cooling of air in an adiabatic channel with partially wetted zones. Thermophysics and Aeromechanics, 23 (2), 221–230. doi: https://doi.org/10.1134/s0869864316020086
  20. Khalatov, A. A., Stupak, O. S., Hryshchuk, M. S., Halaka, O. I., Zghurovskyi, M. Z., Ilchenko, M. Yu. et. al. (2018). Pat. No. 128732 UA. Systema povitrianoho opalennia. No. u201802342; declareted: 07.03.2018; published: 10.10.2018, Bul. No. 19.
  21. Khalatov, A. A., Stupak, O. S., Grishuk, M. S., Galaka, O. I. (2018). Novel combined thermodynamic cycle. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, (2), 58–64. doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2018.02.058
  22. Khalatov, A. A., Stupak, O. S., Hryshchuk, M. S., Halaka, O. I. (2016). Pat. No. 111096 UA. Systema povitrianoho opalennia. No. u201606295; declareted: 09.06.2016; published: 25.10.2016, Bul. No. 20.
  23. Khalatov, A. A., Stupak, O. S., Hryshchuk, M. S., Halaka, O. I. (2016). Pat. No. 129896 UA. Systema povitrianoho opalennia. No. a201609765; zaiavl. 22.09.2016; opubl. 26.11.2018, Bul. No. 22.
  24. Khalatov, A. A., Stupak, O. S., Hryshchuk, M. S., Halaka, O. I. (2017). Pat. No. 119186 UA. Systema povitrianoho opalennia. No. a201706465; declareted: 23.06.2017; published: 10.05.2019, Bul. No. 9.
  25. DBN V.2.5-67:2013. Opalennia, ventyliatsiya ta kondytsiuvannia (2013). Kyiv, 37–43.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-06-30

Як цитувати

Stupak, O., Khalatov, A., Donyk, T., & Shikhabutinova, O. (2020). Дослідження нових схем локального тепло- та холодопостачання на основі циклу Майсоценка. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(8 (105), 6–14. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205047

Номер

Том 3 № 8 (105) (2020): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Oleh Stupak, Artem Khalatov, Tetiana Donyk, Oksana Shikhabutinova

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.