Підвищення енергетичної ефективності систем отримання води з атмосферного повітря

Автор(и)

  • Наталія Олександрівна Біленко Одеська національна академія харчових технологій, Україна https://orcid.org/0000-0002-6164-7954
  • Олександр Сергійович Тітлов Одеська національна академія харчових технологій, Україна https://orcid.org/0000-0003-1908-5713

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.229545

Ключові слова:

вода з атмосферного повітря, холодильні машини, абсорбція холодильні агрегати, сонячна енергія

Анотація

Для часткового скорочення дефіциту води в посушливих регіонах планети показана перспектива отримання води з атмосферного повітря методом охолодження до температури точки роси за допомогою холодильних машин. Для мінімізації енерговитрат в системах отримання води з атмосферного повітря запропоновано використовувати сонячну енергію, а в якості джерела штучного холоду – холодильні абсорбційні агрегати (АХА).

Проведено аналіз характерних термодинамічних процесів модернізованого АХА, здатного працювати при знижених, у порівнянні з аналогами, температурах джерела теплової енергії. Вивчено можливість зниження рівня температур джерела тепла за рахунок включення до складу схема АХА випарника розчинів. При аналізі був використаний оригінальний метод, заснований на балансі питомих потоків компонентів робочого тіла АХА і реальних граничних умовах в характерних точках циклу. Було показано обмеження за рівнем мінімальних температур кипіння в генераторі АХА (від 90 °С) при роботі в актуальних кліматичних умовах систем отримання води з атмосферного повітря.

Проведено моделювання процесів тепломасообміну при контактній взаємодії парогазової суміші і водоаміачного розчину.

На основі варіантних розрахунків показано, що запропонована конструкція АХА з адіабатних випарником розчину може працювати в складі систем отримання води з атмосферного повітря при температурах гарячого джерела від 100 °С і цілком конструктивно вписується в елементну базу типових моделей.

Запропоновано використовувати два типи джерела сонячної теплової енергії для роботи АХА. У тропічному кліматі – з вакуумними сонячними колекторами або концентраторами сонячної енергії, а в зоні помірного клімату – з сонячними колекторами з водою в якості теплоносія

Біографії авторів

Наталія Олександрівна Біленко, Одеська національна академія харчових технологій

Аспірантка

Кафедра нафтогазових технологій, інженерії та теплоенергетики

Олександр Сергійович Тітлов, Одеська національна академія харчових технологій

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра нафтогазових технологій, інженерії та теплоенергетики

Посилання

  1. Mehanizm «OON – vodnye resursy». Mezhdunarodnoe desyatiletie deystviy «Voda dlya zhizni», 2005-2015 gody. Available at: http://www.un.org/ru/waterforlifedecade/unwater.shtml
  2. Thimmaraju, M., Sreepada, D., Babu, G. S., Dasari, B. K., Velpula, S. K., Vallepu, N. (2018). Desalination of Water. Desalination and Water Treatment. doi: https://doi.org/10.5772/intechopen.78659
  3. Al' Maytami Valid Abdulvahid Mohammed, Frumin, G. T. (2007). Directions of perfection of water supply in the countries of the arabian peninsula. Modern problems of science and education, 6, 13–17. Available at: https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=769
  4. Salehi, A. A., Ghannadi-Maragheh, M., Torab-Mostaedi, M., Torkaman, R., Asadollahzadeh, M. (2020). A review on the water-energy nexus for drinking water production from humid air. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 120, 109627. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109627
  5. Al' Maytami Valid Abdulvahid Mohammed, Frumin, G. T. (2008). Ecologically safe technologies of water supply in the countries of arabian peninsula. Modern problems of science and education, 3, 111–115. Available at: https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=764
  6. Tu, Y., Wang, R., Zhang, Y., Wang, J. (2018). Progress and Expectation of Atmospheric Water Harvesting. Joule, 2 (8), 1452–1475. doi: https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.07.015
  7. Srivastava, S., Yadav, A. (2018). Water generation from atmospheric air by using composite desiccant material through fixed focus concentrating solar thermal power. Solar Energy, 169, 302–315. doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.03.089
  8. Zolfagharkhani, S., Zamen, M., Shahmardan, M. M. (2018). Thermodynamic analysis and evaluation of a gas compression refrigeration cycle for fresh water production from atmospheric air. Energy Conversion and Management, 170, 97–107. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.05.016
  9. The European Solar Thermal Industry Federation (ESTIF). Available at: http://www.estif.org/
  10. Thermal solar line. Rotartica, air conditioning appliances: Solar Line, single effect 4,5kW. Available at: http://andyschroder.com/static/pdf/Rotartica/Rotartica_Product_Description.pdf
  11. Perel'shteyn, B. H. (2008). Novye energeticheskie sistemy. Kazan': Izd-vo Kazan. gos. tehn. un-ta, 208.
  12. Vasyliv, O. B., Kovalenko, O. O. (2009). Struktura ta shliakhy ratsionalnoho vykorystannia vody na kharchovykh pidpryiemstvakh. Naukovi pratsi ONAKhT, 35, 54–58.
  13. Elsheniti, M. B., Elsamni, O. A., Al-dadah Raya K., Mahmoud, S., Elsayed, E., Saleh, K. (2018). Adsorption Refrigeration Technologies. Sustainable Air Conditioning Systems. doi: https://doi.org/10.5772/intechopen.73167
  14. Vasyliv, O. B., Titlov, O. S., Osadchuk, Ye. O. (2015). Pat. No. 100195 UA. Sposib oderzhannia vody z atmosfernoho povitria. No. u201501512; declareted: 20.02.2015; published: 10.07.2015, Bul. No. 13. Available at: https://uapatents.com/7-100195-sposib-oderzhannya-vodi-z-atmosfernogo-povitrya.html
  15. Busso, A., Franco, J., Sogari, N., Cáceres, M. (2011). Attempt of integration of a small commercial ammonia-water absorption refrigerator with a solar concentrator: Experience and results. International Journal of Refrigeration, 34 (8), 1760–1775. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2011.07.004
  16. Gutiérrez, F. (1988). Behavior of a household absorption-diffusion refrigerator adapted to autonomous solar operation. Solar Energy, 40 (1), 17–23. doi: https://doi.org/10.1016/0038-092x(88)90067-9
  17. Osadchuk, E. A., Titlov, A. S., Mazurenko, S. Yu. (2014). Determination of power efficient operating conditions of absorption water-ammonia refrigerating machine in the systems for obtaining water from atmospheric air. Refrigerating and accompanying technologies, 50 (4), 54–57. doi: https://doi.org/10.15673/0453-8307.4/2014.28054
  18. Osadchuk, E., Titlov, A., Kuzakon, V., Shlapak, G. (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: https://doi.org/10.15587/2312-8372.2015.44139
  19. Osadchuk, E. A., Titlov, A. S., Vasyliv, O. B., Mazurenko, S. Yu. (2014). Poisk energeticheski effektivnostivnyh rezhimov raboty absorbtsionnoy vodoammiachnoy holodil'noy mashiny v sistemah polucheniya vody iz atmosfernogo vozduha. Naukovi pratsi ONAKhT, 1 (45), 65–69.
  20. Gerhard, K. (1999). Pat. No. 57849 UA. Absorption cooling machine. No. 2001031479; declareted: 03.09.1999; published: 15.07.2003, Bul. No. 7. Available at: https://uapatents.com/7-57849-absorbcijjna-kholodilna-mashina.html
  21. Natural Refrigerants. Available at: https://www.linde-gas.com/en/products_and_supply/refrigerants/natural_refrigerants/index.html
  22. Hobin, V. A., Titlova, O. A. (2014). Energoeffektivnoe upravlenie absorbtsionnymi holodil'nikami. Kherson: Grin' D.S., 216.
  23. Tiukhai, D. S. (1999). Poshuk enerhozberihaiuchykh rezhymiv roboty absorbtsiyne-dyfuziynoi tekhniky na bazi unifikovanoi ADKhM. Naukovi pratsi ONAKhT, 20, 229–234.
  24. Osadchuk, Ye., Titlov, О. (2020). Search for energy efficient modes of systems operation for obtaining water from atmospheric air on the basis of absorption water-ammonia thermal transformers of heat and solar collectors. Refrigeration Engineering and Technology, 56 (3-4), 78–91. doi: https://doi.org/10.15673/ret.v56i3-4.1951
  25. Titlov, A. S. (2008). Povyshenie energeticheskoy effektivnosti absorbtsionnyh holodil'nyh priborov. Naukovі pratsі ONAHT, 1 (34), 295–303.
  26. Ishchenko, I. M., Titlov, O. S. (2018). Improvement of regime parameters of water-absorbing ammonia refrigeration units operating in a wide range of ambient temperatures. Refrigeration Engineering and Technology, 54 (3), 10–20. doi: https://doi.org/10.15673/ret.v54i3.1096
  27. Galimova, L. I. (1997). Absorbtsionnye holodil'nye mashiny i teplovye nasosy. Astrahan', 226.
  28. Ischenko, I. N. (2010). Modelirovanie tsiklov nasosnyh i beznasosnyh absorbtsionnyh holodil'nyh agregatov. Naukovi pratsi ONAKhT, 2 (38), 393–405.
  29. Morozyuk, T. V. (2006). Teoriya holodil'nyh mashin i teplovyh nasosov. Odessa: Studiya «Negotsiant», 712.
  30. Mazouz, S., Mansouri, R., Bellagi, A. (2014). Experimental and thermodynamic investigation of an ammonia/water diffusion absorption machine. International Journal of Refrigeration, 45, 83–91. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2014.06.002
  31. Jemaa, R. B., Mansouri, R., Boukholda, I., Bellagi, A. (2016). Experimental investigation and exergy analysis of a triple fluid vapor absorption refrigerator. Energy Conversion and Management, 124, 84–91. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.07.008
  32. Mansouri, R., Bourouis, M., Bellagi, A. (2017). Experimental investigations and modelling of a small capacity diffusion-absorption refrigerator in dynamic mode. Applied Thermal Engineering, 113, 653–662. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.11.078
  33. Yıldız, A., Ersöz, M. A. (2013). Energy and exergy analyses of the diffusion absorption refrigeration system. Energy, 60, 407–415. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.07.062
  34. Ben Jemaa, R., Mansouri, R., Boukholda, I., Bellagi, A. (2017). Experimental characterization and performance study of an ammonia–water–hydrogen refrigerator. International Journal of Hydrogen Energy, 42 (13), 8594–8601. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.06.150
  35. Taieb, A., Mejbri, K., Bellagi, A. (2016). Detailed thermodynamic analysis of a diffusion-absorption refrigeration cycle. Energy, 115, 418–434. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.09.002
  36. Ersöz, M. A. (2015). Investigation the effects of different heat inputs supplied to the generator on the energy performance in diffusion absorption refrigeration systems. International Journal of Refrigeration, 54, 10–21. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.02.013
  37. Jelinek, M., Levy, A., Borde, I. (2016). The influence of the evaporator inlet conditions on the performance of a diffusion absorption refrigeration cycle. Applied Thermal Engineering, 99, 979–987. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.01.152
  38. Srikhirin, P., Aphornratana, S. (2002). Investigation of a diffusion absorption refrigerator. Applied Thermal Engineering, 22 (11), 1181–1193. doi: https://doi.org/10.1016/s1359-4311(02)00049-2
  39. Bogdanov, S. N., Burtsev, S. I., Ivanov, O. P., Kupriyanova, A. V. (1999). Holodil'naya tehnika. Konditsionirovanie vozduha. Svoystva veschestv. Sankt-Peterburg: SPbGAHPT (Sankt-Peterburgskaya gosudarstvennaya akademiya holoda i pischevyh tehnologiy), 320.
  40. Osadchuk, E. A., Titlov, A. S. (2011). Analiticheskie zavisimosti dlya rascheta termodinamicheskih parametrov i teplofizicheskih svoystv vodoammiachnogo rastvora. Naukovi pratsi ONAKhT, 1 (39), 178–182.
  41. Titlov, A. S., Vasylsv, O. B., Adambaev, D. B. (2018). Modeling of the manual non-stopped current modes of the liquid phase of the working body in the elements of absorption refrigerating devices. Refrigeration Engineering and Technology, 54 (3), 21–32. doi: https://doi.org/10.15673/ret.v54i3.1108
  42. Osipov, Yu. V., Tret'yakov, N. P., Nekrasov, N. N. (1971). Teplo- i massoobmen pri absorbtsii ammiaka vodoammiachnym rastvorom iz vodoammiachnoy smesi. Holodil'naya tehnika, 9, 47–50.
  43. Du, S., Wang, R. Z., Lin, P., Xu, Z. Z., Pan, Q. W., Xu, S. C. (2012). Experimental studies on an air-cooled two-stage NH 3 -H 2 O solar absorption air-conditioning prototype. Energy, 45 (1), 581–587. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.07.041
  44. Galimova, L. V., Vedeneeva, A. I. (2014). Scientific and practical foundations of removal of application to serving absorption water-ammonia chiller. Nauchniy zhurnal NIU ITMO. Seriya «Holodil'naya tehnika i konditsionirovanie», 1. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/nauchno-prakticheskie-osnovy-protsessa-absorbtsii-s-primeneniem-k-deystvuyuschey-absorbtsionnoy-vodoammiachnoy-holodilnoy-mashiny
  45. Kaynakli, O., Yamankaradeniz, R. (2007). Thermodynamic analysis of absorption refrigeration system based on entropy generation. Current Science, 92 (4), 472–479.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-04-30

Як цитувати

Біленко, Н. О., & Тітлов, О. С. (2021). Підвищення енергетичної ефективності систем отримання води з атмосферного повітря. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(8 (110), 31–40. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.229545

Номер

Том 2 № 8 (110) (2021): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Наталья Александровна Биленко, Александр Сергеевич Титлов

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.