Підвищення енергетичної ефективності холодильної установки за рахунок радіаційного відведення теплоти конденсації
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.251834Ключові слова:
радіаційне охолодження, енергетична ефективність, зниження тиску конденсації, холодильна машинаАнотація
У регіонах з континентальним кліматом у літню пору холодильні машини з конденсаторами повітряного охолодження працюють при підвищених тисках конденсації, що знижує їх ефективність та прискорює знос компресорів. Для зниження тиску конденсації пропонується використовувати радіаційне охолодження, яке є способом відведення теплоти через атмосферу планети в космічний простір у вигляді інфрачервоного випромінювання. Розроблено холодильну установку з вузлом відведення теплоти конденсації, що складається з послідовно-з'єднаних конденсаторів повітряного та рідинного охолодження. Вдень при високих температурах атмосферного повітря для зниження температури конденсації в конденсатор рідинного охолодження подається попередньо-охолоджений теплоносій. Теплоносій охолоджується вночі за рахунок радіаційного охолодження.
Проведено експериментальне дослідження роботи холодильної установки на холодоагенті R134a з герметичним поршневим компресором продуктивністю 600 Вт. При температурі атмосферного повітря +38.0 °С подача попередньо-охолодженого теплоносія з температурою +33.1 °С забезпечила зниження температури конденсації з +47.0 до +39.1 °С. Ступінь підвищення тиску знизився на 30 %. Вдень холодильний коефіцієнт підвищився на 11 %. Енергоспоживання системи за добу практично не змінилося порівняно зі стандартною схемою з конденсатором повітряного охолодження.
Пропонована схема відведення теплоти конденсації знижує тиск конденсації, забезпечує стабільність роботи холодильної установки. Її можна використовувати в стаціонарних холодильних установках за високих денних температур атмосферного повітря.
Посилання
- Wang, S. K. (2001). Handbook of air conditioning and refrigeration. McGraw-Hill. Available at: https://gmpua.com/CleanRoom/HVAC/Cooling/Handbook%20of%20Air%20Conditioning%20and%20Refrigeration.pdf
- Kurylev, E. S., Gerasimov, N. A. (1980). Holodil'nye ustanovki. Leningrad: Mashinostroenie, 622. Available at: https://www.twirpx.com/file/1835600/
- Fugmann, H., Nienborg, B., Trommler, G., Dalibard, A., Schnabel, L. (2015). Performance Evaluation of Air-Based Heat Rejection Systems. Energies, 8 (2), 714–741. doi: https://doi.org/10.3390/en8020714
- Xiao, L., Ge, Z., Yang, L., Du, X. (2018). Numerical study on performance improvement of air-cooled condenser by water spray cooling. International Journal of Heat and Mass Transfer, 125, 1028–1042. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.05.006
- Zhao, B., Hu, M., Ao, X., Chen, N., Pei, G. (2019). Radiative cooling: A review of fundamentals, materials, applications, and prospects. Applied Energy, 236, 489–513. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.12.018
- Hossain, M. M., Gu, M. (2016). Radiative Cooling: Principles, Progress, and Potentials. Advanced Science, 3 (7), 1500360. doi: https://doi.org/10.1002/advs.201500360
- Samuel, D. G. L., Nagendra, S. M. S., Maiya, M. P. (2013). Passive alternatives to mechanical air conditioning of building: A review. Building and Environment, 66, 54–64. doi: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2013.04.016
- Ahmad, M. I., Jarimi, H., Riffat, S. (2019). Nocturnal Cooling Technology for Building Applications. SpringerBriefs in Applied Sciences and Technology. doi: https://doi.org/10.1007/978-981-13-5835-7
- Van der Sluis, S. M., Oostendorp, P. A., Hendriksen, L. J. A. M. (2006). Refrigeration or cooling system. WO/2006/054897 A1. Available at: https://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=WO2006054897
- Liu, J., Zhou, Z., Zhang, J., Feng, W., Zuo, J. (2019). Advances and challenges in commercializing radiative cooling. Materials Today Physics, 11, 100161. doi: https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2019.100161
- Goldstein, E. A., Raman, A. P., Fan, S. (2017). Sub-ambient non-evaporative fluid cooling with the sky. Nature Energy, 2 (9). doi: https://doi.org/10.1038/nenergy.2017.143
- Goldstein, E. A., Nasuta, D., Li, S., Martin, C., Raman, A. (2018). Free Subcooling with the Sky: Improving the efficiency of air conditioning systems. 17th International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue, 2293. Available at: https://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2912&context=iracc
- Raman, A. P., Anoma, M. A., Zhu, L., Rephaeli, E., Fan, S. (2014). Passive radiative cooling below ambient air temperature under direct sunlight. Nature, 515 (7528), 540–544. doi: https://doi.org/10.1038/nature13883
- Aili, A., Zhao, D., Lu, J., Zhai, Y., Yin, X., Tan, G., Yang, R. (2019). A kW-scale, 24-hour continuously operational, radiative sky cooling system: Experimental demonstration and predictive modeling. Energy Conversion and Management, 186, 586–596. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.03.006
- Zhao, D., Aili, A., Zhai, Y., Lu, J., Kidd, D., Tan, G. et. al. (2019). Subambient Cooling of Water: Toward Real-World Applications of Daytime Radiative Cooling. Joule, 3 (1), 111–123. doi: https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.10.006
- Maslov, O. S., Nikishin, V. V., Kozhemyachenko, A. V., Lemeshko, M. A. (2017). Issledovaniya vliyaniya ekspluatatsionnyh faktorov na teploenergeticheskie harakteristiki malyh holodil'nyh mashin. Innovatsionnye tekhnologii v obrazovanii i nauke: Sbornik materialov III Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Cheboksary, 234–242. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32266338
- Meir, M. G., Rekstad, J. B., LØvvik, O. M. (2002). A study of a polymer-based radiative cooling system. Solar Energy, 73 (6), 403–417. doi: https://doi.org/10.1016/s0038-092x(03)00019-7
- Tsoy, A. P., Granovskiy, A. S., Jamasheva, R. A. (2021). Methodology for determining of the main characteristics of a refrigeration system with condensation heat removal by radiative cooling. The Journal of Almaty Technological University, 3, 34–41. doi: https://doi.org/10.48184/2304-568x-2021-3-34-41
- Tsoy, A. P., Granovsky, A. S., Tsoy, D. A. (2020). Modelling of the operation of a refrigeration unit using radiative cooling to maintain the storage temperature in the cold room. MATEC Web of Conferences, 324, 02006. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/202032402006
- Tsoy, A. P., Granovskiy, A. S., Tsoy, D. A., Baranenko, A. V. (2019). Simulation of radiation cooling system for air conditioning. Journal International Academy of Refrigeration, 3, 3–14. doi: https://doi.org/10.17586/1606-4313-2019-18-3-3-14
- Golaka, A. R. T., Exell, R. H. B. (2003). Night radiative cooling and underground water storage in a hot humid climate: a preliminary investigation. Proceedings of the 2nd Regional Conference on Energy Technology Towards a Clean Environment. Phuket. Available at: https://www.researchgate.net/profile/Auttapol-Golaka/publication/267299862_3-012_O_Night_radiative_cooling_and_underground_water_storage_in_a_hot_humid_climate_a_preliminary_investigation/links/5504638c0cf24cee39ffcbbd/3-012-O-Night-radiative-cooling-and-underground-water-storage-in-a-hot-humid-climate-a-preliminary-investigation.pdf
- Houghton, D. (2006). Radiant Night-Sky Heat Rejection and Radiant Cooling Distribution for a Small Commercial Building. ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Buildings, 139–147. Available at: https://www.aceee.org/files/proceedings/2006/data/papers/SS06_Panel3_Paper12.pdf
- Coolselector®2. Danfoss. Available at: https://www.danfoss.com/en/service-and-support/downloads/dcs/coolselector-2/
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Alexandr Tsoy, Oleksandr Titlov, Alexandr Granovskiy, Dmitriy Koretskiy, Olga Vorobyova, Diana Tsoy, Rita Jamasheva
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.
