Search

Background. Air heating in winter in the ambient temperatures range below -5 °С is possible both by the heat of the soil and by the heat of the phase transition of water to ice. Heated air reduces energy consumption in ventilation systems and heat pumps such as air–water and air–air during peak loads on the heating system, which reduces the installed capacity of the heat-generating equipment. Objective. The aim of the paper is determination of the influence of air velocity (flow rate) on the desired length of pipes at a constant value of the diameter of the channel with air, as well as determination of thermal resistances and linear heat flux density with a comparison of the processes of soil cooling and water crystallization. Methods. Air with a temperature below -5 °С is passed through elements of the natural environment for use in ventilation systems, heat pumps, and in the buffer zones of buildings during the frost period. The lower the air temperature, the greater the economic and energy efficiency. Results. The calculated analysis of the effect of air velocity (flow rate) on the required length of pipes embedded in the ground and submerged in water subject to a phase transition of water to ice was carried out. It is shown that the required length of the ground heat exchanger is strongly influenced by the mode of operation (continuous operation without interruptions or operation with interruptions). To heat the air from -10 to -3 °С, depending on the air speed in the ground heat exchangers, the needed length of the pipes should be 1.5–2 times longer because the thermal resistance of the soil is greater than that of ice and the ice thickness is lower than that of the cooled soil, due to the high heat value of water crystallization. At high speeds, the linear density of the heat flux reaches 40–60 W/m2. Conclusions. When placing a channel in the form of a pipe in the ground or in water, it is possible to pre-heat the frosty air during peak loads on heating systems, which makes it possible to reduce the installed power of the heat-generating equipment. The technology of water freezing during air heating has significant advantages, especially when operating in annual mode.

Проблематика. Бурульки можуть використовуватись для отримання й акумулювання льоду з використанням природного і штучного холоду. При льодоутворенні можливо використовувати теплоту фазового переходу (вода–лід) r0 = 334 кДж/кг у системах вентиляції та теплонасосних системах опалення і гарячого водопостачання, які сприяють економії енергії і дають змогу відмовитися від використання природного газу, розширити зону застосування теплових насосів на країни з морозними зимами, а також зменшити встановлену потужність теплогенеруючого обладнання. Для кристалізаторів-підігрівачів повітря важливо знати допустиму відстань між сусідніми лінійними насадками, що забезпечує прохід повітря без зрощення сусідніх рядів і відстань між ярусами лінійних насадок, яка залежить від довжини бурульок. Мета дослідження. Дослідити експериментально процеси утворення льоду в конгломератах бурульок на горизонтальних трубних насадках. Отримати математичні залежності для визначення швидкості росту конгломератів бурульок у довжину та швидкості зростання крижаних оболонок навколо насадок у поперечному напрямку за постійної поверхневої густини зрошення форсункою залежно від часу льодоутворення. Методика реалізації. Морозне повітря з температурою нижче 0 °С підігрівається теплотою кристалізації води, що диспергована форсункою. Вода, потрапляючи на горизонтальні насадки, перетворюється на лід, формуючи конгломерати з бурульок. Чим нижча температура довкілля, тим більший економічний і енергетичний ефект при підігріванні повітря перед випарниками теплових насосів і калориферами систем вентиляції. Накопичений лід може бути використаний у цілях холодопостачання влітку, що збільшить економічний ефект. Результати дослідження. Швидкість росту бурульок у довжину – це відношення середньої довжини бурульок на трубі до часу їх формування. Згідно з отриманими експериментальними даними, швидкість росту бурульки в довжину за постійної витрати води форсункою майже не залежить від діаметра труби та матеріалу, з якого вона виготовлена. В той же час температура зовнішнього повітря значно впливає на швидкість росту бурульок у довжину. Процес росту бурульки в довжину відбувається зі зниженням швидкості росту її по довжині за постійної подачі води. Зі збільшенням діаметра трубної насадки швидкість зростання льоду на насадці по радіусу, перпендикулярному до осі труби в сторону сусідніх насадок, збільшується. Це пов’язано з кращим переохолодженням води, яка на трубі більшого діаметра долає більший шлях до горизонтальної площини, що проходить через центр труби. Висновки. Вивчено закономірності зростання бурульок на стендах із різними насадками і способами їх зрошення. Отримані результати дають змогу розраховувати відстань між горизонтальними насадками для попередження блокування льодом проходу повітря і відстань між ярусами насадок, що забезпечує мінімальну відстань між ярусами бурульок перед видаленням їх із насадок.

Проблематика. Підігрівання повітря взимку в діапазоні температур довкілля нижче -5 °С можливе теплотою фазового переходу води в лід. Підігріте повітря зменшує витрату енергії в системах вентиляції, в теплових насосах типу повітря–вода і повітря–повітря та в котлах і печах для горіння палива, в період пікових навантажень на системи теплопостачання, що дає можливість зменшити установлену потужність теплогенеруючого обладнання і економити традиційну енергію. Мета дослідження. Експериментальні дослідження і комп’ютерне моделювання технології отримання льодяних труб із внутрішнім та зовнішнім оребренням методом дискретного накладання теплоізоляції для одержання поперечних і поздовжніх ребер. Методика реалізації. Повітря з температурою нижче -5 °С пропускають через льодяні оребрені із середини труби, занурені у воду або зрошені водою, для використання підігрітого до -2-3 °С повітря в системах вентиляції, теплових насосах, системах горіння палива і в буферних зонах будівель у період морозів. Проведено експериментальні роботи з виготовлення оребрених льодяних труб у морозильній камері та моделювання в SolidWorks. Результати дослідження. Отримані кільцеві внутрішні ребра мають округлу форму через бокове перетікання теплоти і дають можливість одержати коефіцієнт оребрення 1,3–2. При накладанні окремих елементів поздов-жньої теплоізоляції отримуються труби з внутрішнім перерізом у формі багатокутника з числом кутів, що відповідає кількості елементів. Зовнішні ребра неможливо було експериментально утворити при накладанні внутрішніх теплоізоляційних елементів через низький теплообмін труби з повітрям всередині вертикальної труби, розміщеної в морозильній камері. У результаті моделювання за вимушеної подачі повітря у внутрішню трубу для двох елементів теплоізоляції, розміщених симетрично, отримано овальну форму перерізу труби з льоду. Висновки. Чим нижча температура довкілля, тим більший економічний і енергетичний ефект. Льодяні оребрені труби доцільно використовувати для підігрівання морозного повітря і акумулювання холоду, наприклад для створення льодяних декоративних ваз, у яких поміщають ємності з напоями різної форми. Це є елементом новизни для готельно-ресторанного бізнесу.