Search

The development of small trigeneration systems with renewable energy sources solves the problem of life support for the population of many regions of the world which are remote from central electricity suppliers. The autonomous system provides year-round stable production of electric energy, hot water, air conditioning and heating in residential premises. The solar power plant is represented by two units: a photovoltaic converter for electric power generation and solar collectors for heating. A method for creating trigeneration systems based on the theory of thermal transformers is proposed. A thermodynamic analysis of the characteristics of compressor and absorption step-down and step-up thermal transformer for the conditions of the Middle East is carried out. The method of determining the characteristics of the elements of the system based on models of processes occurring in them is presented. An example of calculating the thermal characteristics of all elements of the trigeneration system taking into account energy conservation is given. Recommendations are developed for the selection of temperature operating conditions and equipment completing the system., Развитие малых систем тригенерации с возобновляемыми источниками энергии решает проблему жизнеобеспечения населения многих регионов мира, удаленных от центральных поставщиков электроэнергии, обеспечивая круглогодичное стабильное потребление электрической энергии, горячего водоснабжения, кондиционирования и отопления жилых помещений, Предложен метод создания систем тригенерации на основе термодинамического анализа характеристик термотрасформаторив для условий Ближнего Востока, приведен пример расчета теплотехнических характе ристик элементов тригенерации на основе энергосбережения., Розвиток малих систем тригенерації з відновлювальними джерелами енергії вирішує проблему життєзабезпечення населення багатьох регіонів світу, віддалених від центральних постачальників електроенергії, забезпечуючи цілорічно стабільне отримання електричної енергії, гарячого водопостачання, кондиціювання та опалення жилих приміщень, Запропоновано метод створення систем тригенерації на підставі термодинамічного аналізу характеристик термотрасформаторів для умов Близького Сходу, наведено приклад розрахунку теплотехнічних характеристик елементів тригенерації на засадах енергозбереження.

The direction of the research is the thermodynamic analysis of the scheme-cycle designof a heating and cooling machine for an individual house powered by autonomous solar photovoltaic system of providing private consumers with the year-roundheating and cooling in conditions of dry tropical climate.For the analysis, a single-stage compressor refrigerating machine was used, which operates in two modes: refrigeration forair conditioning and heat pump for heating, covering all rooms in the house. Change of the modes is made seasonally or during the day depending on the ambient temperature. The energy efficiency of the refrigerationcycle(“energy” problem) associated with the properties of the working fluid, and cycle size(“transport”problem) associated with the scheme-cycle design, equipment mass and investment costs,were determined. The study used the working fluids R404a, R134a, R410, R290, R600a, R32, which are neither prohibited nor expired. Calculations were performed separately for each mode. The results showed that the R290, R600a working fluids have a high efficiency in both modes, R404A, R410, R32 have the same energy efficiency, differing by no more than 10%, R134a is incompetitivein the heating mode. Among the cyclesizes, R32, R410 have the advantagewith the valueshalf the size of R290, R404A, R600a and R134a are not included in the alternative group. Based on the thermodynamic analysis and monitoring of the market of working fluids, only R32 can be recommended for real projects. A separate thermodynamic analysis of thescheme-cycle designs for CO2 – the real prospect of refrigeration equipmentwas carried out., Направлением исследования является термодинамический анализ схемно-циклового решение машины для тепло- хладоснабжения индивидуального дома с приводом от автономной солнечной фотоэлектрической установки, способной удовлетворить частных потребителей круглогодичным получением тепла и холода в условиях сухого тропического климата.Для анализа использована одноступенчатая компрессорная холодильная машина, которая работает в двух режимах: холодильном для кондиционирования воздуха и теплонасосном для отопления, обслуживая все помещения дома. Смена режимов осуществляется сезонно или в течение суток в зависимости от температуры окружающей среды. В работе определялись: энергетическая эффективность цикла холодильной машины (задача «энергетическая»), зависящая от свойств рабочего вещества, и габарит цикла (задача «транспортная»), связанный со схемно-цикловым решением, массой оборудования и инвестиционными затратами. В исследовании использованы рабочие вещества R404а, R134a, R410, R290, R600a, R32. которые не запрещены или срок их использования еще не вышел. Расчеты выполнялись отдельно для каждого режима.. Полученные результаты показали, что рабочие вещества R290, R600a, имеют высокую эффективность в обоих режимах, R404A, R410, R32 имеют одинаковую энергетическую эффективность, отличаясь не более, чем на 15 %., R134а в режиме отопления неконкурентоспособный. Из габаритов циклов преимущества имеют R32, R410 со значениями вдвое меньшими габаритов R290, R404A, R600a и R134а в альтернативную группу не входять. Исходя из результатов термодинамического анализа и мониторинга рынка рабочих веществ только R32 может быть рекомендован для реальных проектов. Отдельно осуществлен термодинамический анализ схемно-цикловых решений для СО2 – реальной перспективы холодильной техники, Напрямом дослідження є термодинамічний аналіз схемно-циклового рішення машини для тепло-холодопостачання індивідуального будинку з приводом від автономної сонячної фотоелектричної установки, здатної задовольнити приватних споживачів цілорічним отриманням тепла та холоду в умовах сухого тропічного клімату.Для аналізу використано одноступеневу компресорну холодильну машину, яка працює в двох режимах: холодильному для кондиціювання повітря та теплонасосному для опалення, обслуговуючи усі приміщень будинку. Зміна режимів здійснюється сезонно або на протязі доби в залежності від температури навколишнього середовища. Визначались енергетична ефективність циклу холодильної машини(задача енергетична), пов’язана з властивостями робочої речовини, та габарит циклу (задача транспортна) – пов’язана з схемно-цикловим рішенням, масою устаткування та інвестиційними витратами. В дослідженні використані робочих речовин R404а, R134a, R410, R290, R600a, R32. які не заборонені або термін їх використання ще не вийшов. Розрахунки виконувалися окремо для кожного режиму. Одержані результати визначили, що робочі речовини R290, R600a, мають високу ефективність в обох режимах, R404A, R410, R32 мають однакову енергетичну ефективність, відрізняючись не більше ніж на 10 %, R134а в режимі опалення не конкурентоздатний. З габаритів циклів перевагу мають R32, R410 з значеннями вдвічі меншими за габарити R290, R404A, R600a та R134а до альтернативної групи не входять. Виходячи з термодинамічного аналізу та моніторингу ринку робочих речовин, тільки R32 може бути рекомендованим для реальних проектів. Окремо здійснено термодинамічний аналіз схемно-циклових рішень для СО2 – реальної перспективи холодильної техніки

Trigeneration systems based on solar power plants are capable to ensure normal living conditions for the population – year-round stable generation of electric energy, hot water supply, air conditioning and space heating for the countries of the Middle East. Small solar power plant for direct energy conversion is worked out. The heat and cold supply system of the room at base of one-stage steam compressor machine working in wide range of temperatures and pressures is proposed. The selection of low boiling substance is based on its thermodynamic perfection. In the machine, the condenser and the evaporator areеру are the air heat exchangers. For changing of work modes of heat supply system at base of of heat pump and of air conditioning at base of refrigerating machine reverse of flow of working substance is not provided in heat exchangers. The total flow rate of external air through the ventilation system is distributed between the condenser and the evaporator in accordance with the necessary values. The outside air, which is prepared in corresponding apparatuses, through the ventilation system, while changing the direction and flow rate, provides the air conditioning or heating of the room. The proposed system provides provides high energy efficiency of cooling and heating modes, operational reliability and maintaining a constant comfortable temperature in the room for any seasonal and daily parameters of the outside air., Для стран Ближнего Востока обеспечить нормальные условия существования населения - круглогодичное стабильное получение электрической энергии, горячего водоснабжения, кондиционирования и отопления помещений, способны системы тригенерации на основе солнечных энергетических установок. Предложена малая солнечная энергетическая установка прямого преобразования энергии. Холодо- и теплоснабжение помещения осуществляется парокомпрессорной машиной через систему вентиляции с изменением направления и расхода обработанного наружного воздуха., Для країн Близького Сходу забезпечити нормальні умови існування населення - цілорічне стабільне отримання електричної енергії, гарячого водопостачання, кондиціювання та опалення приміщень, здатні системи тригенерації на основі сонячних енергетичних установок. Запропоновано малу сонячну енергетичну установку прямого перетворення енергії. Холодо- та теплопостачання приміщення здійснюється парокомпресорною машиною через систему вентиляції зі зміною напряму та витрати обробленого зовнішнього повітря.

The aim of the research is the thermodynamic analysis of a real refrigerating machine with solid fouling on the heat­exchange surface of an air­cooled condenser with the help of entropy methods such as: the entropy­cycle method, the entropy­statistical method and the entropy generation minimization method. The experimental data of the refrigerating machine with solid fouling in the form of dust on the external surface of the air­cooled condenser was used for the thermodynamic analysis.The influence of irreversible losses in separate elements of the refrigerating machine caused by the presence of external solid fouling on the external heat exchange surface of the air­cooled condenser was determined according to the entropy­cycle and entropy­statistical methods. The entropy­cycle method has estimated the absolute value of energy losses in each element. The entropy­statistical method was used to determine the excessive consumption of work in the real cycle in comparison with the theoretical compression process in the compressor.The irreversible losses associated with aerodynamics and heat transfer during air motion through a finned surface in an air­cooled heat exchanger were estimated by using the entropy generation minimization theory. The influence of growing fouling on the thermal and mechanical components of the total entropy generation in the heat exchanger was determined. In addition, the fouling mass that determines the time of its cleaning was defined.Application of entropy methods for analyzing the real refrigerating machine at the design stage allows minimizing irreversible losses associated with operating conditions. Moreover, it allows predicting a maintenance schedule which contributes to energy saving, Направлением исследования является термодинамический анализ действительной холодильной машины при наличии осаждений на теплообменной поверхности воздушного конденсатора энтропийными методами, такими как: энтропийно-цикловой, энтропийно-статистический и метод минимизации производства энтропии. Для анализа использованы экспериментальные данные испытаний машины с твердыми осаждениями в виде пыли на наружной поверхности воздушного конденсатора.Энтропийно-цикловым и энтропийно-статистическим методами определено влияние необратимых потерь в отдельных элементах холодильной машины, вызванных наличием внешних осаждений на наружной теплообменной поверхности воздушного конденсатора. Энтропийно-цикловой метод оценил абсолютную величину энергетических потерь в каждом элементе. Энтропийно-статистическим методом определен перерасход работы в действительном цикле по сравнению с теоретическим процессом сжатия в компрессоре.При использовании теории минимизации производства энтропии оценены необратимые потери, связанные с аэродинамикой и теплопередачей при движении воздуха через ребристую поверхность в воздушном аппарате. Установлено влияние растущего осаждения на термическую и механическую составляющие общего производства энтропии в теплообменном аппарате, а также определена масса осаждения, определяющая момент его очистки.Применение энтропийных методов анализа реальной холодильной машины на стадии проектирования позволяет минимизировать необратимые потери, связанные с условиями эксплуатации, и прогнозировать график техобслуживания, что способствует энергосбережению, Напрямом дослідження є термодинамічний аналіз дійсної холодильної машини за наявності відкладів на теплообмінній поверхні повітряного конденсатора, що здійснюють ентропійними методами, а саме: ентропійно-цикловим, ентропійно-статистичним та методом мінімізації виробництва ентропії. Для аналізу використано експериментальні дані випробувань машини з твердими відкладами у вигляді пилу на зовнішній поверхні повітряного конденсатора.Ентропійно-цикловим і ентропійно-статистичними методами визначено вплив необоротних втрат в окремих елементах холодильної машини, викликаних наявністю відкладів на зовнішньої теплообмінної поверхні повітряного конденсатора. Ентропійно-цикловий метод оцінив абсолютну величину енергетичних втрат в кожному елементі. Ентропійно-статистичним методом визначено перевитрата роботи в дійсному циклі в порівнянні з теоретичним процесом стиснення в компресорі.За використанням теорії мінімізації виробництва ентропії оцінено необоротні втрати, пов’язані з аеродинамікою і теплопередаванням під час руху повітря через ребристу поверхню у повітряному апараті. Встановлено вплив зростаючих відкладів на термічний і механічний складові загального виробництва ентропії в теплообмінному апараті, а також визначено масу відкладів, що зумовлює момент його очищення.Застосування ентропійних методів для аналізу реальної холодильної машини на стадії проектування дає змогу мінімізувати необоротні втрати, пов’язані з умовами експлуатації, і прогнозувати графік техобслуговування, що сприяє енергоощадженню

The compression heat-using refrigerating machines operating in the Chistiakov-Plotnikov cycle use recycled waste heat of power machines as primary energy for producing cold of various temperature potentials thus saving fuel and energy resources. Development and improvement of machines is associated with the use of new working fluids. A selecting method of working fluids for a machine with a block «turbine-compressor» was proposed from the standpoints of such fundamental characteristics as energy saving and environmental safety. Mutual influence of properties of R134a, R290, R401a, R410a, R407a, R507, R600, R717 working fluids and design values of the block «turbine-compressor» in the given temperature regime of the thermodynamic cycle were studied with observance of equality of turbine and compressor powers. Design values of the full-size block «turbine-compressor» sample and the results of its experimental studies with the use of previous working fluids were used for the study.The method of selection of the working fluids for the cold supply system of a particular consumer (a fruit storage) equipped with a small power machine was demonstrated on a particular example for a given temperature regime of cold production and the design values of the block. Introduction of the dimensionless equilibrium criterion in the analysis has made it possible to establish and evaluate dependence of the block design values on thermodynamic properties of the working fluids and conditions of its work and the field of rational application of any working fluids for a particular block design. The compression heat-using refrigerating machine is capable of efficient cold production with the studied working fluids in the trigeneration system of a small power machine., Компрессорные теплоиспользующие холодильные машины, работающие по циклу Чистякова-Плотникова, потребляют утилизированное сбросной тепло энергетических установок как первичную энергию для производства холода разного температурного потенциала, чем обеспечивают экономию топливно-энергетических ресурсов. Развитие и совершенствование машин связано с использованием новых рабочих веществ. В работе предложен способ выбора рабочих веществ для машины с агрегатом «турбина-компрессор» с позиций таких фундаментальных характеристик, как энергосбережение и экологическая безопасность. Изучено взаимное влияние свойств R134a, R290, R401a, R410a, R407a, R507, R600, R717 и конструктивных параметров компрессора и турбины в заданном температурном режиме термодинамического цикла с соблюдением условия равенства мощностей турбины и компрессора. Для исследования использованы конструктивные параметры натурного образца агрегата «турбина-компрессор» и результаты его экспериментальных исследований на прежних рабочих веществах.На частном примере приведен способ выбора рабочих веществ системы хладоснабжения конкретного потребителя (фруктохранилища) с малой энергетической установкой при заданных температурном режиме производства холода и конструктивных параметрах агрегата. Введение в анализ безразмерного критерия равновесия позволило установить и оценить зависимость конструктивных параметров агрегата от термодинамических свойств рабочего вещества и условий его работы и область рационального применения любого рабочего вещества для конкретной конструкции агрегата. Компрессорная теплоиспользующая холодильная машина на исследованных рабочих веществах способна обеспечивать эффективное производство холода в системе тригенерации малой энергетической установки, Компресорні тепловикористальні холодильні машини, які працюють за циклом Чистякова-Плотнікова, споживають утилізоване скидне тепло енергетичних установок як первинну енергію для виробництва холоду різного температурного потенціалу, чим забезпечують економію паливно-енергетичних ресурсів. Розвиток та удосконалення машин пов’язано з використанням нових робочих речовин. В роботі запропоновано спосіб вибору робочих речовин для машини з агрегатом «турбіна-компресор» на засадах таких фундаментальних характеристик, як енергозбереження та екологічна безпека. Вивчено взаємовплив властивостей R134a, R290, R401a, R410a, R407a, R507, R600, R717 та конструктивних параметрів компресора і турбіни у заданому температурному режимі термодинамічного циклу за умови рівності потужностей турбіни і компресора. У дослідженні використано параметри натурного взірця агрегату «турбіна-компресор» і результати його експериментальних досліджень на попередніх робочих речовинах.На окремому прикладі здійснено вибір робочих речовин системи холодопостачання конкретного споживача (фруктосховища) з малою енергетичною установкою із заданими температурним режимом виробництва холоду і конструктивними параметрами агрегату. Запропонований до аналізу безрозмірний критерій рівноваги встановив й оцінив залежність конструктивних параметрів агрегату та умови його роботи від властивостей робочої речовини та область раціонального застосування будь-якої робочої речовини для конкретної конструкції агрегату. Компресорна тепловикористальна холодильна машина на вивчених робочих речовинах здатна ефективно виробляти холод у системі тригенерації малої енергетичної установки

One of the promising trends in the refrigerating engineering is building machines for industrial processes with the simultaneous use of two thermal effects (heat and cold). The fundamental possibility to build machines, operating on a complex reverse thermodynamic cycle with the production of low-grade cold and high-grade heat is considered. Such machines are called heating cascade machines. The synthesis of cyclic machine solutions for various pairs of materials, based on thermodynamic analysis by the “method of cycles” is carried out. The analysis of the supercritical cycle of the upper cascade with R744 by the entropy-cycle method is performed. It is shown that the compound Carnot-Lorenz cycle (“triangular”) should be chosen as the cycle model. The problem of determining the degree of thermodynamic perfection of the cascade cycle, which takes into account the simultaneous production of two thermal effects – cold and heat is solved. An example of the calculation of the machine characteristics under variable input parameters: temperature in the condenser-evaporator and the pressure in the gas cooler is given. The comparison with the characteristics of the cascade machine, operating in the same mode, but with one thermal effect – the production of cold, which showed the benefits of heating cycles is performed. It is proved that, given the simultaneous high temperatures of the heat produced and low temperature of the cold produced in the cascade heating machine, energy performance is quite high. General recommendations – in terms of energy saving, heating cascade units and machines, operating with R744 as a working substance of the upper cascade and the cycle in the supercritical region with the simultaneous heat and cold production should be designed., Теплофикационные каскадные машины предназначены для одновременного производства низкопотенциального холоaда и высокопотенциального тепла в одноступенчатых циклах-каскадах с разными рабочими веществами. Приведен способ термодинамического анализа указанных машин с циклом верхнего каскада R744 в надкритической области. Установлено влияние основных параметров рабочих веществ на термодинамическое совершенство теплофикационного каскадного цикла и машины в целом., Теплофікаційні каскадні машини призначено для одночасного виробництва низькопотенційного холоду та високопотенційного тепла в одноступеневих циклах-каскадах з різними робочими речовинами. Наведено спосіб термодинамічного аналізу вказаних машин з циклом верхнього каскаду R744 в надкритичній області. Встановлено вплив основних параметрів робочих речовин на термодинамічну досконалість теплофікаційного каскадного циклу та машини в цілому.