Методическое пособие 808

Т.В. Щукина, Е.С. Дурдыева

УТИЛИЗАЦИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДА

Рассмотрены особенности режимов эксплуатации абсорбционных установок, использующих для производства холода энергию солнца. Выполнен анализ влияния стохастичности солнечной радиации на эффективность термодинамического цикла. Повысить холодопроизводительность при сокращении затрат на улавливающие излучение массивы можно за счет совершенствования и создания принципиально новых конструкций тепловых коллекторов.

Ключевые слова: абсорбционные холодильные установки, солнечная энергия.

T.V. Shchukina, E.S. Durdyeva

RECYCLING OF A SOLAR ENERGY FOR COLD MANUFACTURE

Features of modes of operation of the installations using for manufacture of a cold energy of the sun are considered. The analysis of influence of stochasticity of solar radiation on efficiency of a thermodynamic cycle is made. To raise productivity of a cold at reduction of expenses for files catching radiation it is possible at the expense of perfection and creation of essentially new designs of thermal collectors.

Keywords: a refrigerating machinery, a solar energy.

Системы солнечного теплоснабжения в отличие от установок, используемых только для горячего водоснабжения, как правило, имеют значительные площади коллекторов, которые не требуются в теплый период года по причине отсутствия расходов тепловой энергии на отопление. Предназначенные для теплоснабжения массивы устройств активного улавливания солнечной радиации в летние месяцы прогревают теплоноситель до температуры, позволяющей осуществить нетрадиционное холодоснабжение сооружений. Для восполнения данной нагрузки можно применять как абсорбционные холодильные машины (АБХМ), так и пароэжекторные. Наибольшее распространение по причине высокой надежности получили абсорбционные установки с замкнутым термодинамическим циклом [1].

Преимущество АБХМ заключается в значительно меньших потреблении электрической энергии и эксплуатационных затратах, что обеспечивается использованием теплоты для термодинамического цикла и надежностью оборудования, не требующего обслуживания. Необходи-

210

мая для десорбции тепловая энергия может быть получена при непосредственном сжигании топлива, что сокращает потери, а существенно снизить ее традиционное потребление можно при утилизации тепловых выбросов и при использовании альтернативных источников энергии.

В АБХМ хладагент, в соответствии с представленной схемой на рис. 1, переходит в парообразное состояние в испарителе за счет теплоты, забираемой от охлаждаемой среды, а затем, поступая в абсорбер, поглощается абсорбентом. Получаемая жидкость направляется в генератор (десорбер), где при нагревании от внешнего источника тепловой энергии выделяются пары хладагента из абсорбента, которые впоследствии поступают в конденсатор. В конденсаторе хладагент переходит в жидкое состояние, отдавая свою теплоту охлаждающей среде, и затем направляется с понижением давления посредством регулирующего клапана в испаритель. В бромисто-литиевых АБХМ в качестве хладагента используется вода, а как абсорбент применяется бромид лития LiBr. В аммиачных в качестве хладагента используется аммиак NH3, а в качестве абсорбента – вода.

Рис. 1. Схема одноступенчатой абсорбционной холодильной машины:

1 – испаритель; 2 – конденсатор; 3, 6 - расширительный клапан; 4 – абсорбер; 5 – генератор; 7 – насос; 8, 10 - трубопровод парообразного хладагента; 9 - трубопровод жидкого хладагента; 11 – трубопровод для охлаждаемой среды; 12, 13 – трубопровод охлаждающей воды;

14 – трубопровод теплоносителя

При утилизации солнечной энергии для получения холода могут быть использованы абсорбционные установки как с замкнутыми, так и разомкнутыми термодинамическими циклами [1]. Во втором типе АБХМ десорбер представляет открытую наклонную плоскость, принимающую солнечное излучение, на которую подается бинарная смесь. При нагревании хладагента происходит испарение воды и повышение его концентрации. Затем крепкий раствор направляется в абсорбер, где он вновь поглощает водяные пары, выделяющиеся в испарителе. Недостатком открытого десорбера является засорение используемого раствора, а также возможность смыва его осадками, поэтому чаще применяют АБХМ с замкнутым циклом.

Эффективность абсорбционных холодильных машин характеризуется тепловым коэффициентом термодинамического цикла, определяемым как отношение холодопроизводительности установки к затратам тепловой энергии [2, 3]. Тепловой коэффициент одноступенчатых АБХМ (рис. 1) находится в пределах от 0,6 до 0,8 при максимально возможном теоретическом значении 1 [4, 5]. В связи с этим данные установки целесообразно использовать в случаях, когда есть возможность утилизации энергии, например, сбросная тепловая энергия от электростанций, котлов или возобновляемых источников. Так как одноступенчатая абсорбционная машина обеспечивает требуемое охлаждение с низким тепловым коэффициентом, то для повышения ее эффективности часто дополнительно устанавливают рекуперативные теплообменники, которые снижают потери.

211

В бромисто-литиевых машинах тепло, подаваемое к генератору, позволяет получить водяные пары, направляемые к конденсатору, где они конденсируются. Затем вода после прохождения через диафрагму или сопло, которые заменяют регулирующий вентиль, поступает в испаритель при низком давлении. При кипении воды в испарителе снижается температура остающейся жидкой фазы и охлаждаемой среды. Пары поступают в абсорбер и поглощаются раствором бромистого лития, снижая его концентрацию за счет увеличения массовой доли воды. Смесь, выходящая из генератора, характеризуется высокой концентрацией бромистого лития. Давление во всей системе бромисто-литиевой машины ниже атмосферного. Для температуры кипения +7 оС давление должно составлять около 1 кПа (8 мм рт. ст.) [3]. Поэтому для бесперебойной работы в холодильных установках необходимо предусматривать устройства для удаления воздуха из системы в случае возникновения неплотностей. Технические параметры некоторых АБХМ приведены в табл. 1. [6].

Идеальная одноступенчатая АБХМ могла бы обеспечить холодильный эффект, равный количеству тепловой энергии, подведенной к генератору, но в результате термодинамических потерь в реальных установках этот показатель всегда будет ниже, чем затраты тепловой энергии. Суточные изменения в поступлении солнечной радиации, используемой посредством утилизации в процессе десорбции, также оказывают негативное влияние на выработку холода. Выявить степень снижения стабильности рабочих режимов абсорбционных установок (рис. 1) можно посредством теплового коэффициента ε А [3]

А

qГ

который характеризует эффективность термодинамического цикла и равен отношению полученного холода к теплоте, подведенной к генератору. Тепловой коэффициент может быть также записан в следующем виде [3]

212

Зависимость (2) показывает, что тепловой коэффициент идеального цикла АБХМ увеличивается с повышением температуры ТГ и ТО, а уменьшается с повышением температуры охлаждающей воды ТW.

Традиционные источники энергии обеспечивают постоянную, в соответствии с технологическими требованиями, холодопроизводительность АБХМ и стабильный тепловой коэффициент. Другая ситуация возникает при подводе к генератору теплоты, получаемой альтернативным способом. Так суточная неравномерность поступления солнечной радиации вызывает снижение показателей термодинамического цикла АБХМ, которое необходимо учитывать при проектировании систем нетрадиционного холодоснабжения.

В соответствии с актинометрическими данными [7] в июле для 52 ос.ш. изменения теплового потока от солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность площадью 1 м2, с достаточной точностью могут быть аппроксимированы экспоненциальной зависимостью

где qS - тепловой поток, поступающий на горизонтальную поверхность от воздействия сол-

нечной радиации, Вт/м2; τ – время, ч.; b0, b1, b2 - коэффициенты аппроксимации.

В указанной широте расположены такие города как Курск, Воронеж, Липецк, Балашов, Иркутск, Благовещенск и др. Используя климатические данные 52 ос.ш. можно оценить возможность получения холода посредством утилизации солнечной радиации помимо южных регионов, являющихся наиболее благоприятными для этой цели. В соответствии с зависимостью (3) распределение поступлений солнечной энергии на горизонтальную поверхность площадью 1 м2 в течение светового дня подчиняется уравнению

Построенный по зависимости (4) график (рис. 2) и нанесенные выделенными точками результаты актинометрических наблюдений показывают его адекватность поступлению солнечной радиации на горизонтальную поверхность. Так же следует отметить, что форма записи выражений (3, 4) без проведения вычислений позволяет предположить достижение максимальных значений в полдень и минимальных поступлений в утренние и вечерние часы.

Рис. 2. Тепловой поток, отнесенный к площади воспринимающей поверхности:

1 - поступление солнечной радиации на горизонтальную поверхность площадью 1 м2 в 52 ос.ш. в июле; 2 - вырабатываемый холод, отнесенный к 1 м2 площади солнечных коллекторов

213

4.http://www.abok/ru/for spec/дата обращения 10.07.2011.

5.Sanjuan C., Soutullo S., Heras M.R. Optimization of solar cooling system with interior energy storage// Sol. Energy. 2010. № 7. P. 1244-1254.

6.http://www.ib-p.eu//kwkk-rus.html/ дата обращения 11.12.2011.

7.СНиП 23-01-99*. Строительная климатология. – М.: ГУП ЦПП. 2003. 97с.

References

1.Systems of a solar heat supply and supply by a cold / Under the editorship of E.V.Sarnatsky, S.A.Chistovicha. - М: Stroyizdat. 1990. 324 p.

2.Industrial thermal processes and installations//A.M.Baklastov, V.A.Gorbenko, O.L.Danilov, etc.; Under the editorship of A.M.Baklastov. - М: Energy and atoms publishing house. 1986. 328 p.

3.Lebedev P. D. Thermal, draining and a refrigerating machinery. - М: Energy. 1972. 320 p.

4.http://www.abok/ru/for spec/date of the reference 10.07.2011.

5.Sanjuan C., Soutullo S., Heras M.R. Optimization of solar cooling system with interior energy storage// Sol. Energy. 2010. № 7. P. 1244-1254.

6.http://www.ib-p.eu//kwkk-rus.html/ date of the reference 11.12.2011.

7.BNaR 23-01-99*. Building climatic data. - М: SUE TSPP. 2003. 97 p.

215

Е.А. Жидко, В.С. Муштенко

«ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ

КАК ОСНОВА ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ»

В статье рассматривается методический подход к идентификации рисков, возникающих при взаимодействии предприятий и окружающей природной среды.

Ключевые слова: окружающая природная среда, экологические иски производственной деятельности, рискообразующие факторы.

E.A. Zhidko, V.S. Mushtenko

THE ECOLOGICAL POLICY OF THE ENTERPRISE

AS THE BASIS OF INNOVATION DEVELOPMENT

The article deals with the methodical approach to identifying risks arising from the interaction of business and the environment.

Keywords: environment, environmental risks of industrial activity, riskoobrazuyuschie factors.

Вновых условиях ХХI века методология постановки и решения задач по обеспечению безопасного устойчивого развития организаций должна базироваться на совокупности концепций и принципов, образующих парадигму теории и практики антикризисного управления жизнедеятельностью организаций в статике и динамике.

Вэтих условиях особую остроту приобретает проблема экологической безопасности планеты, её регионов и их хозяйствующих субъектов (организаций). Согласно требованиям международного менеджмента она должна рассматриваться, как составная часть их общей

безопасности и устойчивости развития (табл.1) [4].

На современном этапе внимание мировой общественности сосредоточено на поиске решения проблем, связанных с изменениями климата на планете. В соответствии с уставом ООН и принципами международного права государства имеют суверенное право разрабатывать свои собственные ресурсы согласно своей политике в области окружающей среды (ОС) и развития. При этом они несут ответственность за обеспечение того, чтобы деятельность в рамках их юрисдикции или контроля не наносила ущерба ОС других государств или районов за пределами действия национальной юрисдикции. В действительности же наблюдается следующая картина.

Растительный мир территорий РФ способен поглощать 11,2 млрд. тонн углекислого газа в год. Разрешенный нам по Киотскому протоколу выброс газа составляет только 2,4 млрд. тонн газа в год. Это около 22% от поглощения. Если сопоставить аналогичные цифры в других государствах, подписавших Киотский протокол, то выявляется явная дискриминация России (табл.2) [1]. В то же время учёные считают: для того, чтобы сдержать глобальное потепление необходимо сократить выбросы углекислого газа по отношению к уровню 1990 го-

да к 2020 году на 25% – 40%, а к 2050 году – на 50%.

216

Таблица 1

Соотношение «выброс/поглощение СО2» по странам и предложения по снижению выбросов

Таблица 2

Сведения, подлежащие мониторингу, согласно рекомендациям ООН и др

217