Wykorzystanie niskotemperaturowego ciepła odpadowego do napędzenia urządzeń chłodniczych staje się atrakcyjną alternatywą dla urządzeń sprężarkowych. Technologie adsorpcyjne oraz bazujące na nich urządzenia chłodnicze mogą być zasilane ciepłem o temperaturze rzędu 60°C. Otwiera to nowe obszary zastosowań, znajdujące się poza zasięgiem szerzej rozpowszechnionych systemów absorpcyjnych, wymagających zdecydowanie wyższych temperatur zasilania. Źródłem ciepła o tak niskiej temperaturze mogą być np. kolektory słoneczne lub miejska sieć ciepłownicza. To drugie źródło jest szczególnie atrakcyjne w sezonie letnim, ponieważ wykorzystanie ciepła odpadowego z procesu produkcji energii elektrycznej poprawia efektywność systemów trigeneracyjnych. W związku z tym tego typu rozwiązania są coraz częściej brane pod uwagę przez inwestorów jako interesująca, ekologiczna, coraz bardziej atrakcyjna cenowo alternatywa dla układów kogeneracyjnych. W artykule omówiono pilotażową sorpcyjną instalację chłodniczą przeznaczoną do produkcji wody lodowej na potrzeby stołówki w budynku biurowym. Do zasilania instalacji służy ciepło z sieci ciepłowniczej, wspieranej dodatkowo przez układ płaskich kolektorów słonecznych. System jest zainstalowany w nowo wybudowanym biurowcu we Wrocławiu, a w jego skład wchodzi układ 36 kolektorów, chłodziarka absorpcyjna bromowo-litowa oraz tandemowa chłodziarka adsorpcyjno-sprężarkowa, wraz z osprzętem towarzyszącym. W pracy skupiono się na rezultatach badań eksperymentalnych rzeczywistych wskaźników wydajnościowych i efektywnościowych tandemowej chłodziarki adsorpcyjnej. Badania realizowane są we współpracy pomiędzy Politechniką Wrocławską, Politechniką Śląską oraz Fortum Power and Heat Polska Sp. z o.o.
EN
The use of low-temperature waste heat to drive refrigeration systems is becoming an attractive alternative to compressor devices. Adsorption technologies and refrigeration devices based on them can be supplied with heat at a temperature of 60°C. This opens up new areas of application that are beyond the reach of wider-spread absorption systems that require significantly higher hot water temperatures. The source of heat at such a low temperature can be, for example, solar collectors or a district heating network. This second source is particularly attractive in the summer season, because the use of waste heat from the electric energy production improves the efficiency of trigeneration systems. Therefore, such solutions are increasingly considered by investors as an interesting, ecological and more affordable alternative to cogeneration systems. The article discusses a pilot sorption cooling installation intended for the production of chilled water for the canteen in an office building. Heat is supplied to the installation from the district heating, supported additionally by a system of flat solar collectors. The system is installed in a newly built office building in Wrocław, and it comprises a system of 36 collectors, a lithium-bromine absorption chiller and a tandem adsorption-compressor chiller, along with accompanying accessories. The work focuses on the results of experimental studies of the real performance and efficiency indicators of the tandem adsorption chiller. The research is carried out in cooperation between Wrocław University of Technology, Silesian University of Technology and Fortum Power and Heat Polska Sp. z o.o.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki symulacji pracy wymienników typu U pracujących w systemie bezpośrednim i pośrednim o głębokości 50 m. Model opisujący pracę sondy pionowej typu U z odparowaniem bezpośrednim w stanie ustalonym [5] uzupełniono procedurą wyznaczania temperatury ścianki, wpływ siły grawitacji na zmianę ciśnienia w wymienniku oraz sposób wyznaczenia stopnia wypełnienia kanału. Założono standardowe wymiary geometryczne każdej z sond i standardowe wartości masowego natężenia przepływu czynnika, które wyniosły odpowiednio 0,014 kg/s i 0,51 kg/s dla sondy z odparowaniem bezpośrednim i pośrednim. Z analizy porównawczej otrzymanych rezultatów wynika, że w tych samych warunkach geologicznych sonda pracująca w systemie pośrednim charakteryzuje się 8-krotnie większymi spadkami ciśnienia oraz o 24% mniejszą mocą cieplną. W analizowanych warunkach oba systemy charakteryzują się podobną wartością współczynników efektywności grzejnej COP ≈ 3,65. Uzyskane rezultaty wskazują też, że zwiększenie stopnia suchości pary w wymienniku z odparowaniem bezpośrednim nie jest funkcją liniową jego długości.
EN
In this paper simulation results of U-pipe ground borehole heat exchangers (GBHEs) operation with direct and indirect evaporation and the depth of 50 m are presented. The model of De Carli et al. [5], which describes a steady-state U-pipe ground borehole heat exchanger (GBHE) operation with direct evaporation, is extended to include an algorithm for pipe wall temperature and vapor volume fraction determination and to take into account the varying impact of gravity on pressure drop occurring in the heat exchanger. Standard geometry is assumed for each heat exchanger as well as standard mass flow rate with the value of 0.014 kg/s and 0.51 kg/s for heat exchanger with direct and indirect evaporation respectively. Comparative analysis of the obtained results has shown that under identical geological conditions the U-pipe with indirect evaporation has 8 times higher pressure drop and 24% lower heat exchange. Under the analyzed operating conditions coefficients of performance (COP) of heat pumps coupled with direct and indirect heat exchangers have similar values with COP of approx. 3.65. Results have also indicated that the vapor quality does not increase linearly with the length of a direct evaporation heat exchanger.
Rezultaty przeprowadzonej analizy wskazują, że nowe czynniki robocze są mniej wydajne niż czynnik R134a we wszystkich przypadkach. Spowodowane jest to przede wszystkim mniejszą wartością ciepła parowania. Z termodynamicznej analizy zaprezentowanych w pracy substytutów, zastosowanie R1234ze umożliwia osiągnięcie 4 ÷ 9% lepszych parametrów wymiany ciepła niż R1234yf. Wartości granicznych strumieni ciepła, jakie mogą zostać przetransportowane przez termosyfon wskazują, że podstawowym zagrożeniem w analizowanych warunkach okazało się być zalanie skraplacza. Zmiana czynnika z roboczego z R134a na R1234ze lub R1234yf powoduje spadek wydajności urządzenia o odpowiednio 10 i 18%. Przy gęstości strumienia ciepła powyżej 500 W/m2 najwyższym współczynnikiem przewodzenia ciepła charakteryzuje się termosyfon wypełniony R134a (668 W/mK dla 5 000 W/m2 oraz 1015 W/mK dla 50 000 W/m2). Użycie R1234ze, powoduje zmniejszenie współczynnika przewodzenia o około 10%. W przypadku zastosowania czynnika R1234yf są to spadki o odpowiednio: 12% dla gęstości strumienia ciepła równej 5 000 W/m2 oraz 18% dla 50 000 W/m2. Wzrost różnicy temperatury między strefą parowania a skraplania zmniejsza współczynnik przewodzenia ciepła termosyfonu. Przy różnicy temperatury między parowaczem i skraplaczem równej 8°C, współczynniki przewodzenia termosyfonu są mniejsze o 32 ÷ 37% niż dla ΔT równej 0,5°C. W całym zakresie temperatury parowania 21,5 ÷ 30°C, urządzenie wypełnione czynnikiem R134a wykazuje się około 11% lepszą wydajnością niż w przypadku zastosowania R1234ze lub o 11 ÷ 15% większą wydajnością w porównaniu do R1234yf. Dla różnicy temperatury pomiędzy parowaniem i skraplaniem równej 8°C termosyfon wypełniony R134a charakteryzuje się wyższym współczynnikiem o 10% w stosunku do R1234ze oraz 15% w stosunku do R1234yf.
W artykule przedstawiono sposób obliczania i projektowania parametrów pracy rury Ranque’a–Hilscha. Dokonano przykładowych obliczeń, zaprojektowano i wykonano rurę wirową, którą przebadano na stanowisku eksperymentalnym. Rezultaty obliczeń porównano z wynikami eksperymentu i badaniami innych autorów.
W artykule przedstawiono systemy mikroklimatyzacji osobistej wykorzystujące procesy adsorpcji i desorpcji. Przedstawiono wybrane, ekologiczne pary robocze. Dokonano oceny warunków ergonomicznych i BHP wybranych systemów.
EN
The article presents the personal portable air-condisystems utilizing adsorption and desorption processes. Several working pairs based on natural refrigerants are discussed. Ergonomics and safety of selected systems is evaluated.
W artykule przedstawiono uwarunkowania ergonomiczne i bhp dla systemów mikroklimatyzacji osobistej wykorzystujących efekt obniżania temperatury za pomocą materiałów zmiennofazowych. Omówiono i przedstawiono podstawowe materiały zmiennofazowe jak i mieszaniny eutektyczne wykorzystywane w tzw. kamizelkach klimatyzowanych. Na podstawie analizy danych eksperymentalnych dokonano oceny systemów takiej klimatyzacji do poprawy warunków pracy w ciężkich warunkach środowiskowych.
EN
The article presents ergonomic and safety considerations for personal wearable air-conditioning systems based on cooling assisted by phase change materials. PCM materials as well as eutectic mixtures used in conditioned vests are described. Personal air-conditioning systems are evaluated based on the analysis of experimental data in order to improve human working conditions in harsh environments.
W pracy przeprowadzono ocenę możliwości wykorzystania sprężarkowych pomp ciepła do podniesienia temperatury nośnika niskoparametrowej energii odpadowej. Analizie poddano obiegi termodynamiczne pomp ciepła pracujących na czynnikach naturalnych CO2 i N2O oraz mieszaninie zeotropowej ziębników R124/R142b/R600a, realizowane przy ekstremalnych wartościach temperatury parowania i kondensacji. Zamodelowano teoretyczne obiegi termodynamiczne możliwe do realizacji; określono parametry porównawcze. Zaproponowano sposób opisu strat dla obiegów rzeczywistych i obliczono wartości COP. Sformułowano wnioski dotyczące perspektyw eksploatacji takich pomp ciepła w warunkach rzeczywistych.
EN
The study was carried out to assess the possibility to use compression heat pumps to increase the temperaturę carrier of Iow-waste energy. We have analyzed thermodynamic cycles of heat pumps that use CO2, N2O and zeotropic mixture of R124, R142b and R600a as refrigerant, and are implemented at extreme temperatures of evaporation and condensation. Theoretical thermodynamic cycles that are feasible under such conditions were modeled and their comparative parameters were determined.
Przedstawiono rezultaty prac eksperymentalnych, których celem było doświadczanie wyznaczenie charakterystyki rury wirowej przeznaczonej do systemu klimatyzacji osobistej. W zależności od parametrów wejściowych, takich jak ciśnienie i temperatura powietrza zasilającego, oraz udziału masowego strumienia zimnego powietrza, przedstawiono wybrane charakterystyki pracy rury wirowej. Zaproponowano system klimatyzacji osobistej bazujący na efekcie wirowym Ranque'a-Hilscha, zasilany sprężonym powietrzem z butli.
EN
The paper shows results of the experimental analysis of the vortex tube for personal air-conditioning system. Selected operating characteristics of the vortex tube are presented, depending on specific input parameters, such as pressure and temperature of supplied air, as well as mass fraction of the cold air stream. A personal air-conditioning system based on the result Ranque'a-Hilsch vortex has been proposed. The air supply is in this case a pressure vessel.
W pracy przedstawiono metodę poprawy warunków wymiany ciepła w sondzie gruntowej typu U, stosowanej w sprężarkowych pompach ciepła. Zaprezentowano, sprawdzoną w warunkach rzeczywistych, nową technologię ułożenia sondy gruntowej. Zaproponowano modyfikacje konstrukcyjne. Przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych, rozkładu temperatury i wydajności cieplnej. Wyniki porównano z danymi literaturowymi przedstawianymi przez producentów i instalatorów sond gruntowych.
W artykule przedstawiono przegląd konstrukcji sond gruntowych stosowanych w sprężarkowych pompach ciepła. Na podstawie sporządzonego modelu obliczeniowego i danych literaturowych, dokonano oceny rozwiązań konstrukcyjnych i ich wpływu na jakość wymiany ciepła z gruntem. Przedstawiono propozycje własnych modyfikacji konstrukcyjnych, rezultaty analiz modelowych i wybrane dane eksperymentalne. Zwrócono uwagę na potrzebę dalszych prac w tym kierunku.
W artykule przedstawiono analizę parametrów pracy ziębniczych systemów adsorpcyjnych przeznaczonych do pracy w instalacjach tri-generacyjnych. Zaproponowano model obliczeniowy, który dla wybranej pary roboczej (silikażel-woda) i zmieniających się parametrów źródeł ciepła umożliwia określenie wydajności oraz efektywności systemu adsorpcyjnego. Przeprowadzono analizę wpływu zmienności parametrów obiegu na efektywność i wydajność systemu chłodniczego. Wskazano maksymalne i minimalne wartości ciśnienia skraplania, w których możliwa jest realizacja obiegu sorpcyjnego. Wykazano, że dla określonej temperatury desorpcji, współczynnik COP przyjmuje wartość maksymalną, a położenie punktu maksimum można ustalać przez zmianę temperatury adsorpcji.
EN
The paper shows an analysis of parameters for adsorption refrigeration units in tri-generation systems. It proposes the mathematical model that enables determination of coefficient of performance and cooling capacity for chosen working pair (silica-gel/water) and variable heat source parameters. The analysis of influence of cycle parameters changeability onto COP and cooling capacity was performed. It indicates the maximal and minimal values of possible condensing pressure. It was demonstrated that for specified desorption temperature COP has its maximum and that this point can be changed by the change od adsorption temperature.
The paper presents thermodynamic analyses and studies based on maximum heating coefficient of a transcritical N2O heat pump cycle and energetic comparisons with CO2 cycle. Maximum COP occurs at an optimal heat rejection pressure which depends mainly on the outlet temperature of the gas cooler, the evaporation temperature and the performance of compressor. Correlations of the optimal heat rejection pressure in terms of appropriate parameters were obtained for specific conditions based on simulations of the cycle. An expression for optimum discharge pressure has been developed. Variation trends of optimal parameters for the N2O system are similar to that of a CO2 system. The N2O cycle exhibits higher cooling COP, lower compressor pressure ratio and lower discharge pressure and temperature, and higher second law efficiency when compared to CO2 based systems.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Adsorption heat pumps (SSHP) (solid-liquid/gas) have potential to be competitive if one compares them with absorption heat pumps (liquid-liquid/gas) or vapor compressor heat pumps. Benefits follow from the type of a heat pump drive source. SSHP utilize a waste heat of industrial processes as a heat source and fully ecological substances as working pair. For physical adsorption silica gel - water and zeolite - water can be used. For chemical adsorption it can be salt - ammonia (or its derivatives). However, low efficiency (COP < 1) and constant work difficulties seem to be the basic problem. In this paper a COP model of an adsorption heat pump system is discussed: basic two-adsorber system, system with recuperation and with regeneration. The results of theoretical analysis of several types of sorption systems using different working pairs have been evaluated for the highest coefficient of performance.
W artykule przedstawiono stosowane rozwiązania ograniczające zagrożenie cieplne na stanowiskach operatorskich w kopalniach. Scharakteryzowano sposoby oparte na klimatyzacji zamkniętych kabin operatorskich. Dokonano oceny skuteczności takich rozwiązań oraz porównano z systemami klimatyzacji otwartej, polegającej na nawiewie ochłodzonego powietrza, w kierunku nieosłoniętego stanowiska operatorskiego. Alternatywę dla obecnie stosowanych rozwiązań klimatyzacji stanowiskowej mogą stanowić kamizelki chłodzące, z własnym, autonomicznym, źródłem chłodu lub kamizelki podłączone do zewnętrznego generatora zimna. W artykule zamieszczono charakterystykę takich rozwiązań, stosowanych w innych gałęziach przemysłu i techniki. Przedstawiono efekty działania oraz wymagania dla ich skutecznej pracy, wynikające z dotychczasowych testów i doświadczeń.
EN
Some solutions used on operator's workplace in mines to limit thermal hazard are presented in the paper. Methods based on air conditioning of closed operator's cabins are characterised. An assessment of effectiveness of such solutions and the comparison with the opened air conditioning systems, which consists in cooled air blow toward unsheltered operator's workplace were made. The alternative for currently used solutions for workplace air conditioning could be cooling vests with their own, independent source of cold or vests connected with the outer generator of cold. In the paper the characteristics of such solutions used in other industrial branches is presented. The effects of their operation and the requirements necessary for their effective work resulting from tests and to date experience, are described as well.
Każdy proces projektowania instalacji grzewczej opartej na pompach ciepła rozpoczyna się od założenia temperatur, wyboru czynnika obiegowego i projektu obiegu termodynamicznego. Punktem wyjścia do oceny obiegu realizowanego w pompie ciepła jest przyjęcie równoważnego, odwracalnego obiegu porównawczego i określenie dla niego współczynnika efektywności grzejnej COP. Umożliwia to oszacowanie strat i tym samym zaprojektowanie obiegu optymalnego dla danych wymagań cieplnych obiektu i założonych warunków termicznych [7, 16]. W niniejszym artykule przedstawiono analizę wpływu zmiennych temperatur źródła dolnego i górnego na współczynnik efektywności pompy ciepła. Zaproponowano sposób określania optymalnych wartości temperatur do projektowanego obiegu jak również modyfikacje tradycyjnych procedur doboru obiegu porównawczego.
Wykorzystanie procesów adsorpcji fizycznej i chemicznej umożliwia zaprojektowanie nowego typu systemów chłodniczych realizujących obiegi lewobieżne. Jako zespoły sorpcyjne mogą być wykorzystane silikażele i zeolity z wodą lub, w przypadku adsorpcji chemicznej, sole i metyloamina. Analizie poddano zaproponowane pary robocze pod kątem maksymalizacji wartości współczynnika efektywności ziębniczej. Zaproponowano konstrukcję i określono parametry eksploatacyjne urządzenia adsorpcyjnego o działaniu ciągłym napędzanego ciepłem spalin odlotowych. Zaproponowano konstrukcję adsorbera. Analiza istniejącego stanu wiedzy, w zakresie wykorzystania procesów adsorpcyjnych do obniżania temperatury, wskazuje na innowacyjność oraz szerokie możliwości aplikacyjne tej technologii.
Silniki spalinowe samojezdnych maszyn górniczych SMG emitują spaliny wydechowe o wysokiej temperaturze, których energia cieplna pogarsza warunki termiczne w bezpośrednim otoczeniu kabiny, które muszą być wyposażone są w systemy klimatyzacji. Postęp technologii adsorpcyjnej umożliwia wykonanie urządzenia klimatyzacyjnego, połączonego z kabiną operatora, wykorzystującego adsorpcyjny system ziębniczy, napędzanego energią spalin odlotowych silnika spalinowego. W artykule przedstawiono przykładowe rozwiązania konstrukcyjne urządzeń chłodniczych stosowanych na SMG oraz przeprowadzono analizę skuteczności klimatyzacji stanowiskowej w rzeczywistych warunkach kopalń. Zaprezentowano także koncepcję chłodniczego urządzenia adsorpcyjnego, próżniowego, spełniającego warunki bezpieczeństwa
W artykule przedstawiono opis matematyczny procesu skraplania zachodzącego w skraplaczu chłodzonym konwekcyjnie w małym urządzeniu chłodniczym pracującym z zeotropowym roztworem binarnym węglowodorów nasyconych propan - n butan. Wskazano kryteria, na podstawie których dokonano wyboru struktury przepływu i podstawowych założeń do modelu matematycznego skraplacza. Model ten oparto na podstawowych równaniach: zachowania energii, zachowania pędu, zachowania masy i zachowania i-tego składnika roztworu. Efektem modelowania jest układ równań różniczkowych, których rozwiązanie umożliwia jednoznaczne określenie temperatury i stopnia suchości czynnika w dowolnym punkcie skraplacza oraz interpretację graficzną procesu na wykresach fazowych.
EN
Mathematical model of condensation process on air cooled condenser operating in small refrigeration device operating with zeotrapic blend of saturated hydrocarbons: propane and n-butane has been presented in the paper. Criteria of change of two-phase flow pattern as well as model assumptions have been discussed. Model is based on conservation equations of momentum, energy, and mass of the i-component of the blend. Temperature and pressure at any point of the condenser can be determined on the basis of the solution of the set of differential equations formulated in the paper. Graphical interpretation of results in the phase diagrams has been presented.
W kopalniach podziemnych, efektywność systemu klimatyzacji zależy w znaczący sposób od przesyłu energii chłodniczej. Specyfika pracy kopalń powoduje, że nie uniknie się dużych odległościach jednostki centralnej od miejsca odbioru zimna- chłodnicy powietrza, długich rurociągów wody lodowej i wynikających stąd strat. W artykule zaprezentowano metodę minimalizacji strat przesyłowych oraz optymalizacji pracy chłodnic. Znaczące efekty uzyskano poprzez regulację parametrów wody lodowej na odpływie i maksymalizację wykorzystania mocy chłodniczej źródła zimna; praktycznie w każdych warunkach i miejscach zabudowy chłodnic powietrza. Analizę oparto na przykładowej, rzeczywistej instalacji klimatyzacyjnej z siecią rurociągów klimatyzacji w kopalni miedzi. Wykonano prognozę dotyczącą zmiany temperatury wody lodowej, straty mocy chłodniczej i ocenę sprawności termicznej rurociągów dla czterech wariantów budowy rurociągów.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.