Krasnodar, Krasnodar, Russian Federation
Krasnodar, Russian Federation
GRNTI 67.01 Общие вопросы строительства
BBK 38 Строительство
To date, not all of the buildings and structures that can be built are fully able to be provided with grid energy resources. Failures to issue technical specifications began to multiply, along with the price for connection increased. The solution to this problem can be gas piston or gas turbine installations. Provided that the energy balance of the building has been correctly calculated and appropriately approached the use of energy resources, that is, the load is at an acceptable level for this unit. These installations can provide the building with heat, cold and electricity at relatively low material costs. It is not advantageous to use these installations in the off-season when the internal temperature regime corresponds to the outdoor temperature, at which time it is advisable to use network resources.
solar collector, absorption refrigerating machine, trigeneration
Введение. На первый взгляд может показаться, что из-за разности энергозагруженности конкретно рассматриваемого здания, использование выше указанных установок не имеет смысла, и может оказаться, что в некоторых случаях это так и есть, но если потребление сбалансировано, то установки могут использоваться. Так же стоит отметить что более массово данная технология может использоваться совместно с адсорбционными холодильными машинами в режиме тригенерации [1, 2, 9, 8, 16].
Для повышения эффективности комбинированных гелиоколлекторных установок с солнечными батареями (кгусб) в летний период, когда у потребителей значительно снижается потребность в тепле, и растут затраты энергии на кондиционирование, комбинированная установка используют еще и для производства холода, то есть в режиме тригенерации [3–6].
Производство холода в адсорбционной машине достигается вследствие трансформации тепла путем сочетания прямого цикла превращения его в работу и обратного цикла – получения холода с расходом работы. В осуществлении цикла холодильной машины участвуют три источника тепла: нагреватель, окружающая среда и охлаждающий объект [12–15].
В адсорбционных холодильных установках возможно использование избыточной теплоты, получаемой на гелиоколлекторной установки установке, с целью производства холода для технологических нужд. Комбинированных гелиоколлекторных установок с солнечными батареями с получением холода является дополнительным инструментом для стимуляции повышения энергетической эффективности сложных технологических процессов и предприятий в целом.
Основная часть. Выбор типа адсорбционной холодильной машины для тригенерационной установки определяется, главным образом, температурой охлаждения, требуемой для технологического процесса, и холодильной нагрузкой. если требуются температуры охлаждения более 0 °С, то используются бромистолитиевые адсорбционные холодильные машины.
На рис. 1 приведена схема комбинированной гелиоколлекторной установок с солнечными батареями, которая включена в контур холодильной системы. В этой схеме теплота гелиоколлекторной установки используется в десорбере либо непосредственно (рис. 1, а), либо через промежуточный теплообменник, в котором теплота от теплоносителя гелиоколлекторной установки переходит в начале в теплоту горячей воды или пара (рис. 1, б) [11].
Достоинством схемы «а» является отсутствие дополнительного теплообменника, удешевление установки, улучшение ее компоновки. Преимуществом схемы «б» является то, что пар или горячую воду, вырабатываемые для адсорбционной холодильной установки, можно использовать и для других целей, что делает установку универсальной.
Система управления адсорбционной холодильной установки работает, как правило, независимо от системы управления гелиоколлекторной установки. Если нет потребности в охлаждении, а гелиоколлекторная установка продолжает работать, то поток теплоносителя автоматически байпасирует контур десорбера адсорбционной холодильной установки.
Рис. 1. Схема адсорбционной холодильной установки, работающей совместно с гелиоколлекторной установкой, при использовании теплоты теплоносителя (а) и горячей воды/пара (б) 1 – адсорбер; 2 – теплообменник
растворов; 3 – десорбер; 4 – конденсатор; 5 – парожидкостный теплообменник, 6 – испаритель; 7 – дроссельный вентиль раствора; 8 – дроссельный вентиль рабочего тела; 9 – насос крепкого раствора; 10 – контур раствора; 11 – холодильная установка; 12 – гелиоколлекторная установка
Технологические процессы с применением теплоты и холода, расходы которых изменяются во времени, можно оптимизировать, применяя адсорбционной холодильной машины в сочетании с буферным ледяным холодильником. Когда уменьшается или прекращается подача пара на адсорбционную холодильную машину (например – ночью), то включается «ледяной» буфер, а адсорбционная холодильная установка переходит на частичную мощность или вообще останавливается.
На рис. 2 показана схема комбинированной гелиоколлекторной установки с солнечными батареями, в которой часть теплоты выхлопных от гелиоколлекторной установки используется в адсорбционной холодильной машине для получения холода, а другая для горячего водоснабжения [10].
Еще один вариант тригенерационной установки показан на рис. 3.
Рис. 2. Схема тригенерационной установки на основе комбинированной гелиоколлекторной установка
с солнечными батареями
Рис. 3. Схема тригенерационной установки на базе комбинированная гелиоколлекторной установки
с солнечными батареями, теплового насоса и адсорбционной холодильной машины
От предыдущей схемы она отличается тем, что третьим полезным продуктом (кроме электроэнергии и теплоты) является холодная вода (+7…+12 °C), циркулирующая в системе кондиционирования здания и вырабатываемая как в тепловом насосе, так и в адсорбционной холодильной машине.
Сопоставление схем проводится по четырем основным показателям: электрический КПД электрогенерации hэ, коэффициент использования топлива Kит, эксергетический КПД системы hех, относительная экономия топлива Dgт, рассчитываемые по уравнениям:
, (1)
, (2)
, (3)
, (4)
где EQ, Eтоп – эксергия теплоты и топлива, соответственно; hэ.раз, hт.раз, Kраз – эффективность раздельной выработки электроэнергии, теплоты, холода; gтоп – расход топлива в микротурбинной генерации.
Параметры адсорбционного процесса существенно зависят от температуры. Представляет интерес зависимость адсорбционного равновесия от температуры.
Теория изотермы адсорбции была создана И. Ленгмюром, в дальнейшем вместо адсорбционного потенциала И. Ленгмюра получили , где R – газовая постоянная, Т – температура, с1 и с2 - концентрация компонентов смеси, предлагается функция
, которая равна.
, (5)
где – объем адсорбционного пространства, в котором действует адсорбционное поле;
– степень заполнения этого объема;
– предельная величина адсорбции в объеме
при давлении
. Связь величин
и
вытекает из уравнения (5):
. (6)
Дифференцируя уравнение (6) по Т при , получим
. (7)
Рассматривая адсорбционную систему при , можно установить аналогию термодинамических свойств такой системы и свойств объемного раствора.
Величины и
можно рассматривать как парциальные «избыточные» свободную энергию и энтропию, обусловленные молекулярными взаимодействиями, подобно тому, как это принято делать при термодинамическом анализе объемных растворов. Поэтому производную
можно назвать парциальной «энтропией взаимодействий» (
), а величина
– парциальной «энтропией смешения» (
) при образовании идеальной адсорбционной системы. Вводя эти обозначения в уравнение (7), получим
. (8)
Величина связана с дифференциальной энтропией адсорбции
уравнением
. (9)
в котором второй член может быть получен дифференцированием изотермы адсорбции, где – коэффициент теплового расширения насыщенной адсорбционной фазы при
.
По уравнению Гиббса-Гельмгольца, написанного для адсорбционного равновесия при , и на основании уравнения (9) можно показать, что
, (10)
где – аналог чистой изостерической теплоты адсорбции, вычисляемый вдоль линии
. Можно доказать, что если в координатах
,
изостеры адсорбции (
) линейны, то линии
в тех же координатах будут также прямимы. В сравнительно узком интервале температур
, в котором изостеры линейны, величины
и
, в первом приближении, не зависят от Т, т.е.:
,
, (11)
а поэтому для двух температур и
можно написать
. (12)
Подставив в уравнение (12) значение из уравнения (8), после преобразований получим при
, (13)
где –относительное давление, а индексы 1 и 2 указывают температуру.
Уравнение (13) позволяет вычислить точку с координатами ( ,
) на изотерме
, если известна точка (
,
) на изотерме
и величина
. Если изостеры линейны и условия (11) соблюдаются, то уравнение (13) можно считать точным. Величина
в общем случае нам неизвестна, однако уравнение (13) допускает два приближенных решения при
и при
. Если предположить, что
, то мы получим уравнение
при
, (14)
которое представляет собой условие температурной инвариантности характеристической кривой и позволяет вычислять температурную зависимость изотерм адсорбции для данной области
, в которой выполняется условие
.
Рассмотрим теперь второе возможное приближенное решение при . Проведенные нами вычисления
в зависимости от
для ряда систем показали, что во многих случаях энтропия взаимодействия мала во всем интервале
, и в уравнении (13) величиной
можно пренебречь. При условии
из уравнения (13) получим
. (15)
Уравнение (15) позволяет решить задачу, поставленную во втором приближении по сравнению с уравнением (14). При больших оба уравнения дают примерно одинаковые результаты, так как величина
мала. При малых
уравнение (14) приводит к большим относительным ошибкам в величине
, так как при
для выполнения условия
величина
должна стремится к бесконечности, что не имеет физического смысла и приводит к бесконечно большому значению начальной теплоты адсорбции. В отличии от этого уравнения (15) при
дает гораздо меньшую относительную ошибку величины
, так как в этой области естественно пренебречь конечной и малой величиной
по сравнению с
. Поэтому при малых
уравнение (15) должно давать гораздо лучшее согласие с опытом, чем уравнение (14).
В заключение приведем метод определения конечных параметров аккумулирования системы теплообменник – грунт.
Примем, что , где
Уравнение процесса теплообмена ( ) определяется соотношениями:
, (16)
. (17)
, если
. (18)
Линейный масштаб эффективного аккумулирования:
. (19)
Теплота, аккумулированная грунтом:
. (20)
В этих уравнениях Rэ – термическое сопротивление грунта; Z – рабочая высота теплообменника.
Выводы. Комбинированная технология получения электроэнергии, теплоты и холода позволяет расширить круг предприятий, заинтересованных во внедрении систем тригенерации на основе комбинированной гелиоколлекторной установки с солнечными батареями.
Введение. На первый взгляд может показаться, что из-за разности энергозагруженности конкретно рассматриваемого здания, использование выше указанных установок не имеет смысла, и может оказаться, что в некоторых случаях это так и есть, но если потребление сбалансировано, то установки могут использоваться. Так же стоит отметить что более массово данная технология может использоваться совместно с адсорбционными холодильными машинами в режиме тригенерации [1, 2, 9, 8, 16].
Для повышения эффективности комбинированных гелиоколлекторных установок с солнечными батареями (кгусб) в летний период, когда у потребителей значительно снижается потребность в тепле, и растут затраты энергии на кондиционирование, комбинированная установка используют еще и для производства холода, то есть в режиме тригенерации [3–6].
Производство холода в адсорбционной машине достигается вследствие трансформации тепла путем сочетания прямого цикла превращения его в работу и обратного цикла – получения холода с расходом работы. В осуществлении цикла холодильной машины участвуют три источника тепла: нагреватель, окружающая среда и охлаждающий объект [12–15].
В адсорбционных холодильных установках возможно использование избыточной теплоты, получаемой на гелиоколлекторной установки установке, с целью производства холода для технологических нужд. Комбинированных гелиоколлекторных установок с солнечными батареями с получением холода является дополнительным инструментом для стимуляции повышения энергетической эффективности сложных технологических процессов и предприятий в целом.
Основная часть. Выбор типа адсорбционной холодильной машины для тригенерационной установки определяется, главным образом, температурой охлаждения, требуемой для технологического процесса, и холодильной нагрузкой. если требуются температуры охлаждения более 0 °С, то используются бромистолитиевые адсорбционные холодильные машины.
На рис. 1 приведена схема комбинированной гелиоколлекторной установок с солнечными батареями, которая включена в контур холодильной системы. В этой схеме теплота гелиоколлекторной установки используется в десорбере либо непосредственно (рис. 1, а), либо через промежуточный теплообменник, в котором теплота от теплоносителя гелиоколлекторной установки переходит в начале в теплоту горячей воды или пара (рис. 1, б) [11].
Достоинством схемы «а» является отсутствие дополнительного теплообменника, удешевление установки, улучшение ее компоновки. Преимуществом схемы «б» является то, что пар или горячую воду, вырабатываемые для адсорбционной холодильной установки, можно использовать и для других целей, что делает установку универсальной.
Система управления адсорбционной холодильной установки работает, как правило, независимо от системы управления гелиоколлекторной установки. Если нет потребности в охлаждении, а гелиоколлекторная установка продолжает работать, то поток теплоносителя автоматически байпасирует контур десорбера адсорбционной холодильной установки.
Рис. 1. Схема адсорбционной холодильной установки, работающей совместно с гелиоколлекторной установкой, при использовании теплоты теплоносителя (а) и горячей воды/пара (б) 1 – адсорбер; 2 – теплообменник
растворов; 3 – десорбер; 4 – конденсатор; 5 – парожидкостный теплообменник, 6 – испаритель; 7 – дроссельный вентиль раствора; 8 – дроссельный вентиль рабочего тела; 9 – насос крепкого раствора; 10 – контур раствора; 11 – холодильная установка; 12 – гелиоколлекторная установка
Технологические процессы с применением теплоты и холода, расходы которых изменяются во времени, можно оптимизировать, применяя адсорбционной холодильной машины в сочетании с буферным ледяным холодильником. Когда уменьшается или прекращается подача пара на адсорбционную холодильную машину (например – ночью), то включается «ледяной» буфер, а адсорбционная холодильная установка переходит на частичную мощность или вообще останавливается.
На рис. 2 показана схема комбинированной гелиоколлекторной установки с солнечными батареями, в которой часть теплоты выхлопных от гелиоколлекторной установки используется в адсорбционной холодильной машине для получения холода, а другая для горячего водоснабжения [10].
Еще один вариант тригенерационной установки показан на рис. 3.
Рис. 2. Схема тригенерационной установки на основе комбинированной гелиоколлекторной установка
с солнечными батареями
Рис. 3. Схема тригенерационной установки на базе комбинированная гелиоколлекторной установки
с солнечными батареями, теплового насоса и адсорбционной холодильной машины
От предыдущей схемы она отличается тем, что третьим полезным продуктом (кроме электроэнергии и теплоты) является холодная вода (+7…+12 °C), циркулирующая в системе кондиционирования здания и вырабатываемая как в тепловом насосе, так и в адсорбционной холодильной машине.
Сопоставление схем проводится по четырем основным показателям: электрический КПД электрогенерации hэ, коэффициент использования топлива Kит, эксергетический КПД системы hех, относительная экономия топлива Dgт, рассчитываемые по уравнениям:
, (1)
, (2)
, (3)
, (4)
где EQ, Eтоп – эксергия теплоты и топлива, соответственно; hэ.раз, hт.раз, Kраз – эффективность раздельной выработки электроэнергии, теплоты, холода; gтоп – расход топлива в микротурбинной генерации.
Параметры адсорбционного процесса существенно зависят от температуры. Представляет интерес зависимость адсорбционного равновесия от температуры.
Теория изотермы адсорбции была создана И. Ленгмюром, в дальнейшем вместо адсорбционного потенциала И. Ленгмюра получили , где R – газовая постоянная, Т – температура, с1 и с2 - концентрация компонентов смеси, предлагается функция
, которая равна.
, (5)
где – объем адсорбционного пространства, в котором действует адсорбционное поле;
– степень заполнения этого объема;
– предельная величина адсорбции в объеме
при давлении
. Связь величин
и
вытекает из уравнения (5):
. (6)
Дифференцируя уравнение (6) по Т при , получим
. (7)
Рассматривая адсорбционную систему при , можно установить аналогию термодинамических свойств такой системы и свойств объемного раствора.
Величины и
можно рассматривать как парциальные «избыточные» свободную энергию и энтропию, обусловленные молекулярными взаимодействиями, подобно тому, как это принято делать при термодинамическом анализе объемных растворов. Поэтому производную
можно назвать парциальной «энтропией взаимодействий» (
), а величина
– парциальной «энтропией смешения» (
) при образовании идеальной адсорбционной системы. Вводя эти обозначения в уравнение (7), получим
. (8)
Величина связана с дифференциальной энтропией адсорбции
уравнением
. (9)
в котором второй член может быть получен дифференцированием изотермы адсорбции, где – коэффициент теплового расширения насыщенной адсорбционной фазы при
.
По уравнению Гиббса-Гельмгольца, написанного для адсорбционного равновесия при , и на основании уравнения (9) можно показать, что
, (10)
где – аналог чистой изостерической теплоты адсорбции, вычисляемый вдоль линии
. Можно доказать, что если в координатах
,
изостеры адсорбции (
) линейны, то линии
в тех же координатах будут также прямимы. В сравнительно узком интервале температур
, в котором изостеры линейны, величины
и
, в первом приближении, не зависят от Т, т.е.:
,
, (11)
а поэтому для двух температур и
можно написать
. (12)
Подставив в уравнение (12) значение из уравнения (8), после преобразований получим при
, (13)
где –относительное давление, а индексы 1 и 2 указывают температуру.
Уравнение (13) позволяет вычислить точку с координатами ( ,
) на изотерме
, если известна точка (
,
) на изотерме
и величина
. Если изостеры линейны и условия (11) соблюдаются, то уравнение (13) можно считать точным. Величина
в общем случае нам неизвестна, однако уравнение (13) допускает два приближенных решения при
и при
. Если предположить, что
, то мы получим уравнение
при
, (14)
которое представляет собой условие температурной инвариантности характеристической кривой и позволяет вычислять температурную зависимость изотерм адсорбции для данной области
, в которой выполняется условие
.
Рассмотрим теперь второе возможное приближенное решение при . Проведенные нами вычисления
в зависимости от
для ряда систем показали, что во многих случаях энтропия взаимодействия мала во всем интервале
, и в уравнении (13) величиной
можно пренебречь. При условии
из уравнения (13) получим
. (15)
Уравнение (15) позволяет решить задачу, поставленную во втором приближении по сравнению с уравнением (14). При больших оба уравнения дают примерно одинаковые результаты, так как величина
мала. При малых
уравнение (14) приводит к большим относительным ошибкам в величине
, так как при
для выполнения условия
величина
должна стремится к бесконечности, что не имеет физического смысла и приводит к бесконечно большому значению начальной теплоты адсорбции. В отличии от этого уравнения (15) при
дает гораздо меньшую относительную ошибку величины
, так как в этой области естественно пренебречь конечной и малой величиной
по сравнению с
. Поэтому при малых
уравнение (15) должно давать гораздо лучшее согласие с опытом, чем уравнение (14).
В заключение приведем метод определения конечных параметров аккумулирования системы теплообменник – грунт.
Примем, что , где
Уравнение процесса теплообмена ( ) определяется соотношениями:
, (16)
. (17)
, если
. (18)
Линейный масштаб эффективного аккумулирования:
. (19)
Теплота, аккумулированная грунтом:
. (20)
В этих уравнениях Rэ – термическое сопротивление грунта; Z – рабочая высота теплообменника.
Выводы. Комбинированная технология получения электроэнергии, теплоты и холода позволяет расширить круг предприятий, заинтересованных во внедрении систем тригенерации на основе комбинированной гелиоколлекторной установки с солнечными батареями.
Введение. На первый взгляд может показаться, что из-за разности энергозагруженности конкретно рассматриваемого здания, использование выше указанных установок не имеет смысла, и может оказаться, что в некоторых случаях это так и есть, но если потребление сбалансировано, то установки могут использоваться. Так же стоит отметить что более массово данная технология может использоваться совместно с адсорбционными холодильными машинами в режиме тригенерации [1, 2, 9, 8, 16].
Для повышения эффективности комбинированных гелиоколлекторных установок с солнечными батареями (кгусб) в летний период, когда у потребителей значительно снижается потребность в тепле, и растут затраты энергии на кондиционирование, комбинированная установка используют еще и для производства холода, то есть в режиме тригенерации [3–6].
Производство холода в адсорбционной машине достигается вследствие трансформации тепла путем сочетания прямого цикла превращения его в работу и обратного цикла – получения холода с расходом работы. В осуществлении цикла холодильной машины участвуют три источника тепла: нагреватель, окружающая среда и охлаждающий объект [12–15].
В адсорбционных холодильных установках возможно использование избыточной теплоты, получаемой на гелиоколлекторной установки установке, с целью производства холода для технологических нужд. Комбинированных гелиоколлекторных установок с солнечными батареями с получением холода является дополнительным инструментом для стимуляции повышения энергетической эффективности сложных технологических процессов и предприятий в целом.
Основная часть. Выбор типа адсорбционной холодильной машины для тригенерационной установки определяется, главным образом, температурой охлаждения, требуемой для технологического процесса, и холодильной нагрузкой. если требуются температуры охлаждения более 0 °С, то используются бромистолитиевые адсорбционные холодильные машины.
На рис. 1 приведена схема комбинированной гелиоколлекторной установок с солнечными батареями, которая включена в контур холодильной системы. В этой схеме теплота гелиоколлекторной установки используется в десорбере либо непосредственно (рис. 1, а), либо через промежуточный теплообменник, в котором теплота от теплоносителя гелиоколлекторной установки переходит в начале в теплоту горячей воды или пара (рис. 1, б) [11].
Достоинством схемы «а» является отсутствие дополнительного теплообменника, удешевление установки, улучшение ее компоновки. Преимуществом схемы «б» является то, что пар или горячую воду, вырабатываемые для адсорбционной холодильной установки, можно использовать и для других целей, что делает установку универсальной.
Система управления адсорбционной холодильной установки работает, как правило, независимо от системы управления гелиоколлекторной установки. Если нет потребности в охлаждении, а гелиоколлекторная установка продолжает работать, то поток теплоносителя автоматически байпасирует контур десорбера адсорбционной холодильной установки.
Рис. 1. Схема адсорбционной холодильной установки, работающей совместно с гелиоколлекторной установкой, при использовании теплоты теплоносителя (а) и горячей воды/пара (б) 1 – адсорбер; 2 – теплообменник
растворов; 3 – десорбер; 4 – конденсатор; 5 – парожидкостный теплообменник, 6 – испаритель; 7 – дроссельный вентиль раствора; 8 – дроссельный вентиль рабочего тела; 9 – насос крепкого раствора; 10 – контур раствора; 11 – холодильная установка; 12 – гелиоколлекторная установка
Технологические процессы с применением теплоты и холода, расходы которых изменяются во времени, можно оптимизировать, применяя адсорбционной холодильной машины в сочетании с буферным ледяным холодильником. Когда уменьшается или прекращается подача пара на адсорбционную холодильную машину (например – ночью), то включается «ледяной» буфер, а адсорбционная холодильная установка переходит на частичную мощность или вообще останавливается.
На рис. 2 показана схема комбинированной гелиоколлекторной установки с солнечными батареями, в которой часть теплоты выхлопных от гелиоколлекторной установки используется в адсорбционной холодильной машине для получения холода, а другая для горячего водоснабжения [10].
Еще один вариант тригенерационной установки показан на рис. 3.
Рис. 2. Схема тригенерационной установки на основе комбинированной гелиоколлекторной установка
с солнечными батареями
Рис. 3. Схема тригенерационной установки на базе комбинированная гелиоколлекторной установки
с солнечными батареями, теплового насоса и адсорбционной холодильной машины
От предыдущей схемы она отличается тем, что третьим полезным продуктом (кроме электроэнергии и теплоты) является холодная вода (+7…+12 °C), циркулирующая в системе кондиционирования здания и вырабатываемая как в тепловом насосе, так и в адсорбционной холодильной машине.
Сопоставление схем проводится по четырем основным показателям: электрический КПД электрогенерации hэ, коэффициент использования топлива Kит, эксергетический КПД системы hех, относительная экономия топлива Dgт, рассчитываемые по уравнениям:
, (1)
, (2)
, (3)
, (4)
где EQ, Eтоп – эксергия теплоты и топлива, соответственно; hэ.раз, hт.раз, Kраз – эффективность раздельной выработки электроэнергии, теплоты, холода; gтоп – расход топлива в микротурбинной генерации.
Параметры адсорбционного процесса существенно зависят от температуры. Представляет интерес зависимость адсорбционного равновесия от температуры.
Теория изотермы адсорбции была создана И. Ленгмюром, в дальнейшем вместо адсорбционного потенциала И. Ленгмюра получили , где R – газовая постоянная, Т – температура, с1 и с2 - концентрация компонентов смеси, предлагается функция
, которая равна.
, (5)
где – объем адсорбционного пространства, в котором действует адсорбционное поле;
– степень заполнения этого объема;
– предельная величина адсорбции в объеме
при давлении
. Связь величин
и
вытекает из уравнения (5):
. (6)
Дифференцируя уравнение (6) по Т при , получим
. (7)
Рассматривая адсорбционную систему при , можно установить аналогию термодинамических свойств такой системы и свойств объемного раствора.
Величины и
можно рассматривать как парциальные «избыточные» свободную энергию и энтропию, обусловленные молекулярными взаимодействиями, подобно тому, как это принято делать при термодинамическом анализе объемных растворов. Поэтому производную
можно назвать парциальной «энтропией взаимодействий» (
), а величина
– парциальной «энтропией смешения» (
) при образовании идеальной адсорбционной системы. Вводя эти обозначения в уравнение (7), получим
. (8)
Величина связана с дифференциальной энтропией адсорбции
уравнением
. (9)
в котором второй член может быть получен дифференцированием изотермы адсорбции, где – коэффициент теплового расширения насыщенной адсорбционной фазы при
.
По уравнению Гиббса-Гельмгольца, написанного для адсорбционного равновесия при , и на основании уравнения (9) можно показать, что
, (10)
где – аналог чистой изостерической теплоты адсорбции, вычисляемый вдоль линии
. Можно доказать, что если в координатах
,
изостеры адсорбции (
) линейны, то линии
в тех же координатах будут также прямимы. В сравнительно узком интервале температур
, в котором изостеры линейны, величины
и
, в первом приближении, не зависят от Т, т.е.:
,
, (11)
а поэтому для двух температур и
можно написать
. (12)
Подставив в уравнение (12) значение из уравнения (8), после преобразований получим при
, (13)
где –относительное давление, а индексы 1 и 2 указывают температуру.
Уравнение (13) позволяет вычислить точку с координатами ( ,
) на изотерме
, если известна точка (
,
) на изотерме
и величина
. Если изостеры линейны и условия (11) соблюдаются, то уравнение (13) можно считать точным. Величина
в общем случае нам неизвестна, однако уравнение (13) допускает два приближенных решения при
и при
. Если предположить, что
, то мы получим уравнение
при
, (14)
которое представляет собой условие температурной инвариантности характеристической кривой и позволяет вычислять температурную зависимость изотерм адсорбции для данной области
, в которой выполняется условие
.
Рассмотрим теперь второе возможное приближенное решение при . Проведенные нами вычисления
в зависимости от
для ряда систем показали, что во многих случаях энтропия взаимодействия мала во всем интервале
, и в уравнении (13) величиной
можно пренебречь. При условии
из уравнения (13) получим
. (15)
Уравнение (15) позволяет решить задачу, поставленную во втором приближении по сравнению с уравнением (14). При больших оба уравнения дают примерно одинаковые результаты, так как величина
мала. При малых
уравнение (14) приводит к большим относительным ошибкам в величине
, так как при
для выполнения условия
величина
должна стремится к бесконечности, что не имеет физического смысла и приводит к бесконечно большому значению начальной теплоты адсорбции. В отличии от этого уравнения (15) при
дает гораздо меньшую относительную ошибку величины
, так как в этой области естественно пренебречь конечной и малой величиной
по сравнению с
. Поэтому при малых
уравнение (15) должно давать гораздо лучшее согласие с опытом, чем уравнение (14).
В заключение приведем метод определения конечных параметров аккумулирования системы теплообменник – грунт.
Примем, что , где
Уравнение процесса теплообмена ( ) определяется соотношениями:
, (16)
. (17)
, если
. (18)
Линейный масштаб эффективного аккумулирования:
. (19)
Теплота, аккумулированная грунтом:
. (20)
В этих уравнениях Rэ – термическое сопротивление грунта; Z – рабочая высота теплообменника.
Выводы. Комбинированная технология получения электроэнергии, теплоты и холода позволяет расширить круг предприятий, заинтересованных во внедрении систем тригенерации на основе комбинированной гелиоколлекторной установки с солнечными батареями.
1. INTAS PROJECT, Reference Number: INTAS-96-1730. Alternative Refrigerating // Heat-Pumping and Air-Conditioning Systems based on the open absorption cycle and Solar Energy. 1998.
2. Amerhanov R.A., Begday S.N. K probleme energoeffektivnogo zdaniya // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Severo-Kavkazskiy region. Seriya: Tehnicheskie nauki. 2005. № 2. S. 91-94.
3. Gar'kavyy K.A., Begday S.N. Analiz effektivnosti mikroklimata pomescheniya // Energosberezhenie i vodopodgotovka. 2006. № 6. S. 76-77.
4. Begday S.N. Povyshenie teplovoy effektivnosti odnoetazhnyh zdaniy s geliokollektorom. avtoreferat dissertacii na soiskanie uchenoy stepeni kandidata tehnicheskih nauk. Volgograd, 2008. 18 s.
5. Gar'kavyy K.A., Cygankov B.K. Analiz tendenciy razvitiya tradicionnyh i vozobnovlyaemyh istochnikov energii // Trudy Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2014. T. 1. № 46. S. 207-212.
6. Gar'kavyy K.A., Amerhanov R.A. K vo-prosu ekonomicheskoy i energeticheskoy effektivnosti sistem, ispol'zuyuschih vozobnovlyaemye istochniki energii // Energosberezhenie i vodopodgotovka. 2009. № 4. S. 57-59.
7. Gar'kavyy K.A. Glavnyy vozobnovlyaemyy istochnik energii // Mezhdunarodnyy nauchnyy zhurnal Al'ternativnaya energetika i ekologiya. 2014. № 8 (148). S. 22-28.
8. Kirichenko A.S. Obosnovanie paramet-rov kombinirovannoy sistemy solnechnogo teplo- i holodosnabzheniya Dissertaciya na soiskanie uchenoy stepeni kandidata tehnicheskih nauk. M., 2015. S. 37-40
9. Amerhanov R.A., Kirichenko A.S., Snisarenko V.P. Ispol'zovanie vozdushnogo teplovogo nasosa dlya teplosnabzheniya ob'ektov // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Severo-Kavkazskiy region. Seriya: Tehnicheskie nauki. 2015.№ 1 (182). S. 73-79.
10. Scrosati B., Garche J. Lithium batteries: Status, prospects and future //Journal of Power Sources. 195 (2010), 2419-2430
11. Amerhanov R.A., Bogdan A.V., Kirichenko A.S., Kulichkina A.A., Checherin M.O., Skorohod A.A. Sistema geotermal'nogo teplohladosnabzheniya // Trudy Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2015. № 53. S. 203-209.
12. Amerhanov R.A., Kirichenko A.S. Obosnovanie parametrov kombinirovannoy sistemy solnechnogo teplo- i holodosnabzheniya zdaniy // Santehnika, otoplenie, kondicionirovanie. 2015. № 9 (165). S. 62-65.
13. Weinreich B., Zehner M. Dimensioning aids in practice - a comparison // Sun, Wind Energy. 2009. № 12. P. 88-96.
14. Ertmer K. Expansion tanks and valves specialists abound // Sun, Wind Energy. 2010. № 9. P. 98-102.
15. Lamp P., Ziegler F. European research on solar-assisted air conditioning // Int. J. Refrig, 1998. Vol. 21. № 2.
16. Gar'kavyy K.A., Cygankov B.K. Energeticheskie resursy Rossii // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Severo-Kavkazskiy region. Seriya: Tehnicheskie nauki. 2014. № 4 (179). S. 46-52.
