Краснодар, Краснодарский край, Россия
Краснодарский край, Россия
ГРНТИ 67.01 Общие вопросы строительства
ББК 38 Строительство
На сегодняшний момент не все возводимые здания и сооружения в полной мере не могут быть обеспеченны сетевыми энергоресурсами. Стали множиться отказы в выдаче технических условий, на ряду с этим увеличилась цена за подсоединение. Решением данной проблемы может служить газопоршневые или газотурбинные установки. При условии, что грамотно посчитан энергобаланс здания и соответствующим образом подошли к использованию вырабатываемых энергоресурсов, то есть загрузка находится на приемлемом для данного агрегата уровня. Данные установки могут обеспечить здание теплом, холодом и электроэнергией при сравнительно не больших материальных затратах. Не выгодным является использование данных установок в межсезонье, когда внутренний температурный режим соответствует наружному, в это время целесообразно пользоваться сетевыми ресурсами.
солнечный коллектор, адсорбционная холодильная машина, тригенерация
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. Амерханов Р.А., Бегдай С.Н. К проблеме энергоэффективного здания // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2005. № 2. С. 91-94.
3. Гарькавый К.А., Бегдай С.Н. Анализ эффективности микроклимата помещения // Энергосбережение и водоподготовка. 2006. № 6. С. 76-77.
4. Бегдай С.Н. Повышение тепловой эффективности одноэтажных зданий с гелиоколлектором. автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Волгоград, 2008. 18 с.
5. Гарькавый К.А., Цыганков Б.К. Анализ тенденций развития традиционных и возобновляемых источников энергии // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2014. Т. 1. № 46. С. 207-212.
6. Гарькавый К.А., Амерханов Р.А. К во-просу экономической и энергетической эффективности систем, использующих возобновляемые источники энергии // Энергосбережение и водоподготовка. 2009. № 4. С. 57-59.
7. Гарькавый К.А. Главный возобновляемый источник энергии // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2014. № 8 (148). С. 22-28.
8. Кириченко А.С. Обоснование парамет-ров комбинированной системы солнечного тепло- и холодоснабжения Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 2015. С. 37-40
9. Амерханов Р.А., Кириченко А.С., Снисаренко В.П. Использование воздушного теплового насоса для теплоснабжения объектов // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2015.№ 1 (182). С. 73-79.
10. Scrosati B., Garche J. Lithium batteries: Status, prospects and future //Journal of Power Sources. 195 (2010), 2419-2430
11. Амерханов Р.А., Богдан А.В., Кириченко А.С., Куличкина А.А., Чечерин М.О., Скороход А.А. Система геотермального теплохладоснабжения // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2015. № 53. С. 203-209.
12. Амерханов Р.А., Кириченко А.С. Обоснование параметров комбинированной системы солнечного тепло- и холодоснабжения зданий // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2015. № 9 (165). С. 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. Гарькавый К.А., Цыганков Б.К. Энергетические ресурсы России // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2014. № 4 (179). С. 46-52.
