Бєляновська Олена Анатоліївна
канд. техн. наук, доцент
ДВНЗ «Український державний хіміко-технологічний університет»
Дніпро
Литовченко Роман Дмитрович
аспірант
ДВНЗ «Український державний хіміко-технологічний університет»
Дніпро
Салахетдінов Ярослав Іл’ясович
студент, магістр
ДВНЗ «Український державний хіміко-технологічний університет»
Дніпро
Сухий Костянтин Михайлович
д-р техн. наук, професор
ДВНЗ «Український державний хіміко-технологічний університет»
Дніпро
Анотація
Проведено дослідження процесів експлуатації адсорбційного регенератора в системах вентиляції. Запропонований алгоритм визначення експлуатаційних характеристик адсорбційного регенератора теплоти та вологи. Показана перспективність використання даного пристрою для підігрівання припливного повітря в житлових приміщеннях.
Ключеві слова: композитний сорбент, низько-потенційне тепло, адсорбційний регенератор теплоти, температурний коефіцієнт корисної дії, вологісний коефіцієнт корисної дії.
Однією з ключових проблем експлуатації систем вентиляції житлових приміщень є підтримання температурно-вологісного режиму, який відповідає діючим нормам. Використання теплого повітря, яке виходить з приміщення, для нагріву припливного холодного повітря є найпростішим технічним рішенням для зниження теплових витрат. Використання теплообмінників регенеративного та рекуперативного типів ускладнено наявністю значної кількості вологи в витяжному повітрі, що призводить до блокування його роботи та порушенню балансу вологи в приміщенні в результаті утворення льоду на холодному кінці теплообмінника, оскільки з приміщення видаляється більше вологи, ніж вноситься [1]. Це призводить до зниження вологості в приміщенні, яке негативно впливає на самопочуття людини. Більш перспективними для регенерації тепла та підтримання необхідного рівня вологості в вентильованому приміщенні є адсорбційні регенеруючі пристрої.
Метою роботи є визначення експлуатаційних характеристик адсорбційного регенератора теплоти та вологи на основі композитного сорбенту «силікагель – натрій сульфат».
В роботі проаналізована робота адсорбційного регенератора, конструктивне виконання якого наведено на рис. 1.
Рис. Конструкція регенератору тепла [3]
1 – труба(корпус); 2 – вентилятор зовнішній; 3 – вентилятор внутрішній;
4 – теплоакумулюючі насадки; 5 – датчик температури; 6 – пульт управління.
Пристрій працює в двох режимах «подача» та «викид», які періодично чергуються між собою. В якості теплоакумулюючого матеріалу використовували «силікагель/Na2SO4» [4].
Блок-схема алгоритму розрахунку експлуатаційних характеристик адсорбційного регенератора представлена на рис. 2.
Рис. 2. Блок-схема алгоритма розрахунку адсорбційного регенератора
Для апробації запропонованого алгоритму розрахунку використані експериментальні дані [3]. Результати розрахунків показали періодичну залежність температур на теплому і холодному кінцях адсорбційного регенератора, яка якісно відповідає дослідним даним. Відхилення розрахункових температур від експериментальних не перевищує 2 – 3°С на холодному кінці регенератора, та 1 – 5°С на теплому. Відхилення концентрацій вологи в повітря на холодному та теплому кінцях регенератора не перевищує 1 г/см3.
Розрахункові значення температурного та вологісного коефіцієнтів корисної дії складають 91 та 59 % відповідно. Їх експериментальні значення складають 96 та 64 %.
Далі було проведено моделювання адсорбційного регенератора теплоти та вологи в умовах типової системи вентиляції житлового приміщення. Згідно з результатами розрахунку для підігріву припливного повітря в системі вентиляції для трикімнатної квартири площею 77,5 м2 в якості адсорбенту доцільно використовувати композит, який містить 20 % силікагелю та 80 % натрій сульфату маса 96,5 кг, об’єм 0.134 м3. Тому за технічними характеристиками доцільно встановити 4-ри адсорбційні регенератори. Тоді, маса адсорбента на регенератор складає 25 кг, а його об’єм – 0,035 м3.
Встановлено, що підвищення швидкості та часу перемикання потоків призводить до зниження температурного коефіцієнта корисної дії. Максимальні значення температурного коефіцієнта корисної дії відповідають швидкості потоку повітря 0,22 м/с та часу перемикання потоків не більше 5 хв. На вологісний коефіцієнт корисної дії ці величини практично не впливають. Показана залежність температурного та вологісного коефіцієнтів корисної дії від метеорологічних умов. Встановлено, що максимальні значення температурного коефіцієнта корисної дії відповідають температурам внутрішнього та зовнішнього повітря 15 – 16°С та -5 – 0°С.
Література
1. Доценко С. А. Энергосберегающие технологии систем вентиляции и кондиционирования воздуха // Стройпрофиль. – 2003. – № 4. – С. 54 – 56.
2. Гордеева Л.Г. Композитные материалы «соль в пористой матрице»: дизайн адсорбентов с заданными свойствами [Текст] : дис… докт. хим. наук : 02.00.04 : захищена 9.10.13 / Гордеева Людмила Геннадьевна, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук. – Новосибирск, 2013 – 347 с.
3. Прокопенко, Е. М. Сорбционный регенератор тепла для систем вентиляции [Текст] / Е. М. Прокопенко, А. О. Еремин, Е. В. Коломиец, Е. А. Беляновская, А. В. Гаврилко, К. М. Сухой // Экология и промышленность. – 2016. – № 2. – С. 19 – 23
4. Sukhyy K., Belyanovskaya E., Kovalenko V., Kotok V., Sukhyy M., Kolomiyets E., Gubynskyi M., Yeromin O., Prokopenko O. The study of properties of composite adsorptive materials “silica gel – crystalline hydrate” for heat storage devices // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2018. – Vol. 91, № 1. – Р. 52 – 58.
Робота виконана при частковій підтримці Міністерства освіти і науки України (номер держреєстрації НДР 0119U002243).
