Авторы

Моделирование работы установки с радиационным охлаждением для кондиционирования воздуха

DOI: 10.17586/1606-4313-2019-18-3-3-14
УДК 621.565.83, 697.97

Моделирование работы установки с радиационным охлаждением для кондиционирования воздуха

Цой А. П., Грановский А. С., Цой Д. А., Бараненко А. В.

Аннотация
Рассмотрена возможность охлаждения воздуха до комфортного значения температуры при помощи установки радиационного охлаждения, сбрасывающей тепло в виде инфракрасного излучения через атмосферу планеты в ночное время. На основе данных о погоде за лето 2018 г. в городе Алматы (Казахстан) проведено компьютерное моделирование работы установки радиационного охлаждения, в которой циркуляция теплоносителя (воды) осуществляется при помощи насосов, имеется заполненный водой аккумулятор холода, радиаторы занимают всю площадь крыши охлаждаемого здания, а для охлаждения воздуха используется ребристо-трубный воздухоохладитель. Использованная компьютерная модель проверена на основе полученных ранее экспериментальных данных и учитывает процессы теплообмена, происходящие во всех элементах. В результате моделирования установлено, что после принятия мер по сокращению энергопотребления (снижения расхода теплоносителя по гидравлическим контурам до минимально-возможных значений, сокращения мощности вентиляторов воздухоохладителей), установка может поддерживать в охлаждаемом помещении температуру воздуха до 25 °С около 86,8% времени от общей продолжительности сезона. При суммарной мощности электродвигателей 52 Вт, установка потребляет за сезон 69,5 кВт·ч электроэнергии, что на 56% меньше количества энергии, потребленного обычным кондиционером за рассматриваемый период времени. Средняя холодопроизводительность установки за сезон составляет 204 Вт, а пиковое значение достигает 1200 Вт.

Ключевые слова: радиационное охлаждение, естественное охлаждение, компьютерное моделирование, кондиционирование воздуха, энергосбережение.

Список литературы

1. Vall S., Castell A.Radiative cooling as low-grade energy source: A literature review // Renew. Sustain. EnergyRev. 2017. No77. P. 803-820.

2. Catalanotti S., Cuomo V., Piro G., Ruggi D., Silvesrini V., Troise G.The radiative cooling of selective surfaces // Sol. Energy. 1975. No2. Vol. 17. P. 83-89. DOI: 10.1016/0038-092X(75)90062-6.

3. Zhang S., Niu J.Cooling performance of nocturnal radiative cooling combined with microencapsulated phase change material (MPCM) slurry storage // Energy Build. 2012. No 54. P. 122-130. DOI: 10.1016/j.enbuild.2012.07.041.

4. The Future of Cooling. Paris: OECD, 2018. DOI: 10.1787/9789264301993-en.

5. Гусева Я.Э., Королёва Н.А.Энергоэффективность в системах кондиционирования воздуха с применением испарительного охлаждения // Сантехника. Отопление. Кондиционирование. 2018. № 8 (200). С. 74-77.

6. Коченков Н.В.Проблема разработки научно-методических основ создания систем кондиционирования воздуха для помещений с разнохарактерными нагрузками // Вестник Международной академии холода. 2014. №. 3. С. 48-52.

7. Tevar J.A.F., Castano S., Garrido Marijuán A., Heras M.R., Pistono J.Modelling and experimental analysis of three radioconvective panels for night cooling // Energy and Buildings. 2015. No 107. P. 37-48. DOI: 10.1016/j.enbuild.2015.07.027.

8. Meir M.G., Rekstad J.B., LØvvik O.M.A study of a polymer-based radiative cooling system // Sol. Energy. 2002. No 6. Vol. 73. P. 403-417. DOI: 10.1016/S0038-092X(03)00019-7.

9. Joubert G.D., Dobson R.T.Modelling and testing a passive night-sky radiation system // J. Energy South. Africa. 2017. No 1. Vol. 28, P. 76-90. DOI: 10.17159/2413-3051/2017/v28i1a1550.

10. Bokor B., Kajtár L., Eryener D.Nocturnal radiation: new opportunity in building cooling // Energy Procedia. 2017. No 112. P. 118–125. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.03.

11. Цой А.П., Грановский А.С., Цой Д.А., Бараненко А.В.Влияние климата на работу холодильной системы, использующей эффективное излучение в космическое пространство (часть 1) // Холодильная техника. 2014. № 12. С. 36-41.

12. Цой А.П., Грановский А.С., Цой Д.А., Бараненко А.В. Влияние климата на работу холодильной системы, использующей эффективное излучение в космическое пространство (часть 2) // Холодильная техника. 2015. № 1. С. 43-46.

13. Qingyuan Z., Yu L.Potentials of Passive Cooling for Passive Design of Residential Buildings in China // Energy Procedia. 2014. No 57. P. 1726-1732. DOI: 10.1016/j.egypro.2014.10.161.

14. Цой А.П., Грановский А.С., Цой Д.А.Моделирование работы холодильной системы ночного радиационного охлаждения в условиях определенного климата // Известия научно-технического общества «КАХАК». 2015. № 3. С. 95-103.

15. Bell I.H., Wronski J., Quoilin S., Lemort V.Pure and pseudo-pure fluid thermophysical property evaluation and the open-source thermophysical property library CoolProp // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2014. No 6. Vol. 53. P. 2498-2508. DOI: 10.1021/ie4033999.

16. Тарабанов М.Г., Коркин В.Д., Сергеев В.Ф.Влажный воздух. Справочное пособие. – М.: АВОК, 2004. 116 c.

17. Цой А.П., Грановский А.С., Бараненко А.В. Исследование радиаторов трубчатой конструкции системы ночного радиационного охлаждения // Международная научно-техническая конференция «Казахстан-Холод 2016». – Алматы: Алматинский технологический университет, 2016. С. 126-133.

18. Samuel D.G.L., Nagendra S.M.S., Maiya M.P.Passive alternatives to mechanical air conditioning of building: A review // Build. Environ. 2013. Vol. 66. P. 54-64. DOI: 10.1016/j.buildenv.2013.04.016.

19. Мухачев Г.А., Щукин В.К.Термодинамика и теплопередача: Учеб. для авиац. вузов. 3-е изд. – М.: Высшая школа, 1991. 480 c.

20. Цой А.П., Грановский А.С., Джамашева Р.А., Ашихин А.Ю., Корецкий Д.А. Экспериментальное исследование системы ночного радиационного охлаждения в летний период времени // Вестник Алматинского технологического университета. 2018. № 3 (120). С. 110-117.

21. Идельчик И.Е.Справочник по гидравлическим сопротивлениям. 3-е изд. / Под ред. М.О. Штейнберга. – М.: Машиностроение, 1992. 672 с.

22. Бараненко А.В., Тимофеевский Л.С. и др. Холодильные машины. СПб.: Машиностроение, 2006. 944 с.

23. Архив данных о погоде по городам мира. 2019. [Электронный ресурс]: http://rp5.kz.

24. Брух С.В.Сравнительный анализ энергоэффективности мультизональных систем кондиционирования воздуха // Сантехника. Отопление. Кондиционирование. 2004. № 2.

25. Dobson R.T.Thermal modelling of a night sky radiation cooling system // J. Energy South. Africa. 2005. No 2. Vol. 16. P. 20-31. DOI: 10.1016/j.buildenv.2013.04.016.

26. Sima J., Sikula O., Kustova K., Plasek J.Theoretical Evaluation of Night Sky Cooling in the Czech Republic // Energy Procedia. 2014. Vol. 48. P. 645-653. DOI: 10.1016/j.egypro.2014.02.075.

Читать статью полностью