Термодинамічні властивості озононеруйнівних холодоагентів та їх розчинів з мастилами

Для виконання цих досліджень автором були розроблені і створені експериментальні установки для вивчення ТФВР, проведено великий обсяг досліджень термодинамічних властивостей холодоаґентів і РХМ, запропонована нова концепція методів прогнозування теплофізичних властивостей холодоаґентів і РХМ, розроблено еколого-термоекономічний метод (ЕТМ) аналізу ефективності застосування альтернативних холодоаґентів, на базі якого запропоновано нові індикатори для еколого-енергетичного аудиту і холодильного менеджменту.

Метою роботи є створення наукових основ підвищення енергетичної ефективності холодильного обладнання при зниженні антропогенного навантаження на навколишнє середовище за рахунок: застосування перспективних екологічно безпечних холодоаґентів та РХМ, вибір яких основано на використанні достовірних даних про термодинамічні властивості; формування принципів еколого-енергетичного аудиту і менеджменту, скерованих на вирішення задач ресурсо- та енергозбереження. Конкретними об’єктами дослідження є одно- і багатокомпонентні холодоаґенти та їх розчини з компресорними мастилами, різні типи холодильного обладнання, в якому вони застосовуються, а також методи аналізу еколого-енергетичної ефективності холодильної техніки.

Названі цілі досягнуто системним розв’язання таких окремих задач, як:

– аналіз існуючих методів експериментального і розрахункового дослідження термодинамічних властивостей чистих речовин, сумішей і РХМ;

– проведення великомасштабних експериментальних досліджень фазових рівноваг сумішей озононеруйнівних холодоаґентів, густини, теплоємності і поверхневого натягу холодоаґентів, критичних параметрів чистих речовин і бінарних розчинів, а також густини, фазових рівноваг розчинів холодоаґентів з новими компресорними мастилами;

– розробка нових термодинамічно узгоджених методів прогнозування теплофізичних властивостей холодоаґентів та їх розчинів з мастилами, які не потребують для свого використання великого обсягу експериментальних даних та апробація запропонованих методів розрахунку термодинамічних властивостей речовин;

– оцінка впливу недостатньо вивчених “шумових” ефектів, що виникають при вимірюванні теплофізичних властивостей речовин (ТФВ)  (крайового кута змочування, перемішування РХМ, розмитих фазових переходів і т. д.), на коректність визначуваних в експерименті величин;

– розробка таблиць довідкових даних з термодинамічних властивостей найбільш перспективних реальних робочих тіл (з урахуванням домішок мастила) ;

– оцінка впливу домішок мастила на термодинамічні властивості холодоаґенту і енергетичну ефективність холодильного циклу;

– розробка комплексної методики оцінки перспективності застосування у холодильній техніці нових екологічно безпечних робочих тіл, основним критерієм якої є економія матеріальних і енергетичних ресурсів при зниженні антропогенного навантаження на природу;

– розробка нових екологічно безпечних робочих тіл для холодильної техніки.

Розв’язання сформульованих задач досягнуто в рамках таких методів дослідження:

– експериментальних досліджень фазових рівноваг, густини, поверхневого натягу, теплоємності холодоаґентів, їх сумішей і РХМ;

– теоретичних досліджень, включаючи

– розробку нової методики прогнозування теплофізичних властивостей чистих речовин і розчинів холодоаґентів з мастилами;

– розробку на базі одержаної інформації і даних інших авторів рівнянь стану і методів прогнозування з метою розрахунку таблиць довідкових даних по теплофізичних властивостях для технічно важливих робочих тіл холодильних установок;

– створення нової концепції еколого-термоекономічного методу аналізу, орієнтованого на вирішення як теоретичних задач оцінки перспективності застосування нових холодоаґентів у різних типах холодильного обладнання, так і сугубо практичних задач, пов’язаних із визначенням екологічної та енергетичної ефективності експлуатації холодильного обладнання у рамках еколого-енергетичного аудиту і менеджменту.

Одержані у роботі нові наукові результати дозволяють сформулювати і представити на захист такі наукові положення:

1. Повномасштабний облік і мінімізація об’ємів емісії парникових газів у рамках запропонованої методики еколого-термоекономічного аналізу ефективності на повному життєвому циклі обладнання повинні розглядатися як визначальні фактори практичної реалізації концепції екологічно сталого розвитку енергетики і промисловості в цілому. Практична реалізація цього наукового положення дозволяє, по-перше, усунути характерні недоліки, властиві економічним і термодинамічним методам аналізу ефективності використовуваного обладнання, які пов’язані з відсутністю в них урахування росту впливу парникових газів на зміну клімату Землі. По-друге, це положення вносить ясність при обранні способів реалізації концепції екологічно сталого розвитку, яка була сформульована на конференції ООН по навколишньому середовищу і розвитку у 1992 р. у Ріо-де-Жанейро. Вперше в даній роботі при розрахунку ТEWI була врахована енергоємність конструкційних матеріалів, витрати енергії на забезпечення заходів пожежобезпеки і т. д. Рекомендації для розрахунку питомої і зведеної емісії (на одиницю обладнання, виробленого холоду тощо) парникових газів відкривають можливість визначення науково обґрунтованих квот, дотримання яких дозволяє контролювати і реґулювати антропогенний вплив холодильного обладнання на навколишнє середовище.

2. В усьому інтервалі температур існування рідкої фази степеневі залежності від параметра порядку t= (Tc-T) /Tc для різних термодинамічних функцій нормальних і слабоасоційованих речовин на лінії насичення мають універсально змінні від t ефективні показники. Це наукове положення обґрунтовується універсальним характером зміни флуктуацій термодинамічних функцій і апробацією запропонованих автором рівнянь на великій базі стандартних і рекомендованих довідкових даних для різних термодинамічних властивостей і для різних речовин. Розроблені на основі запропонованого наукового положення методи прогнозування ТФВ речовин відрізняє від викладених у літературі методик високий рівень універсальності по класах речовин, термодинамічна узгодженість коефіцієнтів кореляцій і високий рівень точності розрахованих термодинамічних властивостей від потрійної точки до критичної температури.

3. Визначення псевдокритичних параметрів розчинів холодоаґенту з компресорними мастилами в інтервалі концентрацій 0. 3XR1. 0 може виконуватися у рамках