автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Анализ структуры энергопотребления и исследование методов повышения эффективности использования энергии в условиях Эфиопии

На правах рукописи

ВИХИБ Негуссие Мулугета

АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ В УСЛОВИЯХ ЭФИОПИИ

Специальность 05.14,04- "Промышленная теплоэнергетика"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж-2006

Работа выполнена в Липецком государственном техническом университете.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Губарев Василий Яковлевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Мозговой Николай Васильевич,

кандидат технических наук, доцент Чмырев Игорь Николаевич.

Ведущая организация Тамбовский государственный технический

университет.

Защита состоится «29» июня 2006 года в 12й® часов на заседании диссертационного совета Д 212.037.05 Воронежского государственного технического университета по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан «_»_2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Бараков А.В.

///

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важнейший аспектом развития экономика многих стран мира в 21 веке стало внедрение энергосберегающих технологий как в промышленном производстве, так и в повседневной жизни людей. Наиболее остро вопрос энергоснабжения стоит в слаборазвитых странах, таких как Эфиопия, не имеющих ни собственных запасов энергетических ископаемых, ни возможности закупать углеводородное топливо и электроэнергию. Около 90% всей потребляемой в Эфиопии энергии расходуется в домашних хозяйствах на приготовление пищи и нагрев воды на хозяйственно-бытовые нужды, причем большая часть энергоресурсов идет на приготовление традиционной пищи -инжеры (лепешки), выпекаемой на глиняных дисках - митадах в примитивных плитах.

Энергетические потребности Эфиопии на 77 % покрываются за счет использования древесного топлива. В совокупности с постоянным ростом населения это привело к бесконтрольной вырубке леса, в настоящее время площадь лесов в Эфиопии сократилась с 40 до 2%, и страна стоит на грани экологической катастрофы. Таким образом, проблема повышения эффективности энергоиспользования в домашних хозяйствах Эфиопии весьма актуальна.

Настоящая работа выполнялась в рамках программы правительства Эфиопии «Возобновляемые источники энергии».

Цель работы. Исследование и разработка методов повышения эффективности энергоиспользования в Эфиопии; исследование и разработка методов и устройств использования солнечной энергии для приготовления пищи при сохранении традиционных приемов. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1) исследование тепловых параметров процесса выпечкн инжеры;

2) исследование и оптимизация тепловых характеристик митада с целью снижения энергозатрат при выпечке инжеры с использованием традиционных плит;

3) исследование возможностей использования устройств прямого солнечного нагрева для выпечки инжеры и определение требований к ним;

4) разработка устройства прямого солнечного нагрева с промежуточным отражателем для выпечки инжеры и его экспериментальная апробация;

5) исследование возможностей использования плоских испарительных солнечных коллекторов и конденсационных плит для выпечки инжеры применительно к условиям Эфиопии, анализ параметров их работы;

6) анализ и экспериментальное исследование солнечных плит с аккумуляторами тепла. _

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

С.-ПегегО^ог

Методологические основы исследований. Сложность и комплексность поставленной задачи предопределили использование для проведенных исследований методов ряда областей знаний. Теоретической базой диссертационной работы являются законы тепломассообмена, гидродинамики, химической кинетики. Исследования проводились на основе математического моделирования теплообмена при выпечке инжеры. Степень адекватности построенных моделей определялась экспериментальными исследованиями.

Научная новизна. Впервые проведено статистическое и экспериментальное исследование удельных энергетических затрат н определение коэффициента использования тепла в процессе выпечки инжеры.

1. Разработана математическая модель теплообмена в процессе выпечки инжеры; на основе полученных экспериментальных данных о температуре поверхностей митада восстановлены граничные условия на поверхностях при начальном разогреве и в процессе выпечки; установлены закономерности изменения теплового потока в инжеру; адекватность модели проверена экспериментально.

2. Предложено использование композитных металоглиняных митадов и экспериментально исследованы лх характеристики; с использованием разработанной математической модели проведен теоретический анализ процесса выпечки в традиционных плитах с закрытой топкой и ферроглиняным митадом; показано, что можно сохранить традиции и высокое качество инжеры и при этом повысить коэффициент использования тепла и на 20% смфатить потребление топлива.

3. Проведен анализ использования прямого солнечного нагрева для выпечки инжеры, разработана схема плиты, и экспериментально исследован процесс выпечки с применением прямого солнечного нагрева.

4. Проведен анализ систем с испарительными термосифонами и определены требования к их параметрам, обеспечивающим выпечку инжеры.

5. Предложено использование обратимых реакций гвдрагации и дегидратации для плит с аккумуляцией тепла, и разработана одномерная математическая модель гидратации СаО и дегидратации Са(ОН)г, использующая дифференциальное уравнение теплопроводности с перемещающимся фронтом поверхностного тепловыделения. На основе математической модели исследованы различные варианты процесса гидратации с учетом цикла выпечки инжеры а также процесс дегидратации при различной плотности концентрированного потока солнечного излучения. Адекватность модели проверена на экспериментальной установке и экспериментально показана как возможность выпечки инжеры при гидратации СаО, так и возможность дегидратации Са(ОН)2 с использованием параболического концентратора солнечного излучения.

Практическая пенность. Разработанный композитный митад, полученный при добавлении в глиняную массу 50% металлических опилок, позволяет повысить коэффициент использования тепла для закрытых топок с 29,7 до 35,$% и на 20% сократить потребление древесного топлива при выпечке тикеры в традиционных плитах.

1. Разработана и экспериментально проверена солнечная плита прямого солнечного нагрева. Показана возможность ее использования в домашних хозяйствах Эфиопии. Разработаны схема солнечной плиты с испарительными термосифонами и схема центрального теплоснабжения индивидуальных плит от бака-аккумулятора, использующие конструктивно простые и дешевые плоские коллекторы с одинарным остеклением, определены их размеры и параметры в условиях Эфиопии.

2. Разработана схема, и определены основные параметры солнечной плиты с аккумуляцией тепла на основе обратимых химических реакций, в качестве рабочего вещества использована известь. Проведены опытные исследования процесса гидратации и дегидратации извести, разработан режим работы предложенного устройства.

3. Внедрение разработанных и экспериментально исследованных кухонных плит, использующих солнечную энергию, позволяет при сохранении традиционных способов приготовления пщци существенно сократить потребление органического топлива в домашних хозяйствах Эфиопии.

На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментального исследования по определению удельных затрат топлива и коэффициента использования тепла в традиционных устройствах для выпечки инжеры.

2. Результаты экспериментов по исследованию температуры поверхностей митада и найденные на их основе закономерности изменения теплового потока в инжеру в процессе выпечки.

3. Результаты экспериментов по исследованию свойств металлоглиняных митадов и расчетов характеристик традиционных плит с их использованием.

4. Результаты экспериментов по выпечке инжеры в пиите прямого солнечного нагрева.

5. Математическая модель гидратации СаО и дегидратации Са(ОН)г в солнечных системах с аккумуляцией тепла.

6. Результаты экспериментов по гидратация СаО и дегидратации Са(ОН)г.

Апробация результатов работы. Основные результаты доложены на Всероссийской научно-технической конференции «Энергосбережение и энергоэффективные технологии», Липецк, ЛГТУ, 2004 и на XXXIV научно-технической конференции аспирантов и студентов ЛГТУ, Липецк, 2005.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано семь работ в центральных и региональных изданиях Российской Федерации и Эфиопской федеральной демократической республики. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит: [1] - статистический анализ структуры потребления органического топлива в г. Бахр Дар; [2] - статистический анализ расхода энергии на приготовление горячей воды; [3] - экспериментальное определение расхода топлива на приготовление инжеры и энергетической эффективности плит; [4, 5] - проведение экспериментов по определению температурного поля митада, восстановление граничных условий, исследование ферроглиняного композитного митада; [6] -проведение экспериментов по использованию реакции гидратации для выпечки инжеры, проведение экспериментов по дегидратации с использованием концентраторов солнечной энергии; [7] - проведение эксперимента и обработка экспериментальных данных.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 106 наименований, приложений. Работа содержит 116 страниц машинописного текста, 22 таблицы, 70 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, представлены основные направления теоретических и экспериментальных исследований, проводимых с целью повышения эффективности энергоиспользования в традиционных устройствах приготовления пищи и разработки комплекса мероприятий по энергообеспечению населения Эфиопии с использованием солнечной энергии, показаны научная и практическая значимость решаемых проблем, перечислены основные положения работы.

В первой главе представлены географическая и климатическая характеристики Эфиопии, анализ топливно-энергетического хозяйства и структуры энергопотребления. В настоящее время главным потребителем энергии является хозяйственно-бытовой сектор, причем около 95% эфиопских домашних хозяйств полностью зависят от традиционных видов топлива, главным образом от древесины, примерно 94-95% энергии в стране вырабатывается из биомассы. В настоящее время спрос на древесину в качестве топлива в Эфиопии составляет около 68,5 млн. м3 в год, в то время как возможный уровень поставок находится только на уровне около 10,4 млн. м3. Дефицит топлива составляет приблизительно 47 млн. м3 на 2000 год и более 58 млн. м3 в 2005. Дня проведения анализа энергопотребления на бытовые нужды выбран Амхарский национальный плат (АНШ) с населением около 15 млн. и площадью 170,755 тыс. км2. Приве-

дены результаты статистических исследований потребления энергоресурсов на основе представительной выборки домашних хозяйств г. Бахр Дар, позволившие определить типичную структуру энергопотребления. Данные статистических исследований свидетельствуют, что около 80% энергопотребления приходится на приготовление основного продукта питания - инжеры, а 20% - на нагрев воды, Оценка удельных расходов топлива на выпечку инжеры показывает, что среднестатистический коэффициент использования тепла крайне низок и не превышает 5%. Повышение энергоэффективности устройств приготовления пищи при сохранении традиций выпечки инжеры является чрезвычайно важной задачей, вместе с тем оно не решает проблему дефицита энергоресурсов. Эфиопия обладает только одним собственным источником - солнечной энергией, годовая инсоляция в Эфиопии одна из самых высоких в мире и составляет 7800-8300 МДж/м2, поэтому решение проблемы дефицита энергоресурсов заключается в разработке устройств, использующих солнечную энергию для приготовления пищи, сохраняя традиционные приемы.

В заключение первой главы сформулированы основные цели и направления настоящего исследования.

Во второй главе диссертации представлены теоретические и экспериментальные исследования процесса выпечки инжеры. Одним из направлений сокращения потребления древесного топлива в Эфиопии является повышение эффективности традиционных устройств приготовления пшци. Для экспериментального исследования процесса выпечки инжеры были взяты три типа устройств:

- с открытой топкой - наиболее примитивное устройство, представляющее собой глиняный диск (митада), установленный на опорах, под которым сжигается древесина;

- с закрытой топкой, имеющей теплоизолированные стенки, регулируемый подвод воздуха (поддувало) и дымовую трубу высотой 1,5 м;

- электронагревательное устройство, в котором митад укладывается на электрическую плитку с открытой спиралью.

Во всех устройствах используются глиняные митады диаметром 550 мм и толщиной 16 мм.

На каждом из устройств проводились четыре серии выпечки инжеры, в каждой серии выпекалось 40 инжер. В ходе выпечки фиксировалось время разогрева от исходного состояния до начала выпечки, время полировки митада и время выпечки, суммарный расход топлива или электроэнергии на весь период выпечки. Температура внешней поверхности измерялась оптическим пирометром в ходе прогрева и полировки митада и термопарными зондами в процессе выпечки. Кроме того, фиксировалась температура продуктов сгорания на рас-

стоянии 1 см от внутренней поверхности митада при использовании древесного топлива.

Начальный разогрев митада осуществлялся до температуры поверхности около 130 °С, после чего производилась выпечка инжеры с периодом около 3 мин. На рис, 1 приведены экспериментальные данные по измерению температур внешней и внутренней поверхности митада в процессе разогрева, а на рис. 2 - температуры внешней поверхности митада во время выпечки при использовании закрытой топки.

Расход древесного топлива фиксировался за весь период выпечки 40 ин-жер. При использовании электронагревательных устройств фиксировалась только температура внешней поверхности митада и потребляемая электрическая электроэнергия. Эксперименты свидетельствуют, что коэффициент использования тепла для открытых топок около 4%, для закрытых топок - 29% и для электронагрева-38%.

300

О280 га •

150 100 50

й о

и

Ео

• т •

••••• м**

• • «

• • • • V о а о 0 ) о0о о

• ■ 0° V Оо

► Оо ° <

0

140

о

я * 120

8" £

§ 4 100

л» В §

во

4 6

Время, мин

10

9,6

10

10,5 11 Время, мин

11,5 12 12,5

Рис. 1. Изменение температуры в процессе нагрева митада: 1 - внутренняя поверхность; 2 -внешняя поверхность

Рис. 2. Изменение температуры внешней поверхности в процессе выпечки ИНЖеры

Полученные экспериментальные данные были использованы для восстановления граничных условий на внутренней (нижней) поверхности митада при нагреве на древесном топливе и граничных условий на внешней поверхности в период выпечки. Использовалось решение одномерного дифференциального уравнения теплопроводности при граничных условиях 3 и 2 рода методом конечных элементов с использованием пакета «Ма{Ьеша1юа-5». Величина коэф-

фициента теплоотдачи со стороны продуктов сгорания а^ =30 Вт/^Г К) при их температуре 520®С восстановлена по экспериментальным данным нагрева ми-тада. Граничные условия на рабочей поверхности в период выпечки инжеры получены в виде зависимости плотности теплового потока от времени:

' —таг

Результаты восстановления теплового потока по измерениям температуры при выпечке серии инжер представлены на рис. 3.

Очевидно, что низкая энергетическая эффективность приготовления определяется не только конструкцией топки, но и низкой теплопроводностью мита-да, что сопровождается высокой температурой его внутренней поверхности и высокими потерями с уходящими газами. Поэтому, для понижения потерь тепла и, соответственно, расхода топлива, необходимо понизить температуру нижней поверхности митада.

8 50

о

8' F 40

ф £ 30

| 1 20

1 1 10

о 0

С

10

12

18

20

Рис, 3. Изменение плотности теплового потока в ин-жеру в процессе выпечки.

14 16 Время, мин

Поставленную задачу повышения теплопроводности митада, сохраняя его потребительские качества, можно решить внося металлические добавки в глиняную основу. Для изменения свойств митада в глину добавлялись стальные опилки (до 50% по объему), при этом верхняя поверхность митада выполнялась чисто глиняной, чтобы получить инжеру требуемого качества. Для проведения эксперимента в устройстве с закрытой топкой был изготовлен ферроглиняный митад диаметром 550 мм и толщиной 16 мм с объемным содержанием стальных опилок 50% и экспериментально определены его теплоемкость и коэффициент теплопроводности. Сжигание топлива организовывалось из условия стабильной температуры внешней поверхности митада в процессе выпечки в диапазоне 80

- 110 °С. При выпечке инжеры на ферроглиняном митаде зафиксировано снижение температуры газов и коэффициента теплоотдачи, существенно меньше изменение температуры внешней поверхности митада в процессе выпечки - 10

- 15 "С, при этом инжера получается более высокого качества. Предложенный способ снижения энергозатрат при использовании композитного митада повы-

шает коэффициент использования тепла устройств с закрытой топкой до 3536% улучшая качество инжеры, что дает снижение расхода топлива на 20%.

В третьей главе проанализированы конструкции и работа существующих солнечных плит с использованием прямого солнечного нагрева и показана невозможность использования большинства их для выпечки инжеры.

Единственно возможная конструкция основана на использовании концентратора солнечной энергии и промежуточного отражателя {рис, 4). С использованием полученной ранее плотности теплового потока в инжеру рассчитан требуемый коэффициент концентрации и параметры параболического концентратора. По этой схеме изготовлена экспериментальная установка прямого солнечного нагрева. Параболический концентратор имеет диаметр 3 м, площадь 7 м2 и фокусное расстояние б м. Концентратор выполнен из алюминиевых уголков с плоскими зеркальными ячейками из стекла с отражающим покрытием. Концентратор укреплен на основании при помощи шарнира, обеспечивающего возможность поворота по двум осям. Отверстие в стене размером 1 х 1 м закрыто оконным стеклом толщиной 3 мм. Вторичный отражатель - плоский, выполнен из стеклянной зеркальной пластины.

Рис. 4. Схема солнечной плиты: 1 - концентратор; 2 - отражатель; 3 - митад; 4 - наружная стена помещения

Ц777777?7Ш?7^77?777777777777Ш7777777777

На рис. 5 приведены результаты измерения температуры митада в течение одной серии выпечки, включая первоначальный разогрев до температуры рабочей поверхности 125 °С. Температура рабочей поверхности в ходе выпечки составляла 100-110 °С, в процессе полировки увеличивалась до 125 °С. Всего было проведено б полных серий выпечки по 40 инжер. Продолжительность серии составляет 125-135 мин, все выпеченные инжеры очень высокого качества. Таким образом, проведенные эксперименты показали возможность создания солнечной печи прямого нагрева для выпечки инжеры. Технология выпечки полностью соответствует традициям приготовления пищи в условиях Эфиопии. При этом разработанная схема имитирует обычную, традиционную кухонную

штату и позволяет попользовать ее для приготовления не только инжеры, но любых блюд, нагрева вода и т.д.

В четвертой главе рассмотрены конструкции и работа существующих солнечных плит с использованием промежуточного теплоносителя и проанализированы параметры плиты для выпечки инжеры с использованием испарительного пароводяного термосифона. Рассчитана температура конденсации пара (160°С), необходимая для обеспечения выпечки инжеры. В качестве испарительной поверхности принят плоский солнечный коллектор с одинарным остеклением и селективным покрытием и рассчитаны его характеристики (зависимость коэффициента использования тепла от температуры поверхности).

II

Я к

!г 18

§ 50

Г*

_ 10

Время, мин

15

го

Рис. 5. Выпечка инжеры в солнечной печи: 1 -внутренняя поверхность; 2 - внешняя поверхность

Расчеты проведены для плотности прямого солнечного излучения 4001 ООО Вт/м* (без учета диффузного излучения). При реальных значениях плотности солнечного излучения свыше 600 Вт/м2 коэффициент использования тепла составляет 0,22-0,45 и для работы одной плиты требуется площадь коллектора 10-11 м2. Высокая температура конденсации определяется большим термическим сопротивлением слоя митада и воздушной прослойки между ним и стальным корпусом. Для снижения термического сопротивления были проведены эксперименты по изготовлению стальной пластины с тонким сплошным покрытием из ферроглиняной массы. Экспериментально получены стальные корпуса со слоем покрытия толщиной 5 мм. Плита-конденсатор, изготовленная по такой технологии, позволяет снизить температуру конденсации до 130°С и площадь коллектора до 6-7 м2.

В пятой главе проводится анализ солнечных плит с использованием аккумуляции тепла. Использование нагрева теплоаккумулирующей массы (ТАМ) в унитарных плитах-аккумуляторах бесперспективно из-за большой единичной массы и достаточно быстрой потери потенциала выпечки. Предложена и проанализирована схема с центральным баком-аккумулятором и насосной подачей теплоносителя (воды) требуемого температурного потенциала к отдельным плитам - потребителям тепла, представляющая собой аналог системы централизованного теплоснабжения (рис, 6).

Рис. 6. Схема с центральным баком-

аккумулятором: I - солнечный коллектор; 2 -бак-аккумулятор; 3-плита с митадом; 4 - запорный вентиль; 5 - насос

Выполнены расчеты основных параметров системы для обеспечения теплом 10 плит. Требуемая температура теплоносителя в баке составляет 140°С, минимальная 130°С. При работе плит и солнечных коллекторов скорость изменения температуры ТАМ определяется

m-toc), a-Za т

dr СМ СМ ' W

где Q¡ - тепловая мощность солнечных коллекторов, Вт; - тепловая нагрузка всех работающих плит, Вт; С - теплоемкость; М- масса ТАМ: F - суммарная площадь поверхностей теплоотвода в окружающую среду.

Для обеспечения работоспособности системы требуется объем теплоносителя в баке б м3 и площадь плоских солнечных коллекторов 30 м2. В этом случае рассматриваемая система при ясном солнце обеспечивает среднее суточное потребление 156 кВтч. При снижении интенсивности солнечного излучения из-за состояния атмосферы среднесуточное потребление может снижаться до 5070 кВтч при сохранении уровня температуры ТАМ. Потребление 156 кВт-ч соответствует работе всех плит на максимальной мощности в течение 10 часов.

Первоначальный разогрев ТАМ из холодного состояния до 140°С рассчитан по формуле с учетом того, что тепловая мощность коллекторов является функцией времени (в зависимости от положения Солнца) и температуры нагреваемой воды. Результат начального разогрева ТАМ при ясном солнце представлен на рис. 7.

Выбранная площадь коллекторов позволяет последовательно довести температуру ТАМ до 140 °С за четверо суток с учетом охлаждения в ночные часы.

С учетом средней загрузки плит с коэффициентом 0,4 система обеспечивает нормальное функционирование кухонных плит практически при любых погодных условиях. Разумеется, такая система достаточно сложна и возможна только при создании центров производства и распределения тепла для кухон-

ных плит с использованием солнечной энергии аналогично системам централизованного тепло- и электроснабжения.

о

о 'ё 5

I |

160 120 ВО 40

/ /

/

Период первоначального разогрева ТАМ, сутки

Рис. 7. Изменение температуры ТАМ при первоначальном разогреве.

Проанализирована также возможность применения фазопереходных аккумуляторов тепла. Необходимый для выпечки инжеры температурный уровень требует температуру фазового перехода 130-150°С, его можно обеспечить при использовании теплоты плавления металлов и их сплавов или при плавлении солей. Выбор металлов с такой температурой плавления невелик: литий; сплавы: свинец-висмут или свинец-олово. Все металлы, за исключением лития, имеют слишком маленькую теплоту плавления, и аккумуляция тепла для выпечки 20 инжер требует теплоаккумулирующую массу 130-140 кг. Такое значение массы аккумулятора совершенно неприемлемо как сточки зрения эксплуатации, так и с точки зрения стоимости аккумулятора.

Использование лития позволяет иметь аккумулятор массой всего 11,5 кг но совершенно неприемлемо в условиях Эфиопии. Использование плавления солей сталкивается с теми же трудностями: все они имеют недостаточную теплоту плавления и не в состоянии обеспечить аккумуляцию необходимого количества тепла при температурном уровне 130-140 °С.

Наиболее перспективным является использование обратимых химических реакций. Этим требованиям соответствуют реакции гидратации оксидов металлов, в максимальной степени это относится к реакции гидратации оксида кальция - гашение негашеной извести

СаО+НгО -> Са(ОН)г + П 57 кДж/кг. Обратная реакция дегидратации идет при температуре 520-580 °С

Са(ОН)2 +1157 кДж/кг СаО+Н2° • Основной реагент - негашеная известь- доступен и сравнительно недорог, производится в огромных количествах и широко используется как строительный материал.

Схематично шшта-аккумулятор представляет собой металлический стальной корпус, заполненный слоем СаО, на рабочей поверхности корпуса выполнен слой ферропганяного митада диметром 500 мм и толщиной 5 мм. По толщине слоя СаО для интенсификации тешгопереноса размещены полые стальные .стержни. Вода подается через перфорированную трубу под давлением плунжерным насосом - дозатором. Подача воды обуславливает гидратацию оксида кальция и выделение тепла на линии фронта гидратации, скорость перемещения которого определяется расходом подачи.

Расчет тешгопереноса в слое оксида кальция в процессе гидратации в одномерном приближении можно описать дифференциальным уравнением нестационарной теплопроводности с внутренними поверхностными источниками тепла в виде

дЬ) 1 дд/

дт~ажв8х2 Сжврзкв дх

где азш Сзкв и рэкв - эквивалентные коэффициент температуропроводности, теплоемкость и плотность композиции СаО и полых стальных стержней.

Условия однозначности при гидратации от адиабатной поверхности:

т Ы

Хф « ;х=3,-Л—=д(т),

где Хф - текущая координата фронта гидратации от адиабатной поверхности; Шф - скорость распространения фронта гидратации, м/с; qf -плотность тепловыделения в фронте гидратации, Вт/м2.

При гидратации от внешней рабочей поверхности координата хф отсчиты-вается от рабочей поверхности и условия однозначности определяются в обратном порядке.

Уравнение (3) при условиях однозначности (4) решалось методом конечных элементов при помощи пакета Ма&етайса - 5 для различных толщин слоя оксида кальция и различных относительных площадей металлических стержней при диаметре митада 500 мм. Расчеты проводились при граничных условиях 3 рода на рабочей поверхности в период начального прогрева до необходимой температуры. При выпечке инжеры приняты граничные условия 2 рода (1) в соответствии с полученными ранее экспериментальными данными. Во время полировки митада принимались граничные условия 3 рода,

Скорость гидратации выбиралась из условия тепловыделения, необходимого для обеспечения теплового потока для выпечки инжеры и поддержания температуры рабочей поверхности 90-10оС( а толщина слоя оксида кальция -

из условия выпечки достаточного количества июкер при удовлетворительных массогабаритных параметрах аккумулятора и составляла 40-80 мм. Слой разбивался по высоте на участки, толщина которых обеспечивает тепловыделение для выпечки одной инжеры. В зависимости от принятых условий толщина участка составляла 0,6-2,5 мм. Выбор шага по времени определялся обеспечением устойчивости решения.

Расчеты проводились для прямой (фронт движется от адиабатной к рабочей поверхности) и обратной гидратации а также для переменной и со ступенчатым изменением скорости гидратации. В результате расчетов доказано, что наилучшими характеристиками обладает плита-аккумулятор с толщиной слоя 80 мм и ступенчатой гидратацией, позволяющая при полной массе 22 кг выпекать полную серию инжер (40 штук).

На рис. 8 представлено изменение температуры поверхностей слоя в процессе выпечки инжер.

200

17$

9 150 £

§ 125

СП

1100 I 7$

I

^ 50

25

2 /

/ Мл тут УУУУУУ лууРУ?

/А

/ / ч*

/ /

/

20

80

40 60

Время гидратации, мин

Рис. 8. Изменение температуры слоя извести в процессе ступенчатой гидратации: I - рабочая поверхность слоя, 2 - адиабатная поверхность

Дня экспериментальной проверки возможности реализации разработанных принципов работы плиты-аккумулятора были изготовлены 3 плиты - аккумулятора. Эксперименты по разогреву аккумулятора и выпечке инжеры проведены в г. Бахр Дар в период август-сентябрь 2005 г. При проведении экспериментов подача воды осуществлялась с интервалом 3 мин ножным плунжерным насосом с разовой подачей 50 мл, присоединенным к аккумулятору гибким шлангом. При первой гидратации температура поверхности 125°С была достигнута через 7 циклов подачи воды (21 мин), еще два цикла обеспе-

чили температуру рабочей поверхности 160°С. Затем была произведена выпечка серии инжер, все ннжеры высокого качества.

Таким образом, экспериментально показана возможность использования аккумуляторов тепла на гидратации СаО для выпечки инжеры. Экспериментальные результаты хорошо корреспондируются с теоретическими расчетами ' процесса гидратации с использованием разработанной! математической модели.

Проведение обратной реакции дегидратации требует нагрева гашеной извести до 520-580°С. Математическое описание дегидратации аналогично мат. модели прямой реакции. Проведенные расчеты позволили определить требования к концентрации солнечной энергии и рассчитать режим и время дегидратации. Для реализации дегидратации требуется плотность теплового потока свыше 40 кВт/м2, что требует параболического концентратора площадью 15-20 мг. Дня проверки возможности осуществления дегидратации рабочего слоя аккумулятора и в соответствии с анализом требований к концентраторам солнечного излучения, был изготовлен параболический концентратор с площадью поверхности 18 м2, установка также выполнена по схеме солнечной плиты прямого нагрева, изготовленной и исследованной ранее. В ходе эксперимента фиксировалось изменение температуры плоских поверхностей аккумулятора по времени. Результаты эксперимента по дегидратации представлены на рис. 9. Полное время дегидратации составило 50 минут, окончание дегидратации характеризуется довольно резким увеличением температуры внешней поверхности и фиксируется по моменту прекращения выхода пара из аккумулятора.

800

700 600 500

I'

8 400

К

I 300

о

I

200 100

• • ••

•

* 1* о О О о°

• О 0

* о о

• О

О о

10 20 30 40 Время дегидратации, мин

50

Рис 9. Изменение температуры аккумулятора во время дегидратации

Экспериментальные данные хорошо согласуются с результатами расчета температурного поля рабочего слоя. Таким образом, экспериментально показана возможность реализации плиты-аккумулятора с использованием реакций гидратации и дегидратации извести.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Анализ структуры энергопотребления в Эфиопии показал, что до 80% потребления органического топлива расходуется на приготовление традиционной пищи - инжеры, проведенные статистические и экспериментальные исследования свидетельствуют о крайне низком коэффициенте использования тепла в традиционных плитах, поэтому актуальной является задача повышения их эффективности и замещения органического топлива солнечной энергией.

2. На основе решения дифференциального уравнения теплопроводности восстановлены граничные условия при выпечке инжеры и определена плотность теплового потока в инжеру.

3. Предложено использование ферроглиняного митада с повышенным коэффициентом теплопроводности, изготовлены образцы и проведены эксперименты по выпечке инжеры на ферроглиняных митадах. Экспериментально показано, что использование ферроглиняного митада в традиционных плитах позволяет на 20 % сократить потребление органического топлива.

4. Создана экспериментальная установка прямого солнечного нагрева с использованием параболического концентратора и промежуточного отражателя и проведены эксперименты по выпечке инжеры с сохранением традиционных приемов выпечки.

5. Проанализированы возможности солнечных плит с промежуточным теплоносителем и предложена схема солнечной плиты с использованием испарительных солнечных коллекторов с естественной циркуляцией, подачей пара к плите - конденсатору и возврату конденсата под действием гравитационных сил. Определены размеры и параметры работы этой системы в условиях Эфиопии.

6. Предложено использование реакций гидратации и дегидратации извести для аккумуляции тепла. Разработана математическая модель теплопереноса в процессах гидратации и дегидратации, рассчитаны параметры работы плит-аккумуляторов и определены требования к системам солнечного нагрева для осуществления дегидратации.

7. Создана экспериментальная плита - аккумулятор, работающая на гидратации извести и проведены эксперименты по разогреву и выпечке инжеры с использованием гидратации. Создана экспериментальная установка с параболическим концентратором солнечной энергии прямого солнечного нагрева плит-аккумуляторов для реализации процесса дегидратации и экспериментально подтверждена возможность проведения дегидратации с использованием солнечной энергии.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Nigussie Mulugeta Wihib and Bereket Dessie. Biogas bijera Stove // The Ethiopian Journal of Technology, Education and Sustainable Development (EJTE&SD), Babir Dar University, Volume 2, Number 2,2004.- Publisher Ba-hir Dar, Ethiopia. - P. 23-27.

2. Gubarev, V.Y., Dr. and Nigussie Mulugeta Wihib. Fuel Consumption for Heating Water in Bahir Dar Town. // Hie Ethiopian Journal of Technology, Education and Sustainable Development (EJTE&SD), Bahir Dar University, Volume 2, Number 2,2004.- Publisher Bahir Dar, Ethiopia. - P. 50-59.

3. Gubarev, V.Y., Dr. and Nigussie Mulugeta Wihib. Consumption of Biomass and Commercial Fuel for Baking Ihjera in Bahir Dar Town, // The Ethiopian Journal of Technology, Education and Sustainable Development (EJTE&SD), Bahir Dar University, Volume 2, Number 2, 2004.- Publisher Bahir Dar, Ethiopia.-P. 60-68.

4. Губарев, ВЛ. Исследование энергетических затрат для приготовления инжеры / В Л, Губарев, КМ. Вихиб II Теплоэнергетика: сборник научных трудов.-Липецк: ЛГТУ, 2005.-С. 124-128.

5. Вихиб, Н.М. Анализ энергозатрат на приготовление пищи в условиях Эфиопии / Н.М. Вихиб, В .Я. Губарев, ЮЗ. Шацких // Естественные и технические науки. - 2006. - №1 (21). - С. 282 -285

6. Вихиб, Н.М. Исследование регенеративного аккумулятора теплоты для использования в домашних хозяйствах Эфиопии / Н.М. Вихиб, В.Я. Губарев, Ю.В. Шацких II Естественные и технические науки. - 2006. -№1 (21). -С. 285-287.

7. Вихиб, Н.М. Экспериментальное исследование выпечки инжеры в солнечной плите прямого нагрева с параболическим концентратором солнечного излучения / Н.М. Вихиб, В Л. Губарев, Ю.В. Шацких // Естественные и технические науки. -2006. - №2 (22). - С. 253-261.

Формат 60x84/16, Бумага для множительных аппаратов. Усл.печ. л. 1,0. Тираж 90 экз. Заказ № 350 Бесплатно. Типография ЛГТУ. 398600, г. Липецк, ул. Московская, 30

Подписано в печать £4,05! 2ооёг

1

Mûf-À J0(

07 - 19 f

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ИСТОЧНИКИ И ПОТРЕБИТЕЛИ

ЭНЕРГИИ В ЭФДР.

1.1. Географическая и климатическая характеристика Эфиопии.

1.2. Топливно-энергетическое хозяйство Эфиопии.

1.3. Структура энергопотребления в домашних хозяйствах Эфиопии.

1.3.1 Расход энергии на приготовление пищи.

1.3.2. Расход энергоресурсов на нагрев горячей воды для получения абсита и хозяйственные нужды.

1.3.3. Альтернативные источники энергии в Эфиопии.

1.4. Оценка эффективности традиционных устройств приготовления пищи в Эфиопии.

1.5. Постановка целей и задач исследования.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТРАДИЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИЩИ

В ЭФИОПИИ.

2.1. Экспериментальное исследование процесса выпечки инжеры.

2.1.1. Методика проведения экспериментов.

2.1.2. Результаты экспериментов.

2.2. Анализ нагрева митада и процесса выпечки.

2.3. Исследование процесса выпечки инжеры с использованием композитного митада.

2.4. Выводы.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ

УСТРОЙСТВА ПРЯМОГО СОЛНЕЧНОГО НАГРЕВА

ДЛЯ ВЫПЕЧКИ ИНЖЕРЫ.

3.1. Использование солнечной энергии для приготовления пищи.

3.1.1. Концентрирующие коллекторы.

3.1.2. Тепловые камеры.

3.1.3. Панельные плиты.

3.2 Анализ условий работы печи прямого нагрева и определение основных параметров.

3.3. Разработка и испытание солнечной печи прямого нагрева для выпечки инжеры.

3.3.1. Экспериментальная печь.

3.3.2. Методика проведения экспериментов и анализ результатов.

3.4. Выводы.

ГЛАВА 4. КУХОННАЯ СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ.

4.1. Опыт использования схем с промежуточным теплоносителем.

4.2. Определение основных параметров системы с промежуточным теплоносителем.

4.3. Выводы.

ГЛАВА 5. СОЛНЕЧНЫЕ КУХОННЫЕ СИСТЕМЫ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АККУМУЛЯТОРОВ ТЕПЛОТЫ.

5.1 Исследование возможностей использования теплоаккумулирующей массы простого нагрева для выпечки инжеры.

5.1.1 Унитарный блок плита-аккумулятор.

5.1.2. Центральный бак-аккумулятор.

5.2. Использование фазопереходных аккумуляторов тепла.

5.3. Использование обратимых химических реакций.

Ц 5.3.1. Исследование характеристик плиты-аккумулятора с использованием гидратации оксида кальция.

5.3.2. Исследование процесса дегидратации Са(ОН)2 с использованием прямого солнечного нагрева зарядка аккумулятора).

5.3.3. Экспериментальное исследование аккумуляторов с использованием процессов гидратации и дегидратации.

5.3.3.1. Экспериментальное исследование выпечки инжеры с использованием аккумулятора.

5.3.3.2. Экспериментальное исследование дегидратации рабочего слоя аккумуляторов с использованием солнечной энергии.

5.4. Выводы.

Актуальность работы. Важнейшим аспектом развития экономики многих стран мира в 21 веке стало внедрение энергосберегающих технологий как в промышленном производстве, так и в повседневной жизни людей. Наиболее остро вопрос энергоснабжения стоит в слаборазвитых странах, таких как Эфиопия, не имеющих ни собственных запасов энергетических ископаемых ни возможности закупать углеводородное топливо и электроэнергию. Около 90% всей потребляемой в Эфиопии энергии расходуется в домашних хозяйствах на приготовление пищи и нагрев воды на хозяйственно-бытовые нужды [3], причем большая часть энергоресурсов идет на приготовление традиционной пищи - инжеры (лепешки), выпекаемой на глиняных дисках - митадах в примитивных плитах [4].

Энергетические потребности Эфиопии на 77 % покрываются за счет использования древесного топлива. В совокупности с постоянным ростом населения это привело к бесконтрольной вырубке леса, в настоящее время площадь лесов в Эфиопии сократилась с 40 до 2% [1, 2] и страна стоит на грани экологической катастрофы. Таким образом, проблема повышения эффективности энергоиспользования в домашних хозяйствах Эфиопии весьма актуальна.

Диссертационная работа выполнялась в рамках программы правительства Эфиопии «Возобновляемые источники энергии».

Цель работы. Исследование и разработка методов повышения эффективности энергоиспользования в Эфиопии; исследование и разработка методов и устройств использования солнечной энергии для приготовления пищи при сохранении традиционных приемов. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. исследование тепловых параметров процесса выпечки инжеры;

2. исследование и оптимизация тепловых характеристик митада с целью снижения энергозатрат при выпечке инжеры с использованием традиционных плит;

3. исследование возможностей использования устройств прямого солнечного нагрева для выпечки инжеры и определение требований к ним;

4. разработка устройства прямого солнечного нагрева с промежуточным отражателем для выпечки инжеры и его экспериментальная апробация;

5. исследование возможностей использования плоских испарительных солнечных коллекторов и конденсационных плит для выпечки инжеры применительно к условиям Эфиопии, анализ параметров их работы;

6. анализ и экспериментальное исследование солнечных плит с аккумулятог рами тепла.

Методологические основы исследований. Сложность и комплексность поставленной задачи предопределили использование для проведенных исследований методов ряда областей знаний. Теоретической базой диссертационной работы являются законы тепломассообмена, гидродинамики, химической кинетики. Исследования проводились на основе математического моделирования теплообмена при выпечке инжеры. Степень адекватности построенных моделей определялась экспериментальными исследованиями.

Научная новизна.

1. Впервые проведено статистическое и экспериментальное исследование удельных энергетических затрат и определение коэффициента использования тепла в процессе выпечки инжеры.

2. Разработана математическая модель теплообмена в процессе выпечки инжеры и на основе полученных экспериментальных данных о температуре поверхностей митада восстановлены граничные условия на поверхностях при начальном разогреве и в процессе выпечки и установлены закономерности изменения теплового потока в инжеру, адекватность модели проверена экспериментально.

3. Предложено использование композитных металоглиняных митадов и экспериментально исследованы их характеристики, с использованием разработанной математической модели проведен теоретический анализ процесса выпечки в традиционных плитах с закрытой топкой с использованием ферроглиняного митада и показано, что при сохранении традиций и высокого качества инжеры можно повысить коэффициент использования тепла и на 20% сократить потребление топлива.

4. Проведен анализ использования прямого солнечного нагрева для выпечки инжеры, разработана схема плиты и экспериментально исследован процесс выпечки с применением прямого солнечного нагрева.

5. Проведен анализ систем с испарительными термосифонами и определены требования к их параметрам, обеспечивающим выпечку инжеры.

6. Предложено использование обратимых реакций гидратации и дегидратации для плит с аккумуляцией тепла и разработана одномерная математическая модель гидратации СаО и дегидратации Са(ОН)2, использующая дифференциальное уравнение теплопроводности с перемещающимся фронтом поверхностного тепловыделения. На основе математической модели исследованы различные варианты процесса гидратации с учетом цикла выпечки инжеры а также процесс дегидратации при различной плотности концентрированного потока солнечного излучения. Адекватность модели проверена на экспериментальной установке и экспериментально показана как возможность выпечки инжеры при гидратации СаО, так и возможность дегидратации Са(ОН)2 с использованием параболического концентратора солнечного излучения.

Практическая ценность.

1. Разработанный композитный митад, полученный при добавлении в глиняную массу 50% металлических опилок позволяет повысить коэффициент использования тепла для закрытых топок с 29,7 до 35 ,8% и на 20% сократить потребление древесного топлива при выпечке инжеры в традиционных плитах.

2. Разработана и экспериментально проверена солнечная плита прямого солнечного нагрева. Показана возможность ее использования в домашних хозяйствах Эфиопии. Разработаны схема солнечной плиты с испарительными термосифонами и схема центрального теплоснабжения индивидуальных плит от бака-аккумулятора, использующие конструктивно простые и дешевые плоские коллекторы с одинарным остеклением, определены их размеры и параметры в условиях Эфиопии.

3. Разработана схема и определены основные параметры солнечной плиты с аккумуляцией тепла на основе обратимых химических реакций, в качестве рабочего вещества использована известь. Проведены опытные исследования процесса гидратации и дегидратации извести, разработан режим работы предложенного устройства.

4. Внедрение разработанных и экспериментально исследованных кухонных плит, использующих солнечную энергию, позволяет при сохранении традиционных способов приготовления пищи существенно сократить потребление органического топлива в домашних хозяйствах Эфиопии.

На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментального исследования по определению удельных затрат топлива и коэффициента использования тепла в традиционных устройствах для выпечки инжеры.'

2. Результаты экспериментов по исследованию температуры поверхностей митада и найденные на их основе закономерности изменения теплового потока в инжеру в процессе выпечки.

3. Результаты экспериментов по исследованию свойств металлоглиняных ми-тадов и расчетов характеристик традиционных плит с их использованием.

4. Результаты экспериментов по выпечке инжеры в плите прямого солнечного нагрева.

5; Математическая модель гидратации СаО и дегидратации Са(ОН)2 в солнечных системах с аккумуляцией тепла.

6. Результаты экспериментов по гидратации СаО и дегидратации Са(ОН)г.

Апробация результатов работы. Основные результаты доложены на Всероссийской научно-технической конференции «Энергосбережение и энергоэффективные технологии», Липецк, ЛГТУ, 2004 и на XXXIV научно-технической конференции аспирантов и студентов ЛГТУ, Липецк, 2005.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано семь работ в центральных и региональных изданиях Российской Федерации и Эфиопской федеральной демократической республики [100-106].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 106 наименований. Работа содержит 116 страниц машинописного текста, 22 таблицы, 70 рисунков.

5.4. Выводы

1. Рассмотрены и исследованы схемы плит с аккумуляцией тепла. Рассчитаны характеристики теплоаккумулирующих систем с нагревом теплоаккуму-лирующей массы, с использованием фазовых переходов и обратимых химических реакций.

2. Индивидуальные блочные плиты аккумуляторы как с нагревом ТАМ, так и с использованием фазовых переходов малоперспективны вследствие недостаточной теплоаккумулирующей способности, большой массы и быстрого снижения теплового потенциала из-за теплопотерь в окружающую среду.

3. Наиболее перспективной является схема с центральным баком-аккумулятором, аналогичная системе центрального теплоснабжения с использованием простых плоских солнечных коллекторов и насосной подачей воды локальным плитам-потребителям. В условиях Эфиопии для обеспечения постоянной работы плит достаточно 3 м площади коллекторов на одну присоединенную плиту. К сожалению, такая система возможна только при постепенном техническом развитии и оснащении домашних хозяйств.

4. В качестве обратимой химической реакции для плит-аккумуляторов предложена реакция гидратации оксида кальция и термического разложения гидроокиси кальция и разработана схема аккумулятора.

5. Разработана математическая модель теплопереноса в процессах гидратации и дегидратации рабочего слоя и проанализированы решения при соответствующих граничных условиях и различных вариантах изменения скорости гидратации.

6. По результатам теоретического анализа можно сделать вывод, что плита — аккумулятор с использованием гидратации оксида кальция позволяет реализовать полный цикл (40 штук) выпечки инжеры при приемлемой массе.

7. Проведен теоретический анализ процесса дегидратации гидроокиси кальция и сформулированы требования к параметрам установки солнечного нагрева аккумулятора для обеспечения дегидратации.

8. Разработана конструкция и изготовлены опытные образцы плит-аккумуляторов. Проведены эксперименты по разогреву и выпечке инжер и получено хорошее соответствие расчетных и экспериментальных характеристик плит-аккумуляторов.

9. Изготовлена установка по нагреву концентрированным солнечным излучением плит-аккумуляторов для реализации процесса дегидратации. Экспериментально получена температура обогреваемой поверхности до 750 °С и проведена полная дегидратация рабочего слоя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленными целями исследования получены следующие основные результаты.

1. Впервые проведено статистическое и экспериментальное исследование удельных энергетических затрат и определение коэффициента использования тепла в процессе выпечки инжеры.

2. Анализ структуры энергопотребления в Эфиопии показал, что до 80% потребления органического топлива расходуется на приготовление традиционной пищи инжеры, проведенные статистические и экспериментальные исследования свидетельствуют о крайне низком коэффициенте использования тепла в традиционных плитах, поэтому актуальной является задача повышения их эффективности и замещения органического топлива солнечной энергией.

3. Разработана математическая модель теплообмена в процессе выпечки инжеры и на основе полученных экспериментальных данных о температуре поверхностей митада восстановлены граничные условия на поверхностях при начальном разогреве и в процессе выпечки и установлены закономерности изменения теплового потока в инжеру, адекватность модели проверена экспериментально.

4. Предложено использование композитных металоглиняных митадов и экспериментально исследованы их характеристики, с использованием разработанной математической модели проведен теоретический анализ процесса выпечки в традиционных плитах с закрытой топкой с использованием ферро-глиняного митада и показано, что при сохранении традиций и высокого качества инжеры можно повысить коэффициент использования тепла и на 20% сократить потребление топлива.

5. Проведен анализ использования прямого солнечного нагрева для выпечки инжеры, разработана схема плиты и экспериментально исследован процесс выпечки с применением прямого солнечного нагрева.

6. Проведен анализ систем с испарительными термосифонами и определены требования к их параметрам, обеспечивающим выпечку инжеры.

7. Предложено использование обратимых реакций гидратации и дегидратации для плит с аккумуляцией тепла и разработана одномерная математическая модель гидратации СаО и дегидратации Са(ОН)2, использующая дифференциальное уравнение теплопроводности с перемещающимся фронтом поверхностного тепловыделения. На основе математической модели исследованы различные варианты процесса гидратации с учетом цикла выпечки инжеры а также процесс дегидратации при различной плотности концентриt рованного потока солнечного излучения. Адекватность модели проверена на экспериментальной установке и экспериментально показана как возможность выпечки инжеры при гидратации СаО, так и возможность дегидратации Са(ОН)2 с использованием параболического концентратора солнечного излучения.

8. Разработанный композитный митад, полученный при добавлении в глиняную массу 50% металлических опилок позволяет повысить коэффициент использования тепла для закрытых топок с 29,7 до 35,8% и на 20% сократить потребление древесного топлива при выпечке инжеры в традиционных плитах.

9. Разработана и экспериментально проверена солнечная плита прямого солнечного нагрева. Показана возможность ее использования в домашних хозяйствах Эфиопии. Разработаны схема солнечной плиты с испарительными термосифонами и схема центрального теплоснабжения индивидуальных плит от бака-аккумулятора, использующие конструктивно простые и дешевые плоские коллекторы с одинарным остеклением, определены их размеры и параметры в условиях Эфиопии.

10. Разработана схема и определены основные параметры солнечной плиты с аккумуляцией тепла на основе обратимых химических реакций, в качестве рабочего вещества использована известь. Проведены опытные исследования процесса гидратации и дегидратации извести, разработан режим работы предложенного устройства.

11. Внедрение разработанных и экспериментально исследованных кухонных плит, использующих солнечную энергию, позволяет при сохранении традиционных способов приготовления пищи существенно сократить потребление органического топлива в домашних хозяйствах Эфиопии.

12. Разработанные и экспериментально проверенные плита прямого солнечного нагрева и плита-аккумулятор с использованием гидратации СаО включены в качестве пилотных проектов в программу правительства ЭФДР «Возобновляемые источники энергии».

1. Ethiopian forestry action plan ERAR. 1996

2. Initial national communication of Ethiopia to the United Nations framework convention on climate change (UNFCCC), 2001. Addis Ababa Ethiopia

3. Deutsche Gesellschaft fur Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH and Ethiopian Rural Energy Development and Promotion Centre (EREDPC). Presented by Benjamin Jarg Storf. Factory of Energy Projects GmbH 2003.

4. Amhara Regional State A Strategic Place for the Sustainable Development Conservation and Management of the Wood Biomass Resources. Volume 2.Rural Socio-Economic Survey Report Methodology and Findings. January 2002.Ethiopia

5. Social Studies Atlas for Ethiopia. Published by Macmillan and Co. Limited. St. Martin's Street London W.C.L. 1960.

6. Ethiopian geography and meteorology, 1993.

7. Federal democratic republic of Ethiopia. Ministry of water resources. National metrological services agency.

8. Crabtree D 1997 Final Report UNSO June 1997 New York.

9. Crabtree D. 1996 Mid Assignment progress report UNSO January 1996 New York.

10. Ministry of Energy. Tariff Electric Energy. Addis Ababa Ethiopia June 2003.

11. World bank, (1982), Test Results of Kerosene and other Stoves for Developing Countries, World Bank, Washington D.C.

12. Federal Democratic Republic of Ethiopia Ministry of Water Resources. National Meteorological Services Agency.

13. UNSO/DANIDA 1986 Report of Joint UNSO/DANIDA mission to Blue Nile Ecological Zone of Ethiopia.

14. Weber F. and Pohjoner V. 1991 Reforestation, the Ethiopian experience 1984-1989 UNSO. April 1991. New York.

15. National Circumstances. Chapter 2.

16. Amhara Regional State. Urban Energy and Wood Utilization Surveys. Part 1.

17. Bahr Dar Town. Addis Ababa, June 2002. Ethiopia.

18. Богданов C.H. Холодильная техника кондиционирования воздуха. Свойства веществ: Справочник 4-е изд. перераб. и доп. СПб.: СПБГ АХПТ, 1999.-320 с.

19. Гришин А. С., Энина JL С. Влияние различных способов тесто-приготовления на качество хлеба. М: Пищевая промышленность, 1974. -241 с.

20. Миклюнов И. И. Миклюнов В. И. Промышленные печи хлебопекарного и кондитерского производства. Изд. 4-е перераб. и доп. — М.: Легкая и пищевая промышленность. 1983. — 273 с.

21. Полторак М. И., Завьялов А. А. Справочник по эксплуатации теплотехнических установок на газообразном топливе в хлебопекарной промышленности. М.: Агропромиздат, 1986.-240 с.

22. Техническая термодинамика и теплопередача. Под ред. Нащокина В.В. 1969.-330 с.

23. Гришин А. С. Ильинская Т. Н. Современное хлебопекарное производство. М.: Пищевая промышленность, 1973. — 192.

24. Пучкова Л. И. Лабораторный практикум по технологии хлебопекарного производства. -М.: Пищевая промышленность, 1971. 192 с.

25. Исеченко В.П.и др. Теплопередача. -М.: Энергоиздат, 1981.

26. Безруких П.П. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России. Коллектив авторов- СПб.: Наука, 2002.-314 с.

27. John R. Howell. Solar Thermal energy systems. Analysis and design. New York 1982-92.

28. Mouchot and Veinberg V.B. Optics in Equipment for the utilization of solar Energy. State publishing House of Defense Industry. Moscow, 1959.

29. Ghai M.L. "Solar Heat for Cooking", Journal of Scientific and Industrial Research, 12A. (1953)

30. Abbot N. Telkes M. "Solar Cooking ovens" (Solar Energy January (1959)

31. Tabor N. Mouhin. "Solar Cooker for Developing countries". (National phys. Lab. Of Israel, Jerusalem). Solar Energy. Oktober (1966)

32. Daniels, F. "Solar Energy and Wind power", Science. 121, 121-122. (1955)

33. Proceeding of the United Nations Conference on New sources of Energy. Volume 5. Solar Energy: II Rome, United Nations, New York (1964)

34. Adel M.A., Khalifa M.M.A. Taha and M. Akyurt. Design, simulation and testing of a new concentrating type solar cooker. Solar Energy, vol.38 № 1. Pp. 7988, 1987.

35. U.V. Desrica, B.G. Petrovic and D. Desrica. Calculation of Monthly Average Daily insulation on tilted, variously oriented surfaces using Analyticallyweighted Rb factors / Solar energy, vol. 37 № 2. Pp. 81-90.

36. Ethiopian Energy Studies and Research Center (EES& RC) (1996). Test results of locally produced ceramic and metal biogas cooking and baking stoves final report by Derje Kebde June 1996, Addis Ababa.

37. EEA/ASD (1992), Cooking Efficiency Improvement and New Fuels Marketing Project, Final Report, June 1992, Addis Ababa.

38. Brace Research Institute annual report, Report №M35, July, 1977.

39. Farber E.A., Morrison C.A., Pytlinski J.T., Ingley L.A and Elder H.M. "Heat Transfer. Aspects of a Solar powered Cooking service with 24-hour service", Proceeding of Institute of Environment sciences I, (1971).

40. Proceeding of the United Nations Conference on new sources of Energy, Volume 5; Solar Energy: II, Rome, United Nations, New-York (1989)

41. Swet C.J. "Universal solar kitchen" John Hopkins Univ., Silver spring, MD (USA), Applied physics Lab. (PB -213023) NTIS July, (1992).

42. Farber E.A., Morrison C.A., Pytlinski J.T., Ingley L.A and Elder H.M. "Heat Transfer. Aspects of a Solar powered Cooking service with 24-hour service", proceeding Institute of Environment sciences I, (1990).

43. Dr. Abebayehu Assefa and Demiss Alemu. „Viability of solar energy for Domestic water heating in Ethiopian cities" Jurnal EAEA. Vol. 9 1992. Pp. 40-46.

44. Brandemuehi u Beckman, WA: „Economic evaluation and optimization of solar water heating systems", Solar energy, Volume 23, №1 1979.

45. Даффи Д. А. Бекман У. А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. М.: Мир, 1977. - 429 с.118

46. Вейси Ф.} Сергеевский Э. Д. Моделирование солнечного водонагревателя с использованием MATLAB / simailink. Московский энергетический институт. // Теплоэнергетика, №4, 2005. С. 77-80.

47. Попель О. С. Фрид С. Е. Шпильрайн Э.Э. Обобщенные показатели типичной индивидуальной солнечной водонагревательной установки в климатических условиях различных регионов России. // Теплоэнергетика, №1, 2003. С. 12-18.

48. Бутузов В. А. Солнечные коллекторы в России и на Украине. Конструкции и технические характеристики. // Теплоэнергетика, №1, 2003. С. 3740.

49. Demiss Alemo. Optimal Design of Solar Water Heating Systems Zede. Journal of EAEA vol. 15, 1998. Pp. 53-60.

50. Солнечный коллектор с анизотропным теплогидроизоляцией. Пло-ливода А.Ф. // Водоснабжение и сантехника. №10, 1998 г. С. 19-20.

51. Тарнижевский Б. В., Алексеев В. Б., Каннибалов 3. А., Ануев И. М. Солнечные коллекторы и водонагревательные установки. // Теплоэнергетика, №6, 1995. С. 48-51.

52. Бекман У. и др. Расчет систем солнечного теплоснабжения. Пер. с англ. / У. Бекман, С. Клейн, Дж. Даффи, М.: Энергоиздат, 1982. - 80 с.

53. Шрильраин Э. Э. и др. Комбинированные системы солнечного теплоснабжения с тепловыми насосами аккумуляторами тепла. // Теплоэнергетика, №1,2003. С. 19-22.

54. Теплотехнический справочник в 2-х томах. Под общ. ред. В.И. Юре-нева и П.Д. Лебедева. М.: Энергия, 1976.

55. Тепло и массообмен. Теплотехнический и экспериментальный справочник. Под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. М.: Энергоиздат, 1982.

56. Зигель Р., Хауэлл Дж. Теплообмен излучением, перевод с англ. под ред. доктора тех. наук Хрусталева Б. А. М.: Мир, 1975. - 435 с.

57. А. Жукаускас, И. Жюгжуй. Теплопередача цилиндра в поперечном потоке жидкости. Вильнюс: Мапслас, 1979. - 239 с.119

58. J.P. Holman, 1992. Heat transfer 7th ed. 1992 publisher services LTD, 1992, Singapore.

59. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии. Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 395 с.

60. Берковский Б. М. Кузьминова В. А. Возобновляемые источники энергии. Пер. с англ. -М.: Энергоиздат, 1987. 128 с.

61. Губарев В.Я. и другие. Гидравлические расчеты в теплоэнергетике. Учебное пособие. Липецк, 2003. 123 с.

62. Касилов В.Ф. Справочное пособие по гидрогазодинамике для теплоэнергетиков. М: МЭИ, 2000. - 272 с.

63. Н.М. Зингер. Гидравлические и тепловые режимы теплофизических систем. М.: Энергоатомиздат, 1986. 3 19 с.

64. Гидравлика и гидропривод. Под редакцией проф. И.Л. Пастоева, М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2001. -519 с.

65. Физические величины: Справочник/Бабичев А.П., Бабушкина Н.А., Братковский A.M. и др.: Под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

66. Смитлз К.Дж. Металлы: Справ, изд. / Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1980.-447 с.

67. Гаррелс P.M., Крайст Ч.Л. Растворы, минералы, равновесия. М.: Мир, 1968.-168 с.

68. Карапетьянц М.Х., Карапетьянц М.Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. М.: Химия, 1968. - 472 с.

69. Наумов Г.Б., Рыженко Б.Н., Ходаковский И.А. Справочник термодинамических величин. М.: Атомиздат, 1971. - 239 с.

70. Mustafa Ozilgen, 1998. Food process modeling and control, chemical engineering application volume 12, 1998 publisher Gopdon and Breach science.

71. Robert H.Perry, Don W. Green. 1997, Purely chemical engineering handbook Published by Butterworth Heinemann, 1997, USA.120

72. Abera Melesse, Destalem Hailu, Mesfln Kassa and A. Venkata Ramayya, (2003): Design of a rechargeable and regenerative solar stove, Project Report of Department of Mechanical Engineering, Jimma University, Jimma.

73. Стандарты Липецкого государственного технического университета по оформлению и нормаконтролю учебных отчетов, работ, проектов. Профессор Зайцев B.C. Липецк, 2002.

74. Ф.А. Кузин Диссертация. Методика написания, правила оформления, порядок защиты. — М., 2001.

75. Диссертация, подготовка, защита, оформление. Практическое пособие. Под редакцией Н.И. Загузова. М., 2003.

76. Англо-русский политехнический словарь. Под ред. А.Е. Чернукина — М.: Русский язык, 1979.

77. Nigussie Mulugeta Wihib and Bereket Dessie. Biogas Injera Stove // The Ethiopian Journal of Technology, Education and Sustainable Development (EJTE&SD), Bahir Dar University, Volume 2, Number 2, 2004.- Publisher Bahir Dar, Ethiopia.-P.23-27.

78. Губарев В.Я., Вихиб H.M. Исследование энергетических затрат для приготовления инжеры. // Теплоэнергетика: сборник научных трудов. // ЛГТУ, Липецк, 2005.-С. 124-128.

79. Вихиб Н.М., Губарев В.Я., Шацких Ю.В. Анализ энергозатрат на приготовление пищи в условиях Эфиопии // Естественные и технические науки, №1(21), 2006, С. 282 -285

80. Вихиб Н.М., Губарев В.Я., Шацких Ю.В. Исследование регенеративного аккумулятора теплоты для использования в домашних хозяйствах Эфиопии. // Естественные и технические науки, №1(21), 2006, С. 285-287.

81. Вихиб Н.М., Губарев В.Я., Шацких Ю.В. Экспериментальное исследование выпечки инжеры в солнечной плите прямого нагрева с параболическим концентратором солнечного излучения // Естественные и технические науки, №2 (22), 2006, С. 253-261.