vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2024-51-2-31-43vdgtu-1517Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGХолодильные системы с использованием потенциала ночного радиационного охлажденияEfrigeration Systems using the Potential of night radiative coolinghttps://orcid.org/0000-0002-3073-6698ЦойА. П.TsoiA. P.

Цой Александр Петрович, доктор технических наук, доцент, профессор

1050012 г.Алматы,ул.Толе би 100

Alexander P. Tsoi, Dr. Sci. (Eng), Assoc. Prof., Prof.

100 Tole bi St., Almaty 050012

tsoyteniz@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3675-9513БараненкоА. В.BaranenkoA. V.

Бараненко Александр Владимирович, доктор технических наук, профессор

2191002, г.Санкт-Петербург, ул. Ломоносова 9

Alexander V. Baranenko, Dr. Sci. (Eng), Prof.

9 Lomonosov St., St. Petersburg 191002

avbaranenko@itmo.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1191-038XГрановскийА. С.GranovskyA. S.

Александр Сергеевич Грановский, младший научный работник

1050012 г.Алматы,ул.Толе би 100

Alexander S. Granovsky, Junior Scientific worker

100 Tole bi St., Almaty 050012

granovskiy.a@rambler.ruhttps://orcid.org/0009-0009-8695-0739КимИ. А.KimI. A.

Ким Инара Александровна, кандидат технических наук, директор

3050008, г. Алматы, Манаса 22Б, офис 37;

4050060, г.Алматы, ул.Розыбакиева 227

Inara A. Kim, Cand. Sci. (Eng), Director

Manasa 22B, office 37, Almaty 3050008;

227 Rozybakieva St., Almaty 050060

kim.inara@mail.ruАлматинский технологический университетКазахстанAlmaty Technological UniversityKazakhstanСанкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (ИТМО)РоссияITMO UniversityRussian FederationТОО «Тениз»; Алматы Менеджмент УниверситетКазахстанLLP "Teniz"; Almaty Management UniversityKazakhstan2024240720245123143Copyright © Цой А.П., Бараненко А.В., Грановский А.С., Ким И.А., 20242024Цой А.П., Бараненко А.В., Грановский А.С., Ким И.А.Tsoi A.P., Baranenko A.V., Granovsky A.S., Kim I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/1517

Цель. Ночное радиационное охлаждение (Radiative cooling) основывается на явлении эффективного излучения Земли, при котором происходит отвод тепла в атмосферу и его частичный унос в космическое пространство, что приводит к понижению температуры объектов, находящихся на поверхности Земли ниже температуры воздуха в приземном слое.Метод. Исследование основано на методах термодинамического анализа, натурного и вычислительного моделирования.Результат. На основе разработанной авторами и существующей методики проведен расчетно-теоретический анализ радиационного охлаждения для ЕвропейскоАзиатского континента. Определена закономерность изменения потенциала радиационного охлаждения в зависимости от географической широты, начиная от экватора до северной точки континента. Разработаны схемные решения и конструкции холодильных систем различного функционального назначения для различных регионов при круглогодичном использовании радиационного охлаждения. Приведены теоретические и экспериментальные исследования установок с радиационным охлаждением.Вывод. На основе разработанной компьютерной модели проведен анализ энергоэффективности холодильных систем для хранения пищевых продуктов и кондиционирования воздуха, в которых охлаждение объекта осуществляется за счет радиационного охлаждения и парокомпрессионной холодильной машины с применением моделирования годового цикла работы в континентальных климатических условиях.

Objective. Night radiative cooling (Radiative cooling) is based on the phenomenon of Earth's effective radiation, in which heat is removed into the atmosphere and partially carried away into outer space, which leads to a decrease in the temperature of objects located on the Earth's surface below the air temperature in the surface layer.Method. The research is based on methods of thermodynamic analysis, full-scale and computational modeling of processes and objects of refrigeration and cryogenic technology. On the basis of the method developed by the authors and the existing method, a computational and theoretical analysis of radiative cooling for the Euro-Asian continent was carried out. As a result, the regularity of the change in the radiative cooling potential depending on the geographic latitude was determined, starting from the equator to the northernmost point of the continent. Schematic solutions and designs of refrigeration systems of various functional purposes for various regions with yearround use of radiative cooling have been developed. Theoretical and experimental studies of installations with radiative cooling are presented. for food storage and air conditioning was carried out.Conclusion. On the basis of the developed computer model, an analysis of the energy efficiency of refrigeration systems for food storage and air conditioning, in which the object is cooled by radiative cooling and a vapor compression refrigeration machine, was carried out using the simulation of the annual operation cycle in continental climatic conditions.

эффективное излучениерадиационное охлаждениехолодильные системыальтернативные возобновляемые источники энергииeffective radiationradiative coolingrefrigeration systemsalternative renewable energy sourcesИсследование финансируется Комитетом науки Министерства образования и науки Республики Казахстан (грант АР09258901/ГФ).The research is funded by the Science Committee of the Ministry of Education and Science of the Republic of Kazakhstan (grant AR09258901/GF).ReferencesТеплоэнергетика и теплотехника: Общие вопросы. Справочник/Под общей редакцией В.А. Григорьева и В.М. Зорина. –М.: Энергия, 1980. –528 с., ил. – (Теплоэнергетика и теплотехника)Thermal power engineering and heating engineering: General issues. Directory/Under the general editorship of V.A. Grigoryeva and V.M. Zorina. M.: Energy, 1980; 52 (Thermal power engineering and heating engineering) (In Russ)Кондратьев К.Я. Актинометрия. – Ленинград: Гидрометеорологическое издательство, 1965. – 693 с.Kondratyev K.Ya. Actinometry. Leningrad: Hydrometeorological Publishing House, 1965; 693 (In Russ)Determination of the clear sky emissivity for use in cool storage roof [Электронный ресурс] / Bing Chen. – Omaha: University of Nebraska, 1991. – Режим доступа: http://www.ceen.unomaha.edu/solar/.Determination of the clear sky emissivity for use in cool storage roof [Electronic resource] / Bing Chen. – Omaha: University of Nebraska, 1991. Access mode: http://www.ceen.unomaha.edu/solar/.Measurement of night sky emissivity in determining radiant cooling. [Электронный ресурс] / Bing Chen. – Omaha: University of Nebraska, 1991. – Режим доступа: http://www.ceen.unomaha.edu/solar/Measurement of night sky emissivity in determining radiant cooling. [Electronic resource] / Bing Chen. – Omaha: University of Nebraska, 1991. Access mode: http://www.ceen.unomaha.edu/solar/Night radiative cooling. The effect of clouds and relative humidity. [Электронный ресурс] / Luciuk M. – Cranford: William Miller Sperry Observatory, 2001 – Режим доступа: http://www.asterism.org/.Night radiative cooling. The effect of clouds and relative humidity. [Electronic resource] / Luciuk M. – Cranford: William Miller Sperry Observatory, 2001 – Access mode: http://www.asterism.org/.Parker D.S. Theoretical evaluation of the nightcool nocturnal radiation cooling concept: report : FSEC-CR-1502-05 / Florida Solar Energy Center, – Clearlake Rd., 2005. – 44 p.Parker D.S. Theoretical evaluation of the nightcool nocturnal radiation cooling concept: report : FSEC-CR-1502-05 / Florida Solar Energy Center, Clearlake Rd., 2005; 44.Parker D.S., Sherwin J.R., Hermelink A.H., Moyer N., NightCool: Nocturnal Radiation Cooling Efficiency Concept, Cocoa, 2009.Parker D.S., Sherwin J.R., Hermelink A.H., Moyer N., NightCool: Nocturnal Radiation Cooling Efficiency Concept, Cocoa, 2009.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 ½) // Холодильная техника. – 2014. – № 12. – С. 36–41.Tsoi A.P., Granovsky A.S., Tsoi D.A., Baranenko A.V. The influence of climate on the operation of a refrigeration system using effective radiation into outer space (part ½) Refrigeration technology. 2014;12: 36–41. (In Russ)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 2/2) // Холодильная техника. – 2015. – № 1. – С. 43–46.Tsoi A.P., Granovsky A.S., Tsoi D.A., Baranenko A.V. The influence of climate on the operation of a refrigeration system using effective radiation into outer space (part 2/2). Refrigeration technology. 2015; 1: 43–46. (In Russ)Samuel D.G.L., Nagendra S.M.S., Maiya M.P. Passive alternatives to mechanical air conditioning of building: A review // Build. Environ. Elsevier Ltd, 2013. Vol. 66. P. 54–64. DOI: 10.1016/j.buildenv.2013.04.016.Samuel D.G.L., Nagendra S.M.S., Maiya M.P. Passive alternatives to mechanical air conditioning of building-ing: A review. Build. Environ. Elsevier Ltd, 2013; 66: 54–64. DOI: 10.1016/j.buildenv. 2013.04.016.Исаев С.И., Кожинов И.А., Кофанов В.И. Теория тепломассообмена: Учебник для вузов / под ред. Леонтьев А.И. – Москва: Высшая школа, 1979. – 495 с.Isaev S.I., Kozhinov I.A., Kofanov V.I. Theory of heat and mass transfer: Textbook for universities / ed. Leontyev A.I. Moscow: Higher School, 1979; 495. (In Russ)Лариков Н.Н. Теплотехника: Учеб.для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва: Стройиздат, 1985. – 432 с.Larikov N.N. Thermal engineering: Textbook for universities. 3rd ed., revised. and additional. Moscow: Stroyizdat, 1985; 432. (In Russ)Anderson T., Duke M., Carson J. Performance of an unglazed solar collector for radiant cooling // Australian Solar Cooling 2013 Conference. – Sydney: Australian solar cooling interest group, 2013.Anderson T., Duke M., Carson J. Performance of an unglazed solar collector for radiant cooling. Australi-an Solar Cooling 2013 Conference. – Sydney: Australian solar cooling interest group, 2013.Tsoy A.P. Cooling process modeling of a periodically incoming liquid, using night radiation cooling / A.P. Tsoy, A.K. Alimkeshova, A.S. Granovskiy // AIP Conf. Proc. – 2018. – Vol. 2007.Tsoy A.P. Cooling process modeling of a periodically incoming liquid, using night radiation cooling / A.P. Tsoy, A.K. Alimkeshova, A.S. Granovskiy. AIP Conf. Proc. 2018; 2007.Tsoy A.P., Baranenko A.V., Tsoy D.A. Refrigeration systems with the night radiative cooling effect for different regimes and climatic conditions // AIP Conf. Proc. – 2018. – Vol. 2007.Tsoy A.P., Baranenko A.V., Tsoy D.A. Refrigeration systems with the night radiative cooling effect for different regimes and climatic conditions. AIP Conf. Proc. 2018; 2007.Tsoy A.P., Granovsky A.S., Tsoy D.A. Modelling of the operation of a refrigeration unit using radiative cooling to maintain the storage temperature in the cold room // MATEC Web of Conferences. – 2020. – Vol. 324. – 02006. – DOI: 10.1051/matecconf/202032402006. Scopus процентиль: 34.Tsoy A.P., Granovsky A.S., Tsoy D.A. Modeling of the operation of a refrigeration unit using radiative cooling to maintain the storage temperature in the cold room. MATEC Web of Conferences. 2020;. 324. – 02006. – DOI: 10.1051/matecconf/202032402006. Scopus percentile: 34.Tsoy, A.P., Granovskiy, A.S., Baranenko, A.V., Tsoy, D.A., 2017. Effectiveness of a night radiative cooling system in different geographical latitudes. AIP Conference Proceedings. 1876, 020060. https://doi.org/https://doi.org/10.1063/1.4998880.Tsoy, A.P., Granovskiy, A.S., Baranenko, A.V., Tsoy, D.A., 2017. Effectiveness of a night radiative cooling system in different geographical latitudes. AIP Conference Proceedings. 1876, 020060. https://doi.org/https://doi.org/10.1063/1.4998880.Degnes-Ødemark H. A study of night sky radiation, and heating and cooling of buildings with thermal solar collectors [Text] : Master thesis – Oslo: University of Oslo, Department of Physics, 2009. – https://www.duo.uio.noDegnes-Ødemark H. A study of night sky radiation, and heating and cooling of buildings with thermal solar collectors [Text]:Master thesis Oslo: University of Oslo, Department of Physics, 2009. https://www.duo.uio.noDobson R.T. Thermal Modelling Of A Night Sky Radiation Cooling System. / Dobson R.T. // Journal of Energy in Southern Africa. – 2005. – Vol 16, № 2. – p. 20–31. DOI: 10.1016/j.buildenv.2013.04.016.Dobson R.T. Thermal Modeling Of A Night Sky Radiation Cooling System. / Dobson R.T. Journal of Energy in Southern Africa. 2005;16( 2): 20–31. DOI: 10.1016/j.buildenv.2013.04.016.Etzion Y., Erell E. Thermal storage mass in radiative cooling systems // Build. Environ. 1991. Vol. 26, № 4. P. 389–394.Etzion Y., Erell E. Thermal storage mass in radiative cooling systems. Build. Environ. 1991; 26( 4): 389–394.Golaka A.R.T., Exell R.H.B. Night radiative cooling and underground water storage in a hot humid climate: a preliminary investigation // Proc. 2nd Reg. Conf. Energy Technol. Towar. a Clean Environ. Phuket, 2003. Vol. 012Golaka A.R.T., Exell R.H.B. Night radiative cooling and underground water storage in a hot humid climate: a preliminary investigation. Proc. 2nd Reg. Conf. Energy Technol. Product. a Clean Environ. Phuket, 2003; 012Hollick J. Nocturnal Radiation Cooling Tests. Energy Procedia. 2012; 30: 930–936.Hollick J. Nocturnal Radiation Cooling Tests. Energy Procedia. 2012; 30:930–936.Potentials of night sky radiation to save water and energy in the state of New Mexico [Text]: report / Governor Richardson’s water innovation fund; Mark Chalom, Bristol Stickney, Kate Snider. – New MexicoPotentials of night sky radiation to save water and energy in the state of New Mexico [Text]: report / Gov-ernor Richardson’s water innovation fund; Mark Chalom, Bristol Stickney, Kate Snider. New MexicoQingyuan, Z., Yu L. Potentials of Passive Cooling for Passive Design of Residential Buildings in China / Z. Qingyuan, L. Yu Energy Procedia. 2014. – Vol. 57. – p. 1726–1732.Qingyuan, Z., Yu L. Potentials of Passive Cooling for Passive Design of Residential Buildings in China / Z. Qingyuan, L. Yu Energy Procedia. 2014; 57:1726–1732.Цой А.П., Бараненко А.В., Грановский A., Грановский А.С., Цой Д.А., Корецкий Д., Джамашева Р. Компьютерное моделирование годового цикла работы комбинированной системы хладоснабжения с использованием ночного радиационного охлаждения // Омский научный вестник. Серия Авиационноракетное и энергетическое машиностроение -2020. – Т. 4. – № 3. – с. 28-37Tsoi A.P., Baranenko A.V., Granovsky A., Granovsky A.S., Tsoi D.A., Koretsky D., Dzhamasheva R. Computer modeling of the annual cycle of operation of a combined refrigeration system using night-time radiation cooling. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation, missile and power engineering. 2020;4(3): 28-37 (In Russ)Цой А.П., Грановский А.С., Бараненко А.В. Моделирование и математическая программа для расчета величины эффективного излучения // Вестник МАХ.– 2014. –№ 1. – с. 7–10.Tsoi A.P., Granovsky A.S., Baranenko A.V. Modeling and mathematical program for calculating the value of effective radiation. Bulletin of the MAX. 2014; 1: 7–10. (In Russ)Цой А.П., Грановский А.С., Программа расчета потока эффективного излучения [Электронный ресурс] – Алматы: ТОО Тениз, –2013. – Режим доступа: http://maxteniz.kz/iak_in_rk/article_iac/ercalc/Tsoi A.P., Granovsky A.S., Program for calculating the effective radiation flux [Electronic resource] - Almaty: Teniz LLP, 2013. – Access mode: http://maxteniz.kz/iak_in_rk/article_iac/ercalc/Цой А.П., Грановский А.С., Цой Д.А. Исследование работы холодильной установки ночного радиационного охлаждения в условиях резко-континентального климата. VII международная научнотехническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (17-20 ноября 2015 г.). – Санкт-Петербург: Университет ИТМО. – 2015. – с. 99-101.Tsoi A.P., Granovsky A.S., Tsoi D.A. Study of the operation of a refrigeration unit for night-time radiation cooling in conditions of a sharply continental climate. VII international scientific and technical conference “Low-temperature and food technologies in the 21st century” (November 17-20, 2015). St. Petersburg: ITMO University. 2015; 99-101. (In Russ)Цой А.П., Грановский А.С., Цой Д.А., Бараненко А.В. Моделирование работы установки с радиационным охлаждением для кондиционирования воздуха // Вестник Международной Академии Холода. – 2019. – №3. – с. 314.Tsoi A.P., Granovsky A.S., Tsoi D.A., Baranenko A.V. Modeling the operation of an installation with radiation cooling for air conditioning. Bulletin of the International Academy of Refrigeration. 2019; 3: 314.Погода и климат [Электронный ресурс]. – Архив погоды по городам мира. – 2015. –Режим доступа: http://www.pogodaiklimat.ru/climate/Weather and climate [Electronic resource]. Weather archive for cities of the world. 2015 Access mode: http://www.pogodaiklimat.ru/climate/

The authors declare that there are no conflicts of interest present.