Схемы систем солнечного охлаждения

В настоящее время расход энергии, используемой для охлаждения домов, составляет лишь 1-2% общего потребления энергии для бытовых нужд. По сравнению с горячим водоснабжением и отоплением это очень малая доля. Потребление энергии в жилых домах на все охлаждающие устройства составляет 1,2-2 Rt (1 Rt соответствует 3,024 ккал/ч). Сейчас трудно сделать точную экономическую оценку системы солнечного охлаждения, хотя уже есть много примеров практического применения научных разработок в этом направлении.

Если удастся создать автономную систему солнечного охлаждения, то это не только позволит достичь окупаемости за несколько лет средств, вложенных в приобретение солнечных коллекторов и другого оборудования, но и будет способствовать сокращению пиковой нагрузки потребления электроэнергии охлаждающими устройствами в летнее время. Такой научный поиск окажет влияние на развитие новых технических разработок и приведет к форсированию экспериментальных работ на пути их сближения с практикой.

Сама идея производства холода с помощью солнечного тепла, возможно, некоторым покажется странной, поэтому следует коротко разъяснить принцип действия таких охлаждающих устройств.

В повседневной жизни все привыкли пользоваться бытовым холодильником. Широко вошедший за последнее время в нашу жизнь наряду с другими бытовыми электроприборами, домашний холодильник точнее следует называть компрессорным рефрижератором, работающим за счет использования электроэнергии. В таком холодильнике для преобразования различных видов энергии используется мотор электродвигателя. В холодильнике осуществляется сжатие хладагента (фреон R-22) с последующей его конденсацией и расширением, за которым следует испарение. При повторении этого цикла воздух охлаждается. Теплота, необходимая для испарения хладагента в холодильной камере, отбирается к окружающей среды, и по мере поступления воздуха в испаритель происходит его охлаждение. Одновременно в конденсаторе осуществляется отбор тепла у хладагента, которое выносится наружу теплым воздухом.

Рефрижератор, где в процессе холодильного цикла непосредственно потребляется сравнительно небольшое количество электроэнергии, называется абсорбционной холодильной установкой. В таком устройстве использовано свойство концентрированного раствора бромида лития легко поглощать водяные пары, вследствие чего его концентрация уменьшается. Слабый раствор бромида лития вновь нагревается и становится концентрированным.

Холодильные установки с использованием солнечного тепла в зависимости от способа охлаждения могут быть компрессорного и абсорбционного типов.

Холодильное устройство компрессорного типа называют "холодильной установкой, работающей по термодинамическому циклу Ренкина" либо "компрессорной холодильной машиной с использованием солнечного тепла". Как говорилось ранее, в компрессорном устройстве обычного холодильника в качестве движущей силы использована механическая энергия движения, создаваемая электромотором, который приводит в действие компрессор. При использовании в качестве энергоисточника солнечного излучения компрессор работает на водяном паре. В этом случае, если воду использовать в качестве хладагента, необходим теплоприемник с фокусирующим коллектором, обеспечивающим высокотемпературный нагрев выше 220°С. Обычно применяют холодильную установку, работающую по циклу Ренкина, с использованием хладагента на основе фреонов, имеющих малую удельную теплоемкость и способных испаряться при низких температурах, создавая вместе с тем достаточно высокое давление.

Цикл работы компрессорной холодильной установки с использованием солнечной энергии

Цикл работы компрессорной холодильной установки с использованием солнечной энергии

1 - вода, нагретая солнечным излучением (горячий источник); 2 - бойлер; 3 - насос питательной воды; 4 и 7 - охлаждающая вода; 5 и 6- конденсатор (превращение пара в воду); 8 - клапан расширителя); 9 - холодная вода (холодный источник); 10 - испаритель; 11 - компрессор; 12 - расширитель

В компрессорной холодильной установке источником энергии для компрессора является тепловой двигатель. В итоге в конце рабочего цикла в испарителе получают воду.

В абсорбционной холодильной установке подаваемая в генератор вода нагрета солнечным излучением до 80-90°С.

Цикл работы абсорбционной холодильной установки с использованием солнечной энергии

Цикл работы абсорбционной холодильной установки с использованием солнечной энергии

1 - вода, нагретая солнечным излучением (горячий источник); 2 - генератор;
3 - насос для абсорбирующего раствора; 4 и 7 - охлаждающая вода; 5 - абсорбер; 6 - конденсатор;
8 - дроссельный клапан; 9 - холодная вода (холодный источник); 10 - испаритель

Обычно абсорбционная холодильная установка проектируется на более высокую температуру (120-150°С), но в результате технического усовершенствования, выполненного специально для гелиоустановок, стало возможным использование низкопотенциального тепла. Нагретая солнечным излучением вода, применяемая в качестве источника тепла, подается в генератор. Хотя в описанных установках есть отличия, принцип работы их практически одинаков.

В абсорбционной холодильной установке  осуществляется следующий цикл: в вакуумированном пространстве водяные пары поглощаются раствором бромида лития, происходят процессы генерации, конденсации, расширения и испарения. В результате повторения этого цикла получается холодная вода либо холодный воздух.

Принципиальная схема абсорбционной холодильной установки с использованием бромида лития

Принципиальная схема абсорбционной холодильной установки с использованием бромида лития

1 - конденсатор; 2 - охлаждающая вода; 3 - испаритель; 4 - воздушный регулятор; 5 - холодный воздух;
6 - холодная вода; 7 - абсорбер; 8 - слабый раствор; 9 - теплообменник; 10 - крепкий раствор;
11 - генератор; 12 - сепаратор; 13 - водяные пары; 14 - солнечное тепло

На рисунке концентрированный раствор бромистого лития (LiBr), образовавшийся в генераторе, поступает в абсорбер, где поглощает водяные пары и становится слабоконцентрированным. Теплота, образующаяся в процессе разбавления, отводится холодной водой. При помощи генератора восстанавливают концентрацию разбавленного в абсорбере раствора бромида лития - его подогревают от внешнего источника тепла. Здесь используется вода, нагретая солнечным излучением.

Горячие водяные пары, образовавшиеся в генераторе, пройдя сепаратор, попадают в конденсатор и при охлаждении холодной водой превращаются в конденсат (хладагент). Из конденсатора охлаждения вода проходит в испаритель, где происходит испарение. При этом отбирается тепло у воды, которая используется для охлаждения.

При испарении водного раствора всегда происходит отбор тепла из окружающей среды за счет скрытой теплоты испарения. Если капнуть каплю спирта на кожу руки, то мы ощущаем эффект охлаждения. Система охлаждения с использованием солнечного тепла основана, как уже говорилось, на свойстве бромистого лития поглощать водяные пары и способности воды легко испаряться.

 
 

   

Copyright © 2011