В настоящее проблема сохранения энергоресурсов как страны так и мира в целом достаточна актуальна. Благодаря развитию технологий ученые достигли достаточно высоких результатов в этом направлении, но до сих пор остаются довольно большие проблемы в использовании солнца, как источника энергии. И еще меньше разработок существует для использования солнечной энергии для охлаждения.
Причем эта проблема, возможно, более актуальна чем использование солнечной энергии для отопления, т.к. в районах с высокой активностью солнца люди больше страдают от жары, чем от холода. И в данных районах, энергии на кондиционирование (в год) затрачивается гораздо больше, чем на отопление.
На сегодняшний день разработано и изобретено несколько различных способов преобразования солнечного тепла в холод. Как правило они все основаны на простых физических процессах, таких как: испарение, кипение, теплопоглощение.
В общем их можно классифицировать на: пассивное солнечное охлаждение; солнечную энергосистема Skytherm; охлаждение помещений посредством обратного парникового эффекта; радиационное охлаждение; испарительное охлаждение; использование солнца, как источника энергии для кондиционеров.
В данной статье пойдет речь именно о последнем способе использования солнца для кондиционирования помещений, как самом перспективном и наиболее экономичном: «Использование солнца, как источника энергии для кондиционеров»
В настоящее время имеется достаточно много изобретений ориентированных именно на использовании солнца, как источника энергии для холодильных машин.
В большинстве случаев эти устройства работают по принципу абсорбционного холодильника с использованием легкокипящих компонентов. Температура кипения зависит от состава компонентов хладагента и давления в системе.
Такие солнечные холодильники просты по конструкции и дешевые при изготовлении, как правило, у них отсутствуют движущиеся части, что обеспечивает бесшумную и надёжную работу подобных систем.
Широкому применению солнечного охлаждения с помощью систем, содержащих солнечный абсорбционный холодильник, мешает ряд присущих им особенностей и недостатков. Однако при правильном использовании солнечное охлаждение вполне может быть конкурентоспособным и частично замещать традиционные холодильники и кондиционеры.
Основная особенность солнечного охлаждения в том, что холодильники работают периодически и неравномерно в течение суток и года. Положительным моментом является то, что наибольшая производительность солнечного охлаждения будет в самый жаркий период дня и года, когда наибольшая потребность в охлаждении помещений. Поэтому солнечное охлаждение целесообразно использовать для охлаждения помещений в жаркий период года.
Некоторые конструкции солнечных холодильников накапливают энергию в течение жаркого дня, а потом отдают запасённую энергию в виде холода. Вследствие этого желательно комбинировать различные конструкции солнечного охлаждения. Современные средства автоматики способны поддерживать определённую, заданную температуру охлаждения методом отключения или ограничения производительности охлаждения. Но, при отсутствии, особенно на длительный период, солнечного освещения, солнечные холодильники длительный период не могут вырабатывать или накапливать холод.
В ряде случаев для уменьшения колебаний температуры охлаждаемого объекта, можно использовать твёрдые или жидкие аккумуляторы холода. Для этих целей может использоваться эффект поглощения тепла при расплавлении некоторых веществ. Аккумуляторы холода, которые могут обеспечивать холодом при длительном отсутствии солнечного освещения, будут иметь большие размеры. Эта проблема решается при использовании солнечного охлаждения не для миниатюрных холодильников, а для охлаждения относительно больших объёмов, например, жилых и производственных помещений, овощехранилищ, с большой теплоёмкостью и малой скоростью изменения температуры.
Ниже представлены наиболее актуальные изобретения в данной отрасли науки и техники:
Изобретение [1] использовано в охлаждающих системах жилых и общественных зданий в районах с жарким климатом.
Холодильная установка работает следующим образом:
В период зарядки хладагент находится в поглотителе, заполняющем генератор-адсорбер 1. Соленоидный клапан 10 открыт. Под действием солнечной радиации вспомогательный теплоноситель испаряется в генераторе-испарителе 6 и, перегреваясь за счет солнечной радиации в перегревателе 7, его пар поступает в конденсатор-нагреватель 8, где в процессе конденсации передает тепло поглотителю, выпаривая из него хладагент.
Рис. 1
Рис. 2
Конденсат вспомогательного теплоносителя поступает затем в ресивер 9 и из него в генератор-испаритель 6. Пар хладагента из генератора-адсорбера поступает в конденсатор 2, конденсируется там и конденсат сливается в ресивер 3 и испаритель 4. Когда уровень жидкого хладагента в ресивере 3 достигнет заданного значения, срабатывает реле 5 и закрывает клапан 10, С этого момента в генераторе-испарителе 6 происходит довыпаривание вспомогательного теплоносителя и весь он скапливается в ресивере 9.
В период разрядки происходит охлаждение генератора-адсорбера 1, который защищен от солнечной радиации экраном 14. В результате в нем снижается давление и начинается процесс испарения хладагента в испарителе 4. Пары хладагента из испарителя 4 через ресивер 3 и конденсатор 2 поступают в полость генератора-адсорбера 1 и адсорбируются его поглотителем. Когда уровень жидкого хладагента в испарителе 4 снизится до минимального расчетного значения, срабатывает реле 5 и открывает клапан 10. Вновь происходит период зарядки так, как это описано.
Для осуществления работы установки в период отсутствия солнечной радиации может быть использован дополнительный контур с аккумулятором тепла. В этом случае запас вспомогательного теплоносителя по трубопроводу 11 поступает в конденсатор-нагреватель 8, который в это время работает как конвективный теплообменник, нагревает поглотитель и отводится по трубопроводу 12. Клапан 10 в это время закрыт.
Преимущества данной конструкции: достаточно высокая производительность.
Недостатки: необходим постоянный поток солнечной энергии.
Охлаждение кондиционного воздуха [2] осуществляется на смоченной водой тепломассообменной насадке 3 камеры 5 адиабатического охлаждения воздуха, где в результате испарения в воздух части воды основная масса ее охлаждается до температуры мокрого термометра, а вследствие разности температур происходит охлаждение воздуха.
Для более глубокого охлаждения воздух предварительно осушается в камере 6 водно-солевым раствором, который при этом разбавляется. Слабый раствор по трубопроводу 12 подается в солнечный нагреватель 9, после которого нагретый раствор поступает в камеру 8 его регенерации, где в процессе тепломассообмена воздух нагревается и увлажняется водой, выпаренной из раствора. Далее выпаренный раствор охлаждается водой в змеевике 10, отдавая тепло воде, которая при этом испаряется и поступает в камеру 6 осушения воздуха. Циркуляция раствора между камерами 6 и 8 осуществляется естественной конвекцией вследствие разности плотностей холодного раствора на входе в солнечный нагреватель 9 и горячего раствора на выходе из него. Атмосферный воздух, нагнетаемый вентилятором 13 в воздуховоде 14, разделяется на два потока: основной 16 и вспомогательный 17, отделенные друг от друга перегородкой 15. Основной поток 16 продувает разделенные вертикальными перегородками 4 насадки 3 камер 6, 5, 7 осушения воздуха, его адиабатического охлаждения и испарительного охлаждения воды, а вспомогательный поток 17 - насадку 3 камеры 8 регенерации раствора, причем для утилизации тепла отработанного воздуха вспомогательный поток 17 проходят через теплоаккумулирующую насадку 18. Смачивание частично погруженных в жидкость насадок 3 осуществляется путем вращения вала 2 электродвигателем 20. Восполнение испаренной в камерах 5, 7 воды осуществляется через поплавковый клапан 21 и патрубок 22.
Преимущества: повышенная холодопроизводительность, экономичность и эксплуатационная надежность, а также малые габариты.
В заключение можно сделать вывод, что на сегодняшний день, не смотря, на довольно большое количество изобретений в этой области, она мало изучена. И все нынешние изобретения имеют большое число недостатков, что ограничивает их конкурентоспособность по сравнению с традиционными кондиционерами.