Существует несколько видов кондиционеров, тем или иным образом использующих солнечную энергию, чтобы снизить или полностью отказаться от потребления электроэнергии из сети. О принципе работы таких устройств, получивших название «солнечные кондиционеры», и пойдет речь в этой статье.
Несмотря на некоторую абсурдность понятия «солнечный кондиционер» (традиционно солнце ассоциируется с теплом, а кондиционер - с холодом), оно вполне объяснимо, ведь именно в солнечный день потребность в кондиционировании наиболее велика. Таким образом, привязать работу кондиционера к солнцу было бы весьма логично: есть солнце - нужно охлаждение, нет - нет и потребности в холоде.
Принципиально солнечные кондиционеры можно разделить на две группы.
Представители первой, активные солнечные кондиционеры, используют солнечную энергию напрямую - как тепловую. В свою очередь, пассивные солнечные кондиционеры используют энергию Cолнца, преобразованную, как правило, в электричество.
Солнечные кондиционеры с влагопоглотителями
Обычно около 30 % полезной холодильной мощности кондиционера (а в некоторых случаях до 50 %) тратится впустую - на образование конденсата, который затем просто сливается в канализацию.
Избежать появления конденсата, которое происходит из-за того, что температура испарителя ниже точки росы поступающего из помещения воздуха, можно, либо повысив температуру испарителя, либо понизив точку росы. Первый способ приводит к менее эффективному охлаждению воздуха, а потому требует увеличения его расхода. К тому же лишнюю влагу из воздуха все равно нужно удалять.
Второй способ - понижение точки росы воздуха в помещении - можно реализовать несколькими путями, и один из них - предварительно осушить подаваемый в кондиционер воздух.
Солнечные кондиционеры с влагопоглотителями (десикантами) относятся к активным солнечным кондиционерам и имеют повышенную энергоэффективность за счет невыпадения конденсата. Влага удаляется из потока воздуха влагопоглотителями перед испарителем. Таким образом, в испаритель попадает осушенная воздушная масса с точкой росы ниже температуры испарителя, чем и обеспечивается гарантия невыпадения конденсата.
Влагопоглотитель (это может быть, например, силикагель) вращается на диске. Поглотив влагу из внутреннего воздуха, десикант диском выносится на открытое для лучей солнца пространство, где выпаривается впитанная влага. Тем самым влагопоглотитель регенерируется, и диск возвращает его к контакту с внутренним воздухом.
Дополнительно отметим, что при описанной выше схеме в солнечные дни режим осушения воздуха не требует включения парокомпрессионного холодильного цикла кондиционера, что ведет к существенному энергосбережению: электроэнергия затрачивается только на вращение диска с влагопоглотителем.
Абсорбционные солнечные кондиционеры
Другим примером активных солнечных холодильных машин являются абсорбционные чиллеры, использующие солнечное тепло. Как известно, в абсорбционных машинах рабочим веществом является раствор из двух, иногда трех компонентов. Наиболее распространены бинарные растворы из поглотителя (абсорбента) и хладагента, отвечающие двум главным требованиям: высокая растворимость хладагента в абсорбенте и значительно более высокая температура кипения абсорбента по сравнению с хладагентом.
Для получения холода в абсорбционных холодильных машинах требуется тепловая энергия (как правило, используется бросовое тепло предприятий), которая подводится к генератору, где из рабочего вещества выкипает практически чистый хладагент, ведь его температура кипения гораздо ниже, чем у абсорбента.
Несмотря на то что абсорбционные чиллеры - весьма перспективная область развития холодильной техники, их применение ограничивается, как правило, промышленными объектами, так как только там есть достаточное количество бросового тепла.
В то же время в абсорбционных солнечных кондиционерах тепловую энергию, подводимую к генератору, получают от Cолнца. Это позволяет расширить область применения абсорбционных машин и использовать их не только в промышленном секторе. Учитывая, что тепловая энергия, получаемая от Cолнца, бесплатна, экономичность подобных решений в эксплуатации очевидна.
Фотоэлектрический солнечный кондиционер
В принцип работы фотоэлектрических солнечных кондиционеров заложено, пожалуй, наиболее очевидное использование солнечной энергии: питание кондиционера от солнечной батареи.
Действительно, о солнечных электростанциях, использующих возобновляемый источник энергии - энергию Cолнца, известно достаточно давно, и сказано о них очень многое. Ряд проектов уже воплощен в жизнь и успешно эксплуатируется в различных странах.
В более скромных масштабах солнечные батареи используются для энергоснабжения небольших объектов, например, коттеджей: от установленных, как правило, на кровле фотоэлектрических панелей получают электричество, расходуемое на бытовые нужды.
Еще реже от солнечных батарей предлагается запитывать различное оборудование. Если учесть, что в отличие от другой бытовой техники кондиционеры используются именно в солнечные дни, то было бы логично подключить к солнечной батарее именно кондиционе
р.
Подобные решения уже предлагаются многими зарубежными производителями оборудования для кондиционирования воздуха, например, Sanyo, Mitsubishi, LG. Однако очевидно, что кондиционер, будучи энергоемким оборудованием, потребует размещения достаточно большого количества фотоэлектрических панелей. Поэтому разные производители используют солнечные батареи по-разному: для запитывания только вентиляторов, для частичного электроснабжения кондиционера или для его полного обеспечения электроэнергией.
В любом случае к кондиционеру подводится силовой кабель от электросети, однако приоритет по источнику энергии отдается солнечным батареям. Например, для питания солнечных кондиционеров компаний GREE и MIDEA используется постоянный ток. В обычном режиме ток поступает от фотоэлектрических панелей, а при отсутствии солнца - через выпрямитель из электросети здания.
Однако отметим, что КПД современных фотоэлектрических панелей не превышает 25 %, что нельзя назвать эффективным преобразованием энергии. Даже несмотря на разработку комбинированных батарей на основе кристаллического кремния, КПД которых достигает 43 %, по-прежнему более половины энергии теряется в процессе ее конвертации. Именно поэтому считается, что фотоэлектрические солнечные кондиционеры уступают в эффективности, например, абсорбционным.
Экологичность как двигатель солнечного кондиционирования
Сегодня большое внимание уделяется экологичности тех или иных решений. Особо остро экологический вопрос стоит в области кондиционирования.
Пока солнечные климатические системы еще мало распространены. Однако направленность мировых усилий на снижение выбросов углекислого газа в атмосферу и рост цен на традиционные энергоносители могут стать хорошим стимулом для развития солнечной климатической техники.
Очевидно, что энергопотребление системы кондиционирования при параллельном использовании солнечной энергии снизится. Кроме того, использование тепловой энергии Cолнца может расширить область применения абсорбционных холодильных машин, работающих на безопасных рабочих жидкостях - воде или соляных растворах.
Все мы настолько привыкли, что наша жизнь наполнена различными электронными и электрическими устройствами, что уже не представляем себе жизни без них. А ведь когда-то наши предки отлично обходились без кондиционеров, радиоприемников и других приборов. Но сегодня человечеству недостаточно того, что уже изобрели, оно каждый день совершенствует то, что уже создано. И всем знакомые нам приборы преображаются во что-то иное. Например, кондиционер на солнечных батареях. В основе лежит привычный для нас кондиционер, вот только работает он не от центральной энергосети, а от солнца.
Какие еще приборы могут работать, используя солнечное излучение, об этом мы и поговорим. Но нужно понимать, что, по сути, принцип работы устройств не меняется, различаются лишь источники энергии, которые используются для их функционирования. Поэтому говорить можно лишь об инновационных технологиях, а не о новых разработках.
Какие они эти «солнечные» приборы…
На солнечной батарее могут работать любые приборы, потребляющие малое количество энергии. Большой популярностью пользуются карманные фонарики, калькуляторы на солнечных батареях, садовые светильники и другие нужные устройства. Но также известны и более «прожорливые» агрегаты, например, велосипеды, автомобили и даже самолеты. Конечно, они не используются повсеместно, но предпосылки такие есть, а это уже полдела.
Но давайте рассмотрим более конкретно. Многие просто не представляют своей жизни без музыки, но не всегда существует возможность насладиться любимой композицией. Конечно, mp3 плееры никто не отменял, но если Вы не один, а в компании, это уже становится проблемой, тем более, если Вы выезжаете куда-то на природу и возможности подключить колонки просто нет. Именно для таких меломанов компания Roberts создала цифровой радиоприемник, работающий на солнечной батарее. Назвали его SolarDAB, помимо достоинства использовать энергию солнца, у него есть и другие плюсы:
- Предусмотрена возможность подключения mp3 плеера.
- На специальном экране отображается информация о заряде СБ.
Радиоприемник SolarDAB на одном заряде батарее сможет проработать около 27 часов, а его стоимость составляет порядка 160 долларов.
Но это не единственный подобный прибор. Примерно за 70 долларов можно приобрести радиоприемник Bresser National Geographic. Помимо радио это устройство включает в себя часы, светодиодный фонарь и будильник. И что самое полезное, заряжать этот радиоприемник можно не только от солнца, но и от сети и даже по принципу динамо-машины, используя специальную рукоятку. Да и цена очень даже приемлемая.
Следующий пример – вентиляторы на солнечной батарее. На рынке они представлены также различными компаниями. Один из них Solar Fan with LED. Плюс данной модели – наличие светодиодного фонарика. В зависимости от режима работы, он может проработать 8 часов, если включен вентилятор, или 20 часов, если работает фонарик. На солнце аккумулятор емкостью 2000 мАч зарядится за 8-12 часов, а от usb всего за 6-7. Всего 70 долларов, и этот вентилятор станет Вашим.
Помимо данной модели, можно приобрести мини вентилятор, работающий на солнечной батарее, Solar powered mini fan или прибор от компании Maplin, совмещающий в себе вентилятор, будильник, фонарь и аккумулятор, позволяющий заряжать от него и другие гаджеты. В продаже есть даже кепки, на которых установлен мини пропеллер, предназначенный для обдува лица. Единственный минус – возможность использования других источников энергии отсутствует, да и аккумулятор, естественно, тоже.
На следующем видео — вентиляторы, для работы которых не требуется электричество:
Оконный термометр, кондиционер и не только…
Далее в списке – оконный термометр, существует и такой, не удивляйтесь. Стоит подобный термометр на солнечной батарее порядка 700-1500 рублей. Зависит от модели и производителя. К примеру, на рисунке слева изображен цифровой оконный термометр торговой марки RST. Помимо температуры данная модель показывает влажность и определяет максимальную и минимальную температуры за последние сутки. Крепится данный термометр на внешнюю сторону окна на специальную липучку.
Еще один пример – оконный термометр TFA. Имеет функцию автоматической подсветки дисплея в темное время суток и возможность работать не только от солнечной энергии, но и от обычной пальчиковой батарейки. Вот только цена его в 2 раза больше, чем у предыдущей модели.
Интересным примером калькулятора на солнечных батареях может служить китайская модель, выполненная в прозрачном корпусе. Она имеет функцию автовыключения и встроенный аккумулятор. Правда цена его не очень маленькая – около 1800 рублей. Зато внешний вид очень необычный, только за это можно его приобрести.
Ну и напоследок, расскажу о том, с чего начиналась наша статья – про кондиционеры. Различают 2 разновидности:
- Активные, то есть те, которые используют непосредственно тепловую энергию солнца.
- Пассивные, то есть те, которые работают от электроэнергии, полученной с помощью солнечных батарей.
В качестве примера можно привести разработку гонконгских изобретателей, которые еще в прошлом году представили широкой общественности подобное устройство. Солнечные батареи изготовлены из фотоэлементов черного цвета, их можно разместить на крыше, и сплит-система готова к использованию. Не отстают от них и их австралийские коллеги, представленный ими образец питается за счет СБ, производящих 70 Вт/час. А встроенные аккумуляторы за световой день накапливают энергию, которой хватает на работу кондиционера в ночное время суток.
Теперь вы знаете, что от СБ могут работать не только такие приборы, как радиоприемник или калькулятор, но и различные предметы домашнего обихода, будь то вентилятор или кондиционер. Следите за новинками и будьте в курсе последних событий солнечной энергетики. И это обязательно поможет Вам снизить расходы на электроэнергию.
Статью подготовила Абдуллина Регина
Существуют даже весы на СБ:
Добрый день. Начинаем эксперименты по использованию солнечной энергии для создания холодильного агрегата. Поскольку летом солнца много, девать его некуда. Горячее водоснабжение нас не сильно волнует. Нас интересует система кондиционирования дома на основе солнечного коллектора.
Видео блога “Одесский Инженер”
Какие части в кондиционере, работающем на солнечной энергии
Использовать в качестве холодильной машины будем аммиачный холодильник, его компрессорную часть, агрегат. Кристалл 404 – старый советский аппарат. Разобрали, сняли. Как он работает? Стоит керамический тэн, электрическая мощность 100 Ватт. При нагреве происходит реакция аммиака и воды. Разная температура кипения. Если в том месте нагреем, то получим охлаждение. Его проверял, электрически включал, работает. Поэтому, решено использовать его.
Сборка деталей коллектора для холода
Какая задача? Вытащили тэн, трубку выше-ниже, нагреть где-то до 150 градусов. Температура кипения воды – 100 градусов, тут давление, посмотрим. Даже, если 150 градусов не получится, 120-130 сможем прогреть. Используем солнечный концентратор небольшой, он остался, его размеры 1,10 на 80, 1 квадратный метр.
Пока сюда поставили нержавейку, осталась с наших экспериментов. Вместо вакуумной трубки поставили трубу. Почему? Тяжело сделать систему циркуляции с теплоносителем, при температуре 120-130 градусов. Поэтому-то будем греть железную трубу и сделаем переход чтобы тепло железной трубы передавалось на холодильный агрегат.
Оно простояло на солнце. Тут 79 градусов. Хотя солнце немножко взошло. Хотя понималось до 89. Этого маловато, нужно, скорее всего, уменьшать диаметр трубы, потери большие, нержавейка не справляется. Мощность нужна небольшая – 100 Ватт. Но температуру, желательно, хотя бы 120-130 градусов. Тут привод поворота не ставили. Слежение тоже не ставили, в общем-то оно все элементарно. Вращаем винтик и ловим фокус.
Задача передать нагрев, это тепло, температуру в холодильный агрегат.
Если это сможем физически сделать, то остается только немножко переделать гелио-систему чтобы летом она работала, как система охлаждения, центрального кондиционирования дома. Где вода в радиаторах охлаждаться. Под радиаторами поставим, наверно, небольшие вентиляторы, кулер. По возможности, конечно, сделаем фотопанель, чтобы оно было вообще энергонезависимым. Тем самым получим кондиционер, который летом работает от солнца и не зависит от электроэнергии.
Не секрет, что температура воды родника, колодца 2 - 5°С, её и будем использовать в качестве хладагента.
В крайнем случае, можно задействовать любую, желательно проточную, воду из ручья, реки, канавы, пруда. Здесь необходимо применить фильтр соответствующий размерам частиц загрязнения (указывается в характеристиках насоса). Опять-таки, можно сделать своими руками из подходящей сетки и проволочного каркаса.
При водоснабжении из колодца, фильтр не требуется.
Патрубок подачи воды от насоса / помпы подсоединяем к испарителю.
На испаритель (радиатор) крепим электровентилятор, в нашем случае малошумящий кулер или несколько кулеров от компьютера.
Допустим, Вам повезло, вы работаете в пункте приёма цветных металлов и этих радиаторов хоть завались. Закрепите два радиатора так, чтобы поток воздуха проходил через оба, а хладагент (вода) последовательно через каждый. Это значительно увеличит КПД кондиционера, т.к. КПД напрямую зависит от площади обдуваемой поверхности испарителя.
После внимательного изучения наших рекомендаций по установке солнечных батарей , сдаём экзамен любимой тёще, либо иному врагу народа.
Получив "зачет с занесением в грудную клетку", с превеликой осторожность лезем крепить солнечную батарею.
Насос для воды и кулер с рабочим напряжением 12 вольт подключаем параллельно, непосредственно к солнечной батарее.
Примитивная схема кондиционера автоматически начинает работу с первыми лучами солнца. Что особо приятно, т.к. именно в солнечный день потребность в охлаждении возрастает.
По мере увеличения инсоляции (освещённости) скорость вращения кулера увеличивается, так же как и производительность насоса кондиционера. В результате мощность кондиционера увеличивается пропорционально инсоляции.
Поскольку вентилятор и насос начинаю работать синхронно, на поверхности испарителя не возникает точки росы и конденсата соответственно.
В указанной конструкции устанавливается насос для воды производительностью 450 литров в час, напряжение 12 вольт, ток 2 ампера (фото слева). Либо аналогичный, из наличия, но чем ниже потребляемая мощность электроэнергии на 1 литр, тем лучше.
Аналогичный расчёт желателен и при выборе кулера.
Можно использовать и штатный электровентилятор отопителя, но у него весьма значительная потребляемая мощность. Порядка 90 Вт.
Тем не менее, стандартная монокристаллическая солнечная батарея с задачей справляется, хотя КПД снижается.
Цена кондиционера на солнечной батарее сопоставима с традиционным, но избавляет от оплаты счетов за электроснабжение.
Если вспомнить двухтарифный счетчик электроэнергии, Вы потребляете собственную энергию в дневные часы, наиболее дорогую.
Пустячёк, а приятно.
Для придания кондиционеру более эстетичного вида, желательно разместить конструкцию в подобающем корпусе, либо сделать самостоятельно из подручных материалов, вписывающихся в интерьер и концепцию глобализации экономики африканских племён. :-)
Не стоит привязываться к конкретно указанным деталям, хотя они подобраны оптимально, а потребляемая мощность кондиционера составляет порядка 50 Вт и зависит от высоты подъёма водяного столба. Мы изложили только устройство кондиционера и алгоритм работы.
Предложенную схему можно врезать в приточную вентиляцию.
Использование солнечной энергии для кондиционирования воздуха - привлекательная идея не только для южных регионов, где расходы на охлаждение являются определяющими в расходах тепла на поддержание в помещениях комфортных условий, но и для кондиционирования воздуха в общественных зданиях средних и даже северных регионов. Использование солнечной энергии для кондиционирования заманчиво и потому, что график прихода солнечной энергии совпадает с графиком потребления холода и потому, что добавление солнечного охлаждения к отоплению позволяет значительно улучшить экономику солнечного теплоснабжения.
Известны методы использования солнечной энергии для охлаждения могут быть разбиты на три класса: солнечный абсорбционное охлаждения, солнечно-механические системы и относительно солнечные системы, которые не работают от солнца, но используют для охлаждения некоторые компоненты солнечных систем. Внутри каждого класса систем можно было бы выделить свои подклассы, когда используются различные хладагентом, различные температурные уровни, а. следовательно, различные солнечные коллекторы, различные системы контроля.
Абсорбционное кондиционирования, основанное на поглощении хладоагентов растворами абсорбентов или адсорбентов, возможно осуществлять за счет солнечной энергии, если ее достаточно для осуществления основного этапа процесса регенерации рабочего вещества. Это могут быть закрыты циклы, например, с растворами бромистого лития в воде или растворами аммиака в воде, или открытые циклы, в которых хладагентом является вода, сочетаются с атмосферой. Остановимся кратко на некоторых абсорбционных солнечных охладителях, основанных на использовании водного раствора бромистого лития, раствора аммиака в воде и на осушительно-уволожнювальном кондиционировании воздуха. На сегодня абсорбционное кондиционирования за счет энергии от солнечных коллекторов и систем, аккумулирующих - наиболее простой подход к использованию солнечной энергии для кондиционирования (рис. 2.11). Сущность этой системы или ее разновидностей заключается в том, что генератор абсорбционных холодильников обеспечивается тепло от коллекторно-аккумуляторной системы.
Большинство используемых установок - бромистолитиеви машины водоохлаждаемый абсорбером и конденсатором. Поддержка температур в генераторе в пределах, обусловленных характеристиками плоских коллекторе) является решающим фактором, определяющим наряду с другими такие параметры, я эффективность теплообменников, температура охладителя.
Рис. 2.11. / - солнечный коллектор; 2 - бак-аккумулятор; 5 - дополнительный источник энергии; 4 - конденсатор; 5 - испаритель; б - абсорбер; 7 - теплообменник; 8 - генератор; 9 - трехпозиционный кран
Обычно в процессе солнечного кондиционирования используется водоохлаждаемый абсорбер и конденсатор, вызывает необходимость в градирни.
Разности давлений между линиями высшего и низшего уровней в системе ИлВг-Н20 весьма ограничены, так что эти системы могут использовать паровоздушные насосы и гравитационное возврата раствора из абсорбера в генератор. Поэтому отпадает необходимость в механических нагнетателях раствора с линии низкого в линию высокого давления.
Многие машины показывают достаточно стабильные значения коэффициента полезного действия, представляющий собой отношение холодопроизводительности к энергии, подведенной к генератору, как функцию изменения температуры генератора от рабочего уровня, обеспечиваемого минимумом соответствующих условий. Коэффициент полезного действия бромистолитиевих холодильников находится в пределах 0,6 ... 0,8. Если вода используется как охладитель, температуры в генераторе могут находиться в пределах 348 ... 368 К. Изменение температуры в генераторе, обеспечиваемая за счет солнечной энергии, приводит к изменению производительности холодильника. Температура теплоносителя, греющей должна быть выше, чем температура в генераторе. Здесь кроется некоторая несовместимость между необходимостью повышения температурного уровня и верхней границей температуры воды в накопителе танкера системы солнечного водонагревателя, не рассчитаны на высокое давление. К тому же температура 373 К является предельной для многих солнечных коллекторов и, кроме того, возникает необходимость в охлаждающих башнях.
В ранних экспериментах по созданию бромистолитиевих холодильников использовались промышленные абсорбционные машины без каких-либо переделок с учетом использования солнечной энергии. В дальнейшем холодильники стали меняться путем реконструкции генератора. Специальные эксперименты по применению солнечных установок большой производительности для обеспечения комфортных условий школы в Атланте были проведены Вестингхаузською электрической корпорацией. Исследование технико-экономических показателей подобных систем показали, что в южных районах комбинированное использование и охлаждения экономически более выгодно, чем отдельное отопление и охлаждение. Дальнейшие исследования направлялись на упрощение системы, облегчение ЕЕ эксплуатацию.
Система водоаммиачного холодильника похожа на ту, что изображена на рис. 2.11, за исключением того, что ректификационные секции должны быть соединены с верхней частью генератора для улавливания водяных паров, идущих от испарителя в конденсатор. Основные процессы в растворе сходны с процессами, происходящими в системе ЬиВг-Н20, однако давление и перепад давлений в системе намного выше. Для перекачки раствора из абсорбера в генератор нужны механические насосы. Во многих случаях у испытуемых установках конденсатор и абсорбер охлаждаются воздухом, при этом в генераторе температура находится в пределах 398 ... 443 К. Температура конденсации для кондиционеров с воздушным охлаждением соответствует более высоким температурам в генераторе, чем соответствующие параметры для системы с жидкостным охлаждением.
Есть достаточно совершенные установки, работающие за счет солнечной энергии с водоаммиачных системами. Температуры, которые необходимо создать в генераторах коммерческих холодильников, слишком высокие для современных плоских коллекторов, поэтому нужны фокусируя коллекторы и возникает необходимость создания как дешевых коллекторов такого типа, так и систем наблюдения за солнцем. Работы по водоаммиачных солнечными установками является продолжением исследований циклов, используют растворы с высокой концентрацией 1ч * Нз и направленных на уменьшение температур в генераторах. При создании солнечных холодильников наметились два пути: первый - прямое копирование существующих до сих пор холодильных машин, в том числе и абсорбционных, заменяя только энергетический источник, обеспечивающий работу генератора, второй - реконструкция генератора позволило уменьшить уровень температуры, обеспечивающей его работу и тем самым увеличить коэффициент использования солнечной энергии.
Институтом технической теплофизики НАН Украины было предложено осуществить регенерацию водно-солевых растворов абсорбционных холодильных установок путем испарения воды из них в окружающую среду, то есть сделать установки раздельного типа. При этом нагретый раствор приводится в соприкосновение с атмосферным воздухом в контактном массообменных аппарата, и испарение происходит за счет подвода тепла от внешнего источника. Потери хладагента при этом заполняют водопроводной водой. Величины потерь примерно эквивалентны потерям воды при отводе тепла конденсации в градирне. Применение такого способа регенерации (воздушной десорбции) позволяет уменьшить температуру раствора при регенерации на 12 ... 14 К, соответственно увеличивает КПД гелионагривача (солнечного коллектора с однослойным остекление и нейтральным поглотителем) на 30%.
Дальнейшим усовершенствованием установок с воздушной десорбцией появилось предложение до совмещения процессов нагрева солнечными лучами раствора и восстановление его концентрации. При этом раствор стекает тонкой пленкой по зачерненный поверхности (например, по кровле дома), омываемой наружным воздухом. В этом случае уменьшения температуры регенерации упрощает и, следовательно, удешевляет гелионагривачи и всю систему в целом. Для таких устройств как абсорбент обычно выбирают водный раствор хлористого лития. В отличие от раствора бромистого лития его использование позволяет получить холодную воду с температурой ниже 283 ... 285 К. Он обладает рядом преимуществ: меньшим удельным весом и рабочей концентрацией, пониженной коррозионной активностью, химической стабильностью (в процессе воздушной десорбции при контакте с воздухом в бромистолитиевому растворе возможно образование карбоната лития).
Принципиальная технологическая схема абсорбционной холодильной солнечной установки показана на рис. 2.12. Эта установка предназначена для охлаждения трехэтажного жилого дома. Как регенератор раствора используется односкатная крыша, ориентированный на юг, угол наклона его к горизонту около 5 °, площадь 180 м2.
Рис. 2.12. / - регенератор абсорбента; 2 - фильтр; С - теплообменник; 4 - вакуумный насос; 5,6- абсорбер - испаритель; 7-кондиционер; 8 - устройство вододобавкы; 9 - насос для кондиционной воды; 10- насос для перекачки хладагента (воды); 11 - линейный ресивер; 12- насос раствора абсорбента; 13 - градирня; 14 - насос для охлаждающей воды
Установка состоит из генератора раствора /, фильтра 2, теплообменника 3, абсорбера-испарителя 5-6 с линейным ресивером //, дренажного бака, поплавки регулятора, устройства вододобавкы в испаритель 8, вакуумнасоса 4, насосов для раствора, для хладагента (вода), для охлаждающей воды, для кондиционной воды, а также с запорных, регулирующих арматурных органов и др.
Установка работает следующим образом: кондиционная вода охлаждается в теплообменных трубах испарителя 6, паровая поверхность которого орошается кипящей при вакууме водой - хладагентом. Водяные пары, образующиеся абсорбируются в абсорбере 5 раствором хлористого лития, который при этом разбавляется. Теплота абсорбции отводится оборотной водой, поступающей из градирни. Воздух и другие газы, не конденсируются, удаляются из блока испарителя вакуумным насосом 4. Для восстановления концентрации слабый раствор подается на солнечный регенератор / через теплообменник 5, где предварительно нагревается. Крепкий раствор после регенерации сливается через воронку и направляется на абсорбцию. Он предварительно охлаждается в теплообменнике С, отдавая теплоту встречному потоку слабого раствора и воде с градирни. После этого слабый раствор поступает на орошение охлаждаемых трубок воздухоохладителя. Парогазовая смесь, удаляется из блока абсорбер-испаритель, перед поступлением в вакуумный насос омывает эти трубки и обогащается воздухом.
Раствор поступает в систему из регенератора, очищается от загрязнений в гравитационном фильтре 2. Кроме того, в схеме предусмотрены фильтры тонкой очистки от взвешенных частиц, продуктов коррозии и др. Как регенератор используется специальным образом оборудована поверхность крыши.
Устройство над поверхностью регенератора прозрачного экрана хотя и удорожает его, но предохраняет раствор от загрязнения, исключает отнесение раствора и позволяет нагреть его до более высокой температуры (не ухудшая условия регенерации). В этой установке кровля дома, орошаемая раствором, накрытая однослойным остеклением, образующей с кровлей щелевой канал для прохода воздуха. На входе в канал воздух очищается в фильтрах и, двигаясь против движения пленки, увлажняется поглощая воду, которая испаряется из раствора.
После регенерации раствор, имеет температуру около 338 К охлаждается в теплообменнике водопроводной водой используемой затем для горячего водоснабжения. Предварительно эта вод; нагревается в специально выделенной секции охладителя абсорбера. ^ Этом случае сокращается расход охлаждающей воды и соответственно потерь "теплоты в окружающую среду. Кровля имеет довольно значительный уклон, таи что движение воздуха осуществляется за счет разницы удельных весов нагревающего и наружного воздуха.
В открытом регенераторе в абсорбент попадает и некоторое количество воздуха, что негативно сказывается на процессе абсорбции и вызывает усиление коррозии аппаратов, поэтому холодный крепкий раствор после теплообменника поступает в деаэратор, из которого газы, не сконденсировались, постоянно удаляются небольшим насосом. Деаэратор соединяется с абсорбером. После деаэрации крепкий раствор смешивается со слабым и направляется на орошение теплообменных труб абсорбера.
Покрытие регенератора выполняется с гидрофильных материалов, обеспечивает образование тонкой сплошной пленки стекающего абсорбента. Даже на материалах, смачиваются хорошо, минимальная площадь орошения составляет 80 ... 100 кг / п. м, что вызывает необходимость рециркуляции раствора в регенераторе, которая осуществляется специальным насосом.
Во время дождя установка не работает, раствор поступает в абсорбер. Первые порции дождевой воды, содержащие много хлористого лития, собираются в баке емкостью 4 м остальная вода направляется в канализацию.
Используется аккумулятор тепла или холода большой емкости, рассчитанной примерно на 2 часа.
Другой класс абсорбционных кондиционеров использует комбинацию теплообменников, испарительных холодильников и осушителей. Эти системы берут воздуха или снаружи, или из помещения, осушают и затем охлаждают при испарении. Теплообменники используются в качестве устройств для сохранения энергии.
Основная идея осушительных-охлаждающих циклов может быть проиллюстрирована на примере "системы контроля окружающей среды" (рис. 2.13 а). Наиболее удобным способом визуализации процессов, происходящих в системе, является изображение в Психрометрический диаграмме изменения состояния воздуха, прошедшего через систему.
Рис. 2. 13. а - схема солнечной системы; б - солнечная система в Психрометрический диаграмме для идеальных условий; / - Вентилятор; // - Роторный теплообменник; /// - Роторный теплообменник; IV- роторный теплообменник; V- увлажнитель
Система в описываемом случае использует 100% наружного воздуха. Модификация этой системы, так называемый рециркуляционный вариант, пропускает на рециркуляцию через систему кондиционные выходящего воздуха из помещения.
В Психрометрический диаграмме обработки воздуха (рис. 2.13 6) наружный воздух, что параметры точки /, проходит через роторный теплообменник, после чего имеет более высокую температуру и более низкую влажность - точка 2. Охлаждение воздуха, прошедшего роторный теплообменник, осуществляется в соответствии с точки 3. Затем оно входит в испарительный теплообменник (холодильник) и охлаждается до состояния 4. Воздух входит в дом, тепловая нагрузка которого определяется разницей состояний точки 4 и точки 5. Воздух, покидает дом в состоянии и входит в испарительный холодильник и охлаждается к состоянию 6. При идеальных условиях температура в состоянии бы будет такой же, как и в состоянии и. Воздух входит в роторный теплообменник и нагревается до состояния 7, что при идеальных условиях будет соответствовать температуре состояния 2.
Дополнительно в этом случае солнечная энергия используется для нагрева воздуха от состояния 7 до состояния точки 8. Воздух с параметрами точки 8 входит в роторный теплообменник и охлаждается до состояния точки 9, при этом содержание влаги увеличивается.
Это диаграмма идеального процесса, в котором в испарительных холодильниках процесс идет по линии насыщения и эффективность тепло- и массообмена одинакова. Процесс тепло- массообмена в роторном теплообменнике достаточно сложный. В отечественной практике кондиционирования метод осушки воздуха с помощью солеводяних растворов хлористого лития и хлористого кальция включает такие процессы. Воздух обрабатывается в камере с насадкой концентрированными растворами указанных солей. В результате поглощения водяных паров оно осушается, а раствор становится менее концентрированным слабым. Для повторного применения слабый раствор необходимо восстанавливать до заданной концентрации путем выпаривания - регенерации раствора. Для этих целей используются кипятильники, после чего раствор должен быть охлажден.
Схема осушительно-увлажняющей установки представлена на рис. 2.14. Она состоит из камеры с раствором / и водой 2 с вентилятором 8, теплообменника С, градирни 4 с вентилятором 10 емкости для раствора 5 и воды 6, солнечного регенератора 7, теплообменника 8 с резервуаром для воды 15 насосов для раствора 11 и для воды 12.
Рис. 2.14. 1,2 камеры соответствии с раствором и водой; 3,8 - теплообменники; 4 - градирня и 5, б - емкости для раствора и воды; 7 - солнечный регенератор; 9,10 - вентиляторы; //, 12 - насосы; 13, 14, 16,17- вентиляторы; 15 - емкость для сбора горячей воды 18 - застекленная часть регенератора
Установка работает следующим образом. Обрабатываемую приточный воздух, проходя последовательно камеры 1-2, поступает в охлаждаемое помещение. В камере / за счет передачи раствора воздуха явной и скрытой теплоты температура его снижается и при адиабатическом увлажнении в камере 2 его температура снижается до 288 ... 293 К при относительной влажности 85 - 90%. Смешиваясь с внутренним воздухом, приточный воздух приобретает среднюю для помещения температуру 297 ... 298 К, при этом его относительная влажность снижается до 50 - 60%. За счет тепла, полученного от воздуха, температура раствора в камере / увеличивается до 303 ... 308 К, а его концентрация снижается и раствор поступает в емкость 5, откуда с помощью насоса прогоняется через теплообменник 3 и снова в камеру /. Другая небольшая часть тем же насосом подается в солнечный регенератор 7. До поступления в камеру / раствор в теплообменнике С охлаждается водой, которая в свою очередь передает полученное от раствора тепло окружающему пространству с помощью обработки ее в градирне 4. Часть раствора после регенерации и нагрева поступает в емкость 5 с раствором повышенной концентрации.
Нагретая в резервуаре 15 вода может использоваться для бытовых нужд. Объединение устройств различного назначения в одной установке повышает ее энергетическую эффективность.