Солнечное охлаждение
На первый взгляд может показаться парадоксальным получение холода из солнечного тепла.
Если здание нуждается летом в кондиционировании при нормальных европейских условиях, то это результат непродуманного решения его конструкций!
Даже в жарких странах дома могут быть построены таким образом, что в них без специального оборудования будет сохраняться естественная прохлада. В традиционной архитектуре существует много примеров подобных решений.
Пример системы пассивного солнечного отопления и охлаждения
В ряде регионов, несмотря на холодную зиму, бывает жаркое и влажное лето. Проектирование системы солнечного отопления и охлаждения дома для такого климата — трудная задача.
Пляжный домик для жаркого лета
. или спиной к солнцу для прохлады: Строители дали свою характеристику — в жаркую погоду в нем не просто прохладно — «там морозильник». Solar-A: две комнаты на 2-3 спальных места, объединенные терассой с видом на залив. Прототип построили 4 человека за 1 месяц. Не архитектурный шедевр, но «подстроив» форму домика под микроклимат участка, удалось добиться прохлады и в жаркую погоду июля — августа. Зимой — эпизодическое посещение. Автору было интересно посмотреть, что может выйти в вариациях на тему «тропической» архитектуры — в июле-августе влажность 100%, +28 +30 С, выжигает солнце, или затяжные муссонные дожди. Наружные солнцезащитные жалюзи еще не вывешены, цоколь не оформлен. Южный скат кровли может быть использован под фотопанели — как раз для высокого летнего солнца.
Испарительное охлаждение
Эффективным способом охлаждения здания в условиях жаркого сухого климата является испарительное охлаждение воздуха перед его поступлением в помещение или галечный аккумулятор. В камере испарительного охлаждения (охлаждающей башне) воздух контактирует со смачиваемыми поверхностями или струями воды. Сухой и теплый наружный воздух в результате испарения воды охлаждается, а его относительная влажность повышается. Он используется для охлаждения помещений дома, а при пропускании его через галечный аккумулятор происходит зарядка аккумулятора прохладой, которая в дневное время используется для охлаждения помещений.
Радиационное охлаждение
В районах с сухим жарким климатом большое количество теплоты излучается в ночное время практически в открытый космос. Это явление называют эффективным излучением в ночное небо, и поток его тем больше, чем суше воздух, т.е. чем меньше в нем водяных паров. В Иране многие века существует приспособление для получения льда, известное под названием йак-хал, который применяется для изготовления льда с использованием процесса излучения тепла в ночной воздух. Лед можно получать в темных сосудах, когда температура окружающего ночного воздуха составляет около 9°C. Описанный эффект был положен в основу системы солнечного радиационного охлаждения Гарольда Хэя.
Пассивное солнечное охлаждение
В летнее время в большинстве районов требуется усиленная естественная вентиляция здания для защиты от перегрева. Рекомендуемый ориентировочный воздухообмен в солнечном доме составляет 0,5 от общего объема здания в час. Хорошая организация воздушных потоков в здании является основой распространения полученного тепла по помещениям за счет естественной конвекции. Это достигается созданием вертикальных воздушных потоков в двусветных пространствах атриумов, холлов, повышенных частях жилых комнат.
Рис. 1. Дом с шатровой крышей и солнечной трубой.
Солнечная энергосистема Skytherm
>В этой системе, основанной на принципе попеременного нагревания и испарения нет солнечных коллекторов и аккумуляторов. Поглощение и аккумулирование солнечной энергии осуществляется лотком с водой глубиной 21 см, установленном на плоской кровле. Лоток сделан из черных полиэтиленовых секций, которые закрываются полиуретановыми пластинами толщиной 4,5 см. Зимой лоток открывают днем и накрывают ночью, когда дом обогревается через потолок. Летом лоток оставляют открытым ночью и накрывают днем, осуществляя таким образом кондиционирование воздуха в помещении.
Солнечная энергосистема Блисса-Денована
Типичный пример — Дом Блисса в Амадо (Аризона). Первый дом, в котором обогревание и кондиционирование осуществлялось целиком за счет солнечной энергии. Одноэтажный дом площадью 65 м 2 . Площадь поверхности солнечного воздушного коллектора 29,2 м 2 , одинарное остекление, аккумулятор вместимостью 65 т с галькой (емкость 35 м 3 ), в подвале было предусмотрено запасное электрическое обогревание, но оно не использовалось. Летом кондиционирование осуществлялось при помощи той же системы. Эта система стала классической.
Перенос солнечной тепловой энергии
Одним из первых решений, применяемых при выборе системы солнечного энергоснабжения, является выбор типа рабочего тела для переноса солнечной тепловой энергии. Обычно рассматриваются две основных системы переноса солнечного тепла. Первая из них соединяет солнечный коллектор с аккумулятором солнечного тепла, другая переносит тепло (или прохладу) от аккумулятора в здание. Эти две системы могут дополняться второстепенными системами.
Выбор теплоносителя
В качестве теплоносителей могут рассматриваться жидкости и газы. В настоящее время преобладают жидкие теплоносители: вода, водные растворы этилен- и пропиленгликоля, масло. Единственным газом, получившим распространение в качестве теплоносителя, является воздух.
Источник
Солнечное охлаждение: система кондиционирования воздуха от Солнца
Главная страница » Солнечное охлаждение: система кондиционирования воздуха от Солнца
Солнечное охлаждение технологически вполне допустимо, если использовать энергию Солнца в системе, построенной по схеме чиллера. Строительство такой системы предусматривает пассивное преобразование солнечной энергии в виде тепла (или фотоэлектрическое). Солнечная система кондиционирования воздуха обещает играть всё более значимую роль в будущих проектах зданий разного назначения с нулевым потреблением энергии.
Энергия солнца на службе социума
Свет и тепло, выделяемое солнечным диском, люди стремились использовать под собственные нужды с древних времён. Поэтому неудивительно, что за прошедшие годы появились масса технологий, которые стабильно совершенствуются. Солнечное излучение, наряду с вторичными источниками энергии:
составляют значимую долю возобновляемой энергии. Между тем, социум использует крайне малую часть доступных природных ресурсов.
Производство электричества от солнечной энергии основано на тепловых двигателях и фотоэлектрических устройствах. Использование солнечной энергии ограничено лишь человеческой изобретательностью. Неполный список применений включает:
- отопление и охлаждение помещений,
- дистилляция и дезинфекция питьевой воды,
- дневное освещение,
- производство горячей воды,
- варка и высокотемпературное технологическое тепло для промышленных целей.
Для сбора солнечной энергии наиболее распространенным способом является использование батарей (аккумуляторов). Солнечные технологии охлаждения разделяют на:
Конкретная характеристика зависит от методики сбора, преобразования, распределения энергии Солнца. Активные технологии включают использование фотоэлектрических панелей и тепловых коллекторов. Пассивные технологии предусматривают:
- максимум ориентации объекта на Солнце;
- подбор материалов, подходящих по свойствам рассеивания тепловой массы или света;
- проектирование пространств с естественной циркуляцией воздуха.
Мощная система солнечного охлаждения. Такие конструкции, как правило, используются для промышленных нужд – обслуживают целые фабрики и предприятия
Помимо всего прочего, существует идея использования солнечной энергии напрямую для производства охлаждённой воды. Высокая температура, необходимая для абсорбционных чиллеров, обеспечивается солнечными желобами. Система не требует «стратегических» материалов (как для фотоэлектрических устройств), обеспечивает пиковое производство в момент пикового спроса.
Солнечное охлаждение по абсорбционному принципу
Абсорбционный холодильник представляет конструкцию, где применяется источник тепла для обеспечения энергией, требующейся в дальнейшем для активации системы охлаждения. Абсорбционные холодильники — реальная альтернатива компрессорным охладителям, когда на первый план выходят:
- дефицит электричества,
- дороговизна системы,
- шум компрессора,
- выработка избыточного тепла.
Конструкции абсорбционных машин, аналогично компрессорным системам, работают на хладагенте с низкой температурой кипения (-18ºC). Применительно к тому или иному типу, когда хладагент испаряется, отводится некоторое количество тепла, чем обеспечивается охлаждающий эффект.
Различия между двумя типами машин
Отличительные черты машин заключается в технологии трансформации газовой фазы хладагента в жидкую фазу и обратно (холодильный цикл). Машина с компрессором наращивает давление газа за счёт электропривода, двигающего поршни компрессора.
Нагретый газ под высоким давлением проходит конденсатор, где путём теплообмена с охлаждающей средой (обычно с воздухом) переходит в жидкое состояние. Жидкость за счёт разницы давлений поступает в испаритель, где преобразуется в паровую фазу.
Схема (распространённая) установки солнечного охлаждения: 1 – солнечный коллектор; 2 – циркуляционный насос; 3 – напорный теплообменник; 4 – абсорбционный охладитель; 5 – градирня; 6 – охлаждающие панели
Абсорбционный охладитель работает несколько иначе в плане преобразования фаз хладагента из одной в другую. Здесь для производства всей работы требуется только источник тепла и, что примечательно, не предусматривается применение движущихся частей конструкции (за исключением отдельных моментов).
Следующее различие между машинами – тип применяемого хладагента. Компрессионные машины традиционно работают на фреонах. Машины же абсорбционного типа, как правило, заправляются аммиаком или подобными агентами.
Рабочие циклы адсорбционных машин и тепловых насосов строятся на эффекте адсорбции газообразного хладагента с низким давлением, с последующим эффектом десорбции под нагреванием. Адсорбент, по сути — «химический компрессор», приводом которого выступает тепло.
Конструкционные особенности «насоса» системы
Адсорбционный «насос» охлаждающей системы содержит:
- солнечный коллектор,
- конденсатор (теплообменник),
- испаритель.
Внутренняя область солнечного коллектора заполнена метанолом и адсорбционным материалом — активированным углём.
Классическая схема абсорбционной машины: 1 – генератор (нагреватель); 2 – аммиачный пар с водой; 3 – водяной сепаратор; 4 – конденсатор; 5 – испаритель; 6 – абсорбер (поглотитель)
Корпус адсорбционной машины заполняется водой, изолируется. Активированным углём обеспечивается значительный объём адсорбции паров метанола при температуре окружающей среды. Однако десорбция требует более высоких температур (около 100ºC).
Под воздействием солнечного тепла конструкция коллектора нагревается. Происходит десорбция метанола из активированного угля, нагрев, испарение. Пары направляются в область испарителя, где конденсируются в жидкую фазу.
Применение газообразного гелия рабочим агентом
Газообразный гелий также допустимо использовать рабочим агентом в температурном диапазоне 4ºK и выше. Циркуляция гелия выполняется термически зависимыми «сорбционными насосами», заправленными активированным углём. Примером такой системы является обеспечение охлаждающей мощностью камер холодильников серии «AST».
Фаза парообразного сверхтекучего гелия (3Не) снимается из содержимого смеси жидкости (4Не) и её изотопа (3Не). Сверхтекучий гелий (3He) адсорбируется на поверхности углерода при низкой температуре (обычно Система осушения конструкции солнечного охладителя
Поглотитель влаги представляет собой гигроскопичное вещество (селикагель или другое), вызывающее (поддерживающее) состояние сухости на уровне локальной среды (внутренней области герметичного контейнера).
Примерно таким внешне выглядит поглотитель влаги. Гигроскопическое вещество загружается в специальный контейнер (фильтр), который является частью абсорбционной системы
Обычно практикуемые упакованные осушители представлены твёрдыми веществами, действующими путём абсорбции или адсорбции воды. Поглотители влаги специального назначения могут иметь форму, отличную от твёрдой, и действовать на основе других принципов, например, химического связывания молекул воды.
Предварительно упакованный осушитель чаще всего используется для удаления чрезмерной влажности, способной ухудшать или разрушать продукты, чувствительные к влаге. В качестве осушителей используются:
- дриерит,
- силикагель,
- сульфат кальция,
- хлорид кальция,
- монтмориллонитовая глина,
- молекулярные сита.
Обычный рис тоже является распространённой, но «нетехнологичной» альтернативой, часто используемой, например, в солонках для поддержания зернистости столовой соли, эффективной россыпи или встряхивания.
Поваренную соль также можно рассматривать эффективным осушителем. Это вещество в течение тысячелетий использовалось для приготовления освобождённых от влаги продуктов, а также для мумификации тел умерших.
Хладагенты на системное охлаждение
Чиллер, предназначенный для охлаждения пара, использует хладагент в качестве рабочей жидкости. Доступны многие варианты хладагентов. Однако при выборе чиллера под охлаждение необходимо соответствовать требованиям к температуре охлаждения и характеристикам охлаждения хладагента. Важными параметрами для рассмотрения являются рабочие температуры и давления.
Холодильные агенты чиллерных систем, которые могут использоваться в системах солнечного охлаждения, представлены широким ассортиментом на современном рынке
Существует несколько факторов окружающей среды, которые касаются хладагентов, а также влияют на будущую готовность к применению в чиллерах под охлаждение. Это является ключевым фактором в периодических применениях, где чиллер может работать 25 лет и более. Однако приходится учитывать факт истощения озона атмосферы, что ведёт к глобальному потеплению климата.
Фреон — торговая марка семейства галогеналкановых хладагентов, выпускаемых разными компаниями мира. Эти хладагенты обычно использовались для охлаждения по причине превосходных свойств стабильности и безопасности. Фреоны не относятся к легковоспламеняющимся веществам и явно токсичным, как жидкости, которые фреоны заменили (например, диоксид серы). Однако хладагенты, используемые для охлаждения, содержащие хлор, способны накапливаться в атмосфере. В стратосфере фреоны распадаются под влиянием УФ-излучения, высвобождая атомы хлора.
Эти атомы хлора действуют как катализаторы разрушения озона, чем наносят серьёзный ущерб озоновому слою, призванному защищать поверхность Земли от сильного ультрафиолетового излучения Солнца. Хлор остаётся активным катализатором до момента связи с другой частицей и последующим образованием стабильной молекулы.
Хладагенты фреоны включают в производственный ассортимент продукты R-11 и R-12. Более новые хладагенты, обладающие уменьшенным эффектом разрушения озонового слоя, включают R-22, R-134a и аналогичные. Тем не менее, использование фреонов сохраняет значительным потенциал глобального потепления.
Более новые хладагенты, такие как сверхкритический диоксид углерода, известный под маркой R-744, в настоящее время являются объектом исследований. Подобного рода вещества имеют аналогичную эффективность по сравнению с существующими соединениями на основе фреонов и потенциал глобального потепления уже на много порядков ниже.
Видео создания солнечного охлаждения частного дома
Размещённый ниже видеоролик наглядно показывает, как своими руками можно соорудить систему охлаждения (кондиционирования) для частного дома, применяя энергию солнца. Для домашнего хозяйства такой подход позволяет существенно экономить на оплате счетов за электричество:
Источник