Охлаждение воздуха с солнца

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

Холодильники и кондиционеры на Солнечной энергии

Очень неплохие солнечные концентраторы можно делать и из телевизионных «тарелок» (рис. 2) и из обычных небольших зеркал наклеенных на поверхность параболической формы. Так что с концентраторами проблем нет. Кстати, если в фокус полутораметровой «тарелки»
поместить литровый чайник, то вода в нём закипает за 8 минут. Создание солнечной кухни это тоже очень перспективное направление, однако, это уже совсем другая тема.
Система слежения за солнцем может быть также очень дешевой, если она будет пассивной. То есть рефлектор будет поворачиваться по времени за Солнцем с той же угловой скоростью, что в условиях сегодняшней электроники реализуется элементарно просто и очень дёшево.
В любом случае надо стремиться к созданию холодильных установок с участием солнечных концентраторов ибо, чем больше будет разница температур, тем выше КПД, тем более экономичной будет установка в целом. Подвод тепловой солнечной энергии может осуществляться при помощи тепловых трубок или теплоносителя. Впрочем, некоторые изобретатели для подвода солнечной энергии используют световоды. Идея эта сверх перспективная, однако, она над ней нужно ещё основательно поработать.
Простейшие холодильники на солнечной энергии можно изготавливать из стандартных абсорбционных холодильников путём замены электронагревателя на солнечную подводку.
Если холод нужен постоянно, а Солнце постоянно не светит, то нагреватель следует дополнить и другими альтернативными источниками энергии. Это может быть ветер, река или морская волна. Как резерв можно использовать и каталитические обогреватели, работающие на газе или бензине. В каталитических обогревателях происходит беспламенное горение топлива. Абсорбционный холодильник объёмом в 40 литров при каталитическом обогревателе будет потреблять 8–10 грамм бензина в час. Такие холодильники могли бы найти спрос у автомобилистов и поставщиков продуктов питания. Существующие «сумки-холодильники» на элементах Пельтье, работают от автомобильного аккумулятора, а фактически потребляют тот же бензин, только в гораздо большем количестве.
Следует заметить, что абсорбционные водоаммиачные холодильники, выпущенные 50 лет назад, продолжают работать и по сей день и ломаться не собираются, что говорит об их сверхвысокой надёжности. Стало быть, если нужно иметь постоянно охлаждаемое помещение, то такую установку можно один раз изготовить и надолго про неё забыть.
На рис. 3 изображён 40-литровый бытовой абсорбционный холодильник, переделанный на альтернативные источники энергии. Холодильник будет работать, если будет оставаться хоть один источник энергии. Для хозяйства, такого объёма явно маловато, но в качестве демонстрационного или лабораторного образца, этого объёма вполне достаточно.

Компрессионные холодильные установки по сравнению с абсорбционными, являются более экономичными и более эффективными. В простейшем варианте для перевода холодильного компрессора на альтернативную энергию может быть использован пневмо или гидродвигатель, который в свою очередь будет работать от суммарной энергии Солнца, ветра, реки и т. п.

На рис 4,5,6 изображены соответственно: низкооборотный холодильный компрессор, автомобильный компрессор и пневмо (гидродвигатель) из которых достаточно несложно изготовить холодильную установку.

Для того чтобы изготовить, например, кондиционер на альтернативной энергии, можно применить готовый автомобильный кондиционер (рис. 7). В качестве привода используется тот же гидро или пневмодвигатель (рис. 6).

Холодильник для рыбной продукции, с низкооборотным холодильным компрессором (рис. 4) лучше изготавливать на плавучей морской платформе (рис. 8). Здесь ветер, Солнце и морская зыбь, являются дополнительными источниками энергии, которые также используются для создания холода.
Общим недостатком всех приведённых компрессионных схем является то, что сначала мы альтернативную энергию преобразуем во вращение, а в компрессоре вращение преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня (рис. 11). На этом слишком много теряется энергии. Еще одним недостатком является то, что при нарушении уплотнения вала вращения компрессора, теряется его герметичность, а следовательно и его работоспособность.
Альтернативную энергию значительно проще преобразовывать в возвратно-поступательное движение при помощи мембранного привода. Мембраны PTFE (рис. 9), изготовленные на основе NEOPREN или EPDM, работают в широком диапазоне температур и могут быть использованы как в мембранном пневмоприводе, так и во фреоновом контуре холодильного компрессора. Мембраны могут совершать миллионы циклов, так что на наш век хватит.

Главное преимущество мембранного привода заключается в том, что у него нет утечек, у него нет уплотнения и ему не нужна смазка. Он работает по принципу «Сделал и забыл».
Корпус мембранного устройства при серийном производстве делается методом штамповки с невысокой степенью точности. Так что штампованный корпус получится не намного дороже консервной банки. Он может быть также изготовлен и из полимерных материалов, которые не боятся коррозии.
Все вышеизложенные разработки, являются установками с гарантированной работоспособностью, поскольку они изготавливаются на базе отработанных серийных агрегатов. Однако это лишь очень малая часть холодильных установок, которые могут быть предложены к производству. Для изобретателей и инженеров, холодильная техника на альтернативных источниках энергии, это богатейшее поле для творчества. Холодильная компрессионная машина преобразует механическую энергию в разность температур, Холодильная машина, сделанная «наоборот» позволяет разность температур преобразовать в механическую энергию, то есть на её базе можно изготавливать низкопотенциальные тепловые двигатели, которые в свою очередь могут быть использованы для утилизации избыточного тепла или для работы от геотермальных источников энергии. Помимо абсорбционных и компрессионных способов охлаждения есть и другие очень интересные направления. Так что для изобретателей и инженеров, это неисчерпаемый объём работы.

В заключение приведу несколько общих рекомендаций, позволяющих делать установки альтернативной энергии рентабельными и конкурентоспособными.
1. Индивидуальные установки альтернативной энергии, работающие на производство электроэнергии, в подавляющем большинстве случаев является убыточными, поэтому
альтернативная энергия должна быть направлена не на производство электроэнергии, а на сокращение её потребления.
2. Установки альтернативной энергии должны работать на производство конкретного продукта: тепло, холод, пресная вода, водород, продукты питания и. т. д.
3. Установки нужно стараться изготавливать из стандартных узлов и деталей машиностроительного производства, что позволит их сделать максимально дешёвыми и доступными для самых широких слоёв населения.
4. Наиболее перспективными являются гибридные установки, в которых различные источники альтернативной энергии сначала суммируются, а затем направляются на общую нагрузку.

Источник