Жилые дома с автономным солнечным теплохладо - снабжением

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 сответствует 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 -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. Одновремен-

РИС. 1.21. 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; И - компрессор; 12 - расширитель

Но 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

РИС. 1.22. 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

РИС. 1.23. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕ­МА АБСОРБЦИОННОЙ ХОЛОДИЛЬ­НОЙ УСТАНОВКИ С ИСПОЛЬЗОВА­НИЕМ БРОМИДА ЛИТИЯ I _ конденсатор; 2 - охлаждающая во­да; 3 - испаритель; 4 — воздушный ре­гулятор; 5 — холодный воздух; 6 - хо - додная вода; 1 - абсорбер; 8 - слабый раствор; 9 — теплообменник; 10 — крепкий раствор; И - генератор; 12 — сепаратор; 13 — водяные пары; 14 — солнечное тепло

Низких температурах, создавая вместе с тем достаточно высокое давление (рис. 1.21). 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 (рис. 1.22) подавае­мая в генератор вода нагрета солнечным излучением до 80- 90°С. 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 (рис. 1.23) 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.

На рис. 1.23 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. '