Основные публикации по солнечной энергии

Обзор систем солнечного охлаждения абсорбционного типа

Разработка абсорбционных систем солнечного охлаждения прово­дилась в двух направлениях. Первое направление связано с использо­ванием непрерывно действующих охлаждающих систем, аналогичных по конструкции и действию обычным газовым или паровым установ­кам. В этих системах энергия от системы коллектор — аккумулятор - дополнительный источник подается к генератору в тех случаях, ког­да требуется охлаждение помещения. Второе направление связано с использованием систем периодического действия, аналогичных по принципу действия промышленным пищевым холодильникам "АЙСИ - болл” фирмы "Кросли", которые использовались много лет назад в сельских местностях до их электрификации и до изобретения компрес­сионных холодильников. Системы охлаждения периодического дейст­вия, насколько нам известно, не получили применения для кондицио­нирования воздуха и поэтому не были детально исследованы с точки зрения их возможного применения для кондиционирования воздуха с помощью солнечной энергии.

Современный опыт показывает, что непрерывные абсорбционные циклы могут быть реализованы при использовании плоских коллекто­ров. Схема одного из возможных решений такой системы приведена на фиг. 13.1.1. Ограниченный рабочий интервал температур плоских коллекторов накладывает определенные ограничения на выбор промыш­ленной установки, допуская лишь использование систем, работающих на водном растворе бромида ллтия. При работе машин на бромиде ли­тия требуется вода для охлаждения абсорбера и конденсатора, в свя­зи с чем, по-видимому, понадобятся градирни. Использование охлаж­дающих систем на водном растворе аммиака, которые в настоящее время широко производятся промышленностью, затруднительно, по­скольку в генераторе такой системы необходим^ поддерживать высо­кие температуры.

Известны немногочисленные попытки создания абсорбционных систем охлаждения с плоскими коллекторами. Разработка специальных систем охлаждения для работы на солнечной энергии позволит, по-ви-
» В охлаждаемое У помещение

а

Солнечный коллен/nqo и аюируринпор Абсорбционный кондиционер воздуха

Фиг. 13.1.1. Схема абсорбционной системы кондиционирования воз­духа с использованием солнечной энергии.

1 — коллектор; 2'— бак-аккумулятор; 3 — дополнительный источник энергии; 4 — кокдвисаяор; 5 — испаритель; 6 — абсорбер; 7 — «еяло - обменник; 8 — генератор; 9 — трехпоэиционный кран.

димому, понизить рабочие температуры генератора, улучшить режим работы в заданном интервале температур и повысить эффективность использования энергии, поступающей от коллектора в генератор. Ес­ли размер коллектора определять исходя не из требований обеспече­ния тепловой нагрузки, а по условиям охлаждения, то возможно удас­тся создать систему охлаждения с более высоким, чем обычно, к. п.д. Например, можно использовать двухступенчатые испарители для сни­жения требований к подводимой энергии [8, 19]. Таким образом, ус­ловия работы и ограничения, накладываемые на систему, работаю­щую за счет солнечной энергии, могут привести к созданию систем охлаждения, существенно отличающихся от соответствующих систем, работающих на обычном топливе.

Абсорбционное охлаждение непрерывного действия с использова­нием солнечной энергии представляет собой технически осуществи­мый метод солнечного охлаждения. В Висконсинском университете была экспериментально проверена работа модифицированного серий­ного кондиционера воздуха на бромиде лития, в генератор которого. вместо пара подавалась горячая вода от солнечного водонагревате­ля [91. Характеристики этой экспериментальной установки были изу­чены как при кратковременной работе, так и при непрерывном дейст­вии в течение ряда "полных* суток. Результаты этих экспериментов приведены в следующем разделе.

В работе [10] .аналитически исследована работа системы солнеч­ного охлаждения на водном растворе бромида лития, используемой в комбинации с плоским коллектором, для выявления ее основных рас­четных параметров и интегральной оценки влияния специфики прихо­да солнечной энергии на рабочие характеристики установки. В рам­ках принятых в этом исследовании допущений показано, что наиболее важное значение в системе имеют эффективность теплообменника, расположенного между абсорбером и генератором, температура ох­лаждающей воды и конструкция генератора. Требования к генератору в такой системе оказываются более высокими, чем в холодильных системах на обычном топливе, поскольку эффективность всей систе­мы определяется работой как коллектора, так и холодильной части системы. Экспериментальная программа была также разработана в шт. Квинсленд {Австралия) применительно к специально разработан­ному лабораторному зданию [17].

В работе [7І проведен расчет коэффициента полезного действия системы солнечного охлаждения непрерывного действия на водном растворе бромида лития применительно к климату Коломбо (Цейлон). В этой работе обращается внимание на возможность накапливания хладагента-абсорбента для аккумулирования энергии и проведены предварительные экономические оценки, которые показали, что в ус­ловиях Коломбо системы, использующие солнечную энергию, могут быть конкурентноспособными с электрическими компрессионными системами.

В работе [14] проведено моделирование системы солнечного и газового отопления и охлаждения с использованием выборочных ме­теорологических данных, характерных для зимнего и летнего сезонов в районе Мадисона (шт. Висконсин). Вычислительная машина, которая применялась в этих исследованиях, имела низкое быстродействие. Полученные результаты сводились к тому, что проведенное модели­рование хорошо подтверждается известными экспериментальными данными. И теперь этот вывод кажется еще более достоверным, чем десять лет назад.

Фарбер и др. [12, 13] исследовали ряд систем солнечного охлаж­дения на водном растворе аммиака. В этих системах использовались плоские коллекторы без аккумулятора. Вода, поступающая в генера­тор, обычно имела температуру в интервале 60 — 93°С; температура воды конденсата не оговаривалась. Типичные концентрации аммиака в абсорбере и генераторе составляли 58 и 39%. Установка действова­ла непрерывно с различными расходами в зависимости от поступле­ния энергии.

Таким образом, были проведены довольно существенные экспе­риментальные и теоретические исследования систем этого класса, однако диапазон конкретных исследований был довольно узок. Во всех этих исследованиях проблема аккумулирования энергии трактовалась неоднозначно, и только один эксперимент был посвящен исследованию вопросов комбинированной системы отопления и охлаждения.

Другим типом солнечного охлаждения является абсорбционное охлаждение периодического действил. Известные на сегодня работы, посвященные таким циклам, в основном связаны с исследованием воз­можности применения подобных холодильников для хранения пищевых продуктов, а не для охлаждения помещений. Однако результаты этих работ могут быть взяты за основу для решения проблем кондициони - рования воздуха, поскольку применение упомянутых циклов обеспе­чивает потенциальную возможность решения проблемы аккумулирова­ния энергии. В этих циклах выделение хладагента из абсорбента про­исходит на стадии регенерации, когда хладагент конденсируется и аккумулируется. На стадии охлаждения хладагент испаряется и погло­щается вновь. Простейшая схема такого процесса показана на фиг. 13.1.2. Таким образом, имеет место раздельное аккумулирова­ние хладагента и абсорбента. Модификация этого простого цикла со­стоит во введении пар испарителей, конденсаторов или других уст­ройств, что может обеспечить практически непрерывный режим охлаж­дения При более ВЫСОКОМ К. Г1.Д.

В периодических циклах в качестве систем хладагент — абсорбент использовались растворы NH,—H О и NH3 — NaSCN. В более позд­них устройствах в качестве абсорбента применялся раствор NaSCN в

NH3, а в качестве хладагента NH3. Эта система была исследована Блитасом и Дэниелсом [21, а также Сарджентом и Бэкманом [161. Бы­ло установлено, что такая система имеет хорошие термодинамичес­кие свойства при производстве льда. В работе [20] опубликованы дан­ные экспериментальных исследований водоаммиачных холодильников периодического действия, использующих энергию фокусирующего кол­лектора, для регенерации.

Чиннапгіа[5, 6], а также Свортмен и Сваминатан [181 провели эк­спериментальное исследование режимов работы системы периодичес­кого действия на водном растворе аммиака, в которой в качестве ис­точника энергии использовались плоские коллекторы. Абсорбер и ге­нератор представляли собой разделенные емкости. Генератор являл­ся составной частью плоского коллектора, в которой раствор хлада­гент-абсорбент циркулировал в трубах за счет термосифонного эффек­та и движения пузырьков. При примерно одинаковых по времени цик­лах регенерации и охлаждения (5 — 6 ч каждый) удалось получить пол­ный коэффициент полезного действия порядка 0,06 при изменении температуры генератора в процессе регенерации от комнатной до 99°С. Температуры в испарителе были ниже 0°С. При использовании охлаж­дающей воды с температурой ~ 30°С эффективное охлаждение на еди­ницу площади поверхности коллектора экспериментальной установки составляло в ясные дни от 50 до 85 кДж/м2.