Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Тепловые насосы и кондиционеры

СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ХЛАДОПОСТАВКИ

Абсорбционные солнечные кондиционеры

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.

Схема абсорбирующего кондиционера воздуха с использованием солнечной энергии:

Рис. 2.11. Схема абсорбирующего кондиционера воздуха с использованием солнечной энергии: / - 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.

Принципиальная технологическая схема абсорбционно-холодильной солнечной установки:

Рис. 2.12. Принципиальная технологическая схема абсорбционно-холодильной солнечной установки: / - 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.

Солнечная система обработки воздуха раствором:

Рис. 2. 13. Солнечная система обработки воздуха раствором: 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.

Схема солнечной осушительно-увлажняющей установки для кондиционирования воздуха:

Рис. 2.14. Схема солнечной осушительно-увлажняющей установки для кондиционирования воздуха: 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.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее