Солнце и кондиционер

Какие эмоции у вас вызывают понятия, солнце и кондиционер?

Какую вы видите взаимосвязь между солнцем и холодильной машиной?

Что вы слышали о работе кондиционера без электрической энергии?

Задать вам эти вопросы подтолкнула информация, которую я нашел на моей страничке в facebook под названием: «Как солнце создает прохладу?». Просмотренные материалы мне очень понравились, потому что приведенная схема кондиционирования – это новый этап в использовании солнечной энергии. Чтобы разобраться и объяснить вам все на понятном простом языке, я обратился за консультацией к своим коллегам, в компанию «Планета климата».

Теперь обо всем по порядку.

Солнечные тепловые кондиционеры.

В этой новинке, приведенной функциональной схеме отражен гибридный солнечный воздушный кондиционер, где энергия солнца используется для работы системы кондиционирования. Солнечная тепловая энергия, объединенная с эффективным компрессором, позволяет значительно экономить энергию из электросети. Компрессор традиционно использует электроэнергию для создания необходимого давления и нагревания хладагента до температуры свыше 180 °C.

Не стану описывать известный цикл работы холодильной машины. Обращу лишь ваше внимание, что в качестве дополнительного нагрева хладагента, от компрессора к конденсатору, последовательно подключен солнечный коллектор. В вакуумных трубках коллектора солнечное тепло нагревает газ-хладагент до температуры, приблизительно 270 °C, и это способствует значительному снижению затрат энергии компрессором.

По данным производителя, такой тепловой воздушный кондиционер способен дать сезонный коэффициент эффективности (SEER), порядка 16. Но я пока воздержусь от признания этого показателя и более детально расскажу почему, немного ниже. Добавлю только, что эффект данного агрегата состоит в том, чем ярче светит солнце, чем выше становится температура, тем данная система работает более эффективно.

Это и удивительно. Ведь мы привыкли думать, и во всех инструкциях по эксплуатации кондиционеров написано, что с повышением температуры наружного воздуха, эффективность кондиционирования воздуха снижается.

Приведенная схема, действительно позволяет использовать тепло, чтобы вырабатывать холод. Вопрос в другом. Стоит ли городить такую схему охлаждения воздуха для дома или квартиры? По всей вероятности она предназначена для больших объемных помещений.

И еще один вопрос возник по ходу выяснения подробностей солнечного теплового кондиционера. Какие кондиционеры или холодильные машины (абсорбционные, компрессорные) могут работать в таких схемах? Более подробную информацию о современных компрессорных сплит- системах кондиционирования воздуха, читайте здесь.

Абсорбционные холодильные машины.

Если информацию о солнечном тепловом кондиционере можно считать новизной, то, об абсорбционных холодильных машинах известно давно, и специалисты считают, что именно они должны применяться при проектировании зданий общественного значения с кондиционированием воздуха. Они бесшумны в работе и не создают вибраций.

Главное, только они способны добывать холод из теплых солнечных лучей. Оказывается, что в таком агрегате объединены два антагонистических понятия – тепло и холод, солнце и кондиционер.

Чтобы удостовериться в том, что действительно можно холод получить из тепла, давайте, не вникая особо в физику процессов холодильной машины, попытаемся разобраться в сути вопроса. Вначале интересный факт. Почти в 70% японских зданий, кондиционеры работают, используя холод, полученный из тепла в абсорбционных бромисто-литиевых холодильных машинах (АБХМ).

Не в обиду читателю, но дальнейший свой рассказ я поведу от чайника. Да, да, чайник служит для кипячения воды, и об этом знает каждый. Температура кипения воды равна 100 °C , и если подвести к чайнику теплоноситель, превышающий температуру кипения, вода в чайнике будет кипеть, а теплоноситель охлаждаться. Температура кипения воды такова при нормальном атмосферном давлении в 1 бар (на поверхности земли).

Из физики мы знаем, что вода обладает определенными свойствами, когда она может кипеть при низкой температуре, при сниженном давлении в объеме, где она находится. Если давление понизить до 0,007 бар (почти вакуум), то вода начнет кипеть уже при температуре всего 4 °C.

При таких условиях, достаточно подвести к чайнику теплоноситель с температурой, например, 10 °C, и с помощью этого теплоносителя вода в чайнике закипела бы, как от пламени газовой горелки, а теплоноситель бы этот охладился, например, до температуры 7 °C, подобно тому, как охлаждаются под кипящим чайником продукты сгорания газа. Теплоноситель, охлажденный от 10 до 7 °C, называют хладоносителем, и его можно с успехом использовать, например, в системах кондиционирования.

В испарителе же АБХМ происходят именно такие процессы. В качестве холодильного агента в этой машине используются не фреоны, а как в чайнике — обыкновенная вода, которая кипит в испарителе, давление внутри которого близко к абсолютному вакууму.

Схема АБХМ (А — абсорбер, И — испаритель, Г — генератор, К — конденсатор (1 — вакуум-насос, 2 — водяной насос холодильного агента, 3 — насос абсорбента, 4 — теплообменник), Х — потребитель холода, Т — источник тепла, Гр — градирня.

Понятно, что холодильная машина сложнее чайника, но любое сложное состоит из простых элементов. Так и в нашем случае, из приведенной схемы видно, как в испарителе образовывается пар при кипении воды. Чем больше пара, тем меньше кипения (повышается давление), поэтому пар необходимо отводить. В обычных компрессорных холодильных машинах пары хладагента отводятся компрессором.

В АБХМ применяется раствор бромистого лития в воде. Особенностью этого раствора является его способность жадно поглощать (по-научному — «абсорбировать») водяной пар. Если в одном объеме с испарителем распылять концентрированный раствор бромистого лития, называемый абсорбентом, то вакуум в этом объеме сохранится, поскольку пар перейдет в раствор.

Чтобы абсорбент не потерял свою способность поглощать, тепло передается оборотной воде, циркулирующей через змеевик абсорбера, и отводится в атмосферу через градирню. Кроме того, чтобы поддержать абсорбционную способность раствора на постоянно высоком уровне, нужно из него выпарить лишний пар и это делается в генераторе при помощи тепловой энергии стороннего источника.

Вот здесь мы и подошли к ответу на вопрос, как в абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машине при помощи тепла производится холод. В качестве стороннего источника тепловой энергии 83 – 88 °C может применяться любой источник энергии и как мы говорили в начале статьи – тепло солнечной энергии. То есть, холод мы можем производить без электрической энергии только в АБХМ.

Другой областью эффективного применения АБХМ являются здания с когенерационными установками, вырабатывающими электрическую и тепловую энергию. Если в таких зданиях применять для кондиционирования компрессорные холодильные машины, то в летнее время тепловую энергию придется сбрасывать в окружающую среду, и когенерация в этом случае не будет эффективной. В то же время, комплект оборудования «когенерационная установка + АБХМ», называемый тригенерацией, обеспечит высокий уровень использования энергии топлива.

Следует заметить, что, несмотря на ряд положительных свойств, необходимо иметь в виду, что холодильный коэффициент АБХМ в обычном исполнении равен 0,7, это значит, что с 1 кВт потребляемой тепловой энергии можно получить только 0,7 кВт холода, и при этом, 1,7 кВт будет передано в окружающую среду.

Холодильный коэффициент компрессорных холодильных машин в пять раз выше. Правда, компрессорные машины потребляют не тепловую, а электрическую энергию.

Итак, ответим еще раз на вопросы, поставленные в начале статьи.

1. Несмотря на то, что мы привыкли думать, что тепло и холод не могут работать в одной упряжке, прочитав вышеприведенную информацию, способны изменить свою точку зрения в пользу использования солнечной радиации, как альтернативного источника энергии для создания холода. Солнце и кондиционер, могут взаимодействовать.
2. Ярким примером использования солнечной энергии для получения холода являются бромисто-литиевые холодильные машины. Только они способны добывать холод из жарких солнечных лучей.
3. Абсорбционные холодильные машины заслуживают того, чтобы более широко применять их при проектировании зданий общественного назначения с кондиционированием воздуха. Кроме того, что они практически не потребляют электрическую энергию. Они безопасны, потому что работают при давлении ниже атмосферного, они не создают угроз для озонового слоя атмосферы, потому что вместо фреона у них обыкновенная вода.

Надеюсь, информация понятна и полезна. Понравилась, поделитесь с друзьями. Возможно, у вас возникли вопросы или вы хотите поделиться впечатлениями, буду рад вашим комментариям.