ПОЛУЧЕНИЕ ХОЛОДА С ПОМОЩЬЮ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
Для этой цели используются парокомпрессионные и абсорбционные холодильные установки. Рассмотрим вкратце принцип их работы, а также принцип работы теплового насоса, который может применяться для охлаждения и отопления здания.
Парокомпрессионная холодильная установка, схема которой показана на рис. 6, состоит из испарителя, компрессора, конденсатора, дроссельного вентиля и соединительных трубопроводов. В качестве рабочего тела — хладагента — в основном используются фреоны 11, 12,
Рве. 6. Схема парокомпрессионной холодильной установки:
1 — испаритель; 2 — компрессор;
3 — конденсатор; 4 — дроссельный
вентиль
Цикл холодильной установки осуществляется следующим образом. В результате подвода теплоты Q» в испарителе хладагент испаряется при низкой температуре и соответствующем низком давлении. Образующиеся пары хладагента сжимаются в компрессоре, для чего затрачивается работа LK. При отводе теплоты Q* в конденсаторе пары охлаждаются и конденсируются при более высоких (по сравнению с испарителем) температуре и давлении. При прохождении хладагента через дроссельный вентиль его давление и температура понижаются до уровня давления и температуры в испарителе и часть хладагента испаряется без подвода теплоты извне. Эффективность цикла холодильной установки определяется отношением хо — лодопроизводительности Q„ к работе LK, затраченной на сжатие пара хладагента в компрессоре: e=Qv/LK.
Цикл осуществляется в диапазоне температур в испарителе Тк и конденсаторе Тк, а максимально возможный холодильный коэффициент, соответствующий идеальному циклу Карно, равен е=
Холодильный коэффициент е=2+4 и увеличивается при уменьшении разности температур в конденсаторе и испарителе.
Абсорбционная холодильная установка. Для производства холода в абсорбционной установке используется теплота, а рабочим телом служит бинарная смесь хладагента и абсорбента. Абсорбент — эта такая жидкость, которая химически связывается хладагентом при низких температурах и отделяется от него при высоких температурах. Обычно используются такие смеси: вода (хладагент) — бромистый литий (абсорбент) ц аммиак (хладагент) — вода (абсорбент).
Принцип работы бромисто-литиевой абсорбционной холодильной установки поясняется с помощью рис. 7. Установка состоит из гене
Рис. 7. Схема абсорбционной
холодильной установки:
І — генератор; 2 — конденсатор; S — испаритель; 4 — абсорбер; 5 — насос; 6 — теплообменник; 7, в — дроссельные вентили
ратора, конденсатора, испарителя, абсорбера, насоса, теплообменника, дроссельных вентилей. Как видим, компрессор отсутствует, а давление повышается вначале при растворении хладагента в слабом растворе в абсорбере, а затем насосом. Цикл начинается с выпаривания воды из крепкого раствора и перегрева образующегося водяного пара в генераторе, куда подводится теплота от солнечного коллектора. Температура в генераторе равна 77—99 °С. Пар из генератора поступает в конденсатор, где он охлаждается приблизительно
до 37—tO °С водой из градирни и превращается в жидкость, которая затем вновь частично испаряется при расширении в дроссельном вентиле 7. Полное испарение воды происходит в испарителе при низком давлении и температуре 4 °С, при этом от воздуха в помещении (или воды) отводится теплота, необходимая для испарения хладагента. Пар низкого давления поступает в абсорбер, где он поглощается слабым раствором, давая крепкий раствор, который насосом подается через теплообменник в генератор. В цикле теплота от рабочего тела отводится в конденсаторе (QK) и абсорбере (Qа), а подводится в генераторе (Qr) и испарителе (Qи).
Коэффициент преобразования энергии для абсорбционной холодильной установки равен отношению холодопроизводительноста Qu к количеству теплоты, подведенной в генераторе, Qr: <p= Qn/Qr. Типичные значения этого коэффициента для бромисто-литиевой установки 0,6—0,8, а для водоаммиачной—0,4—0,6. Эти цифры в 5— 7 раз ниже, чем для парокомпрессионной установки с электроприводом, но если учесть КПД преобразования тепловой энегии в электрическую, который составляет 0,33, а также потери энергии в сети, то разница становится значительно меньше.
Тепловой насос — это как бы холодильная установка наоборот. Он состит из тех же элементов, что и холодильная установка, только работает в другом температурном режиме и предназначен для отопления зданий за счет использования теплоты окружающей среды (воздуха, воды, грунта, солнечной энергии) и тепловых отходов. Тепловой насос может использоваться для отопления зданий зимой и их охлаждения летом. Существуют парокомпрессионные и абсорбционные тепловые насосы. Аналогично холодильной установке парокомпреесионный тепловой насос включает испаритель, компрессор, конденсатор и дроссельный вентиль. Цикл работы теплового насоса осуществляется в диапазоне температур рабочего тела в испарителе, и конденсаторе. Баланс энергии парокомпрессионного теплового насоса записывается в виде уравнения <7к=<7и+/к, где qK — количество теплоты, отводимой в конденсаторе, кДж/кг; qK — количество теплоты, подводимой в испарителе, кДж/кг; /к — работа сжатия хладагента в компрессоре. Эффективность установки в случае, когда тепловой насос используется для отопления здания, характеризуется тепловым (отопительным) коэффициентом или коэффициентом преобразования ЭНерГИИ ф = <7к//к.
Максимальную эффективность имеют теплонасосная и холодильная установки, работающие по обратному циклу Карно в диапазоне температур в испарителе Тя и конденсаторе Тк. При этом <рк—Тк/(Тк—Ги) и ек—TJ / (Тк’—Ти).
В парокомпрессионном тепловом насосе в качестве источника теплоты, подводимой к рабочему телу испарителя, может использоваться грунтовая вода или вода из реки, моря, озера, влажная почва, наружный воздух, солнечная радиация. Подвод и отвод теплоты осуществляются посредством циркулирующего теплоносителя — воды или воздуха. .
В зависимости от источника теплоты и теплоотводящей среды различают тепловые насосы типа вода — вода, грунт — вода, воздух — вода, вода — воздух, грунт —воздух и воздух — воздух. Наиболее пригодны для систем отопления первые три типа, а для охлаждения — остальные.
Для работы теплового насоса в режимах отопления и охлаждения необходимо иметь специальный дроссельный вентиль и четырехходовой клапан, обеспечивающий изменение направления движения хладагента на противоположное. Тот теплообменник, который был испарителем в режиме отопления, становится конденсатором в режиме охлаждения и наоборот.
Бакинский завод «Кондиционер» выпускает тепловые насосы типа воздух — воздух, пригодные для отопления жилых и общественных зданий.
Глава вторая