Многофункциональные солнечные системы тепло-хладоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 536.248.2:532.529.5

Одесская государственная академия холода

Многофункциональные солнечные системы тепло-хладоснабжения

А.В. Дорошенко, С. С. Силич

Аннотация

солнечный теплоснабжение абсорбент регенерация

Разработаны принципиальные схемы многофункциональных солнечных систем осушения воздуха, теплоснабжения (горячего водоснабжения и отопления), хладоснабжения и кондиционирования воздуха на основе открытого абсорбционного цикла с прямой (непосредственной) регенерацией абсорбента. Разработаны основные принципиальные решения для нового поколения газо-жидкостных солнечных коллекторов. Тепломасообменные аппараты, входящие в систему испарительного охлаждения, основаны на пленочном взаимодействии потоков газа и жидкости и в них, для создания насадки, используются многоканальные структуры из полимерных материалов или пористой керамики. Выполнен предварительный анализ возможностей многофункциональных систем

Ключевые слова: многофункциональные системы, солнечная энергия, солнечные коллекторы, регенерация, испарительное охлаждение, полимерные материалы, пористая керамика

Rezumat

Sunt elaborate schemele principiale ale sistemelor multifuncюionale solare ale uscгrii aerului, aprovizionгrii cu cгldurг (aprovizionгrii cu apг caldг єi оncгlzirii), aprozivionгrii cu frig єi condiюionгrii aerului cu regenerarea directг (nemijlocitг) a absorbentuilui. Sunt elaborate soluюiile principiale pentru noua generaюie a colectoarelor solare lichid-gaz. Aparatele de schimb de cгldurг єi masг, ce intrг оn sistemul de rгcire evaporativг se bazeazг pe interacюiunea pelicularг a fluxurilor de gaz єi lichid єi оn ele pentru crearea racordгrii se folosesc structurile multicanale din materialele polimerice sau cheramica vezicularг. Este efectatг analiza prealabilг a posibilitгюilor sistemelor multifuncюionale.

Cuvinte-cheie: sisteme multifuncюionale, energie solarг, colectoarele solare, regenerare, rгcire evaporativг, materiale polimerice, ceramicг poroasг.

Abstract

The basic circuits of multifunctional solar systems of air drainage, heating (hot water supply and heating), cooling and air conditioning are developed on the basis of open absorption cycle with a direct absorbent regeneration. Basic decisions for new generation of gas-liquid solar collectors are developed. Heat-mass-transfer apparatus included in evaporative cooling system, are based on film interaction of flows of gas and liquid and in them, for the creation of nozzle, multi-channel structures from polymeric materials and porous ceramics are used. Preliminary analysis of multifunctional systems possibilities is implemented.

Key words: multifunctional systems, solar energy, solar collectors, regeneration, evaporative cooling, polymeric materials, porous ceramics.

Сопряженные проблемы энергетики и экологии интенсифицируют поиск альтернативных решений в области холодильных и кондиционирующих систем. Эффективность испарительного охлаждения сред ограничена климатическими условиями, тем не менее, интерес к возможностям испарительных охладителей как прямого, так и непрямого типа в последние годы неуклонно возрастает, что обусловлено их малым энергопотреблением и экологической чистотой. Испарительные охладители могут использоваться как в автономном варианте, так и в комбинированных системах, например в составе солнечных осушительно-испарительных охладителей, где предварительное осушение воздуха обеспечивает высокую эффективность последующего испарительного охлаждения [1-4,8]

Разработка схемных решений и тепломасообменной аппаратуры для альтернативных энергетических систем

Солнечные системы осушительно-испарительного типа на основе открытого абсорбционного цикла разрабатываются как с прямой (непосредственной) регенерацией абсорбента [1,4], так и с непрямой регенерацией [1,3]. Прямая регенерация абсорбента снижает температурный уровень регенерации до температур, не превышающих 70⁰С, что обеспечивает возможность построения солнечных систем на основе плоских солнечных коллекторов-регенераторов и устраняет необходимость в десорбере традиционного типа и солнечной водонагревательной системе. Основные элементы солнечных систем с прямой регенерацией абсорбента представлены на рис. 1. В состав системы входят три типа солнечных коллекторов: воздушных (позиция А на рис. 1), для подогрева воздуха, поступающего в помещение, водяных (Б), обеспечивающих горячее водоснабжение объекта и предварительный подогрев слабого раствора абсорбента перед системой регенерации, и газо-жидкостных солнечных коллекторов с гравитационным течением жидкостной пленки (позиция В на рис. 1), обеспечивающих процесс восстановления абсорбента и поддержание непрерывности цикла.

Основные типы разработанных плоских солнечных газо-жидкостных коллекторов СК/р приведены на рис. 2. Этот коллектор является важнейшей частью системы регенерации (восстановления абсорбента) и представляет собой тепломасообменный аппарат, в котором движение воздушного потока обеспечивается солнечным разогревом (разностью плотностей воздуха на входе и выходе из СК/р). Он включает теплоприемник (абсорбер, А), прозрачное покрытие (ПП) с воздушным зазором между ПП и теплоприемником (каналом, по которому движется воздушный поток), и теплоизоляцию дна (ИЗ). Прозрачное покрытие для снижения тепловых потерь может выполняться многослойным (позиция Г), а также включать замкнутые каналы (позиция Е).

Теплоприемник СК/Р имеет U-образную форму (позиция Д на рис. 2), выполнен из алюминиевого листа с черновым покрытием поверхности и обеспечивает одновременный прогрев как самого воздушного потока, так и абсорбента, стекающего в виде тонкой пленки по «дну» теплоприемника под воздействием сил гравитации. Дно теплоприемника, для повышения смачиваемости поверхности, может выполняться с капиллярно-пористым покрытием, либо с регулярной шероховатостью поверхности. Нагрев воздушного потока обеспечивает его движение через воздушный канал СК/Р; нагрев абсорбента обеспечивает необходимые условия для реализации процесса десорбции (удаления водяных паров из раствора, диффузии паров в воздушный поток и выноса водяных паров в окружающую среду). На рис. 2 приведены варианты коллектора-регенератора в обычном и вентилируемом вариантах. Для организации движения воздуха используются малонапорные вентиляторы тангенциального типа (позиция Ж на рис. 2).

Солнечный коллектор-регенератор, как и обычный СК, ориентирован на юг, может устанавливаться вертикально, или под определенным углом наклона к горизонтальной поверхности для максимального приема солнечной энергии, с учетом характера системы: = для круглогодичных гелиосистем и = - 15 для сезонных гелиосистем (период эксплуатации апрель - октябрь). Уточнение величины этого угла, необходимое для максимального улавливания падающей на поверхность СК/р солнечной энергии, приведено в работе [1].

На рис. 3 представлены разработанные типы СК/р для трубчатых (позиция А) и плоских пластинчатых коллекторов (позиция Б) вертикального расположения. Такие решения особенно перспективны для многофункциональных солнечных систем.

Осушительная часть системы включает абсорбер, основные варианты которого приведены на рис.1 (позиция З). Особый интерес с точки зрения минимизации энергозатрат и габаритов, представляет абсорбер с внутренним испарительным охлаждением.

В охладительной части системы используются испарительные охладители как прямого типа (позиции Г и Д на рис. 1, воздухоохладитель ПИО и градирня ГРД, соответственно), так и непрямого типа (позиции Е и Ж, воздухоохладитель НИО и двухконтурная градирня ГРД/д, соответственно) [1-2]. Особый интерес вызывают испарительные охладители непрямого типа [5,6] с точки зрения обеспечения требуемых параметров комфортности и минимизации энергозатрат. Это касается одноступенчатых и многоступенчатых испарительных охладителей.

Для организации насадочной части тепломасообменных аппаратов используются многоканальные многослойные структуры из полимерных материалов при поперечноточной схеме контактирования потоков газа и жидкости [1,2]. Основной проблемой практического использования таких насадочных структур является смоченность поверхностей насадочных элементов и устойчивость течения жидкостных пленок в условиях непосредственного контактирования с газовым потоком [1]. Планируется использование также керамических блоков с многоканальной пористой структурой, что позволит повысить удельные нагрузки по газу и жидкости (решение задачи устойчивости газо-жидкостной системы) и величину смоченной поверхности насадки [7].

Один из вариантов принципиальной схемы многофункциональной осушительно-испарительной системы приведен на рис. 4А. Она включает три части: