Войти
Солнечное кондиционирование воздуха относится к любому кондиционированию воздуха (охлаждение) система, использующая солнечную энергию.
. Это может быть выполнено посредством пассивного солнечного, солнечного преобразования тепловой энергии и фотоэлектрического преобразования (солнечный свет в электричество). В соответствии с Законом США об энергетической независимости и безопасности от 2007 года с 2008 по 2012 годы было выделено финансирование для новой программы исследований и разработок систем солнечного кондиционирования воздуха, которая должна разработать и продемонстрировать множество новых технологических инноваций и массовое производство эффект масштаба.
В конце 19 века наиболее распространенной жидкостью для абсорбционного охлаждения был раствор аммиака и воды. Сегодня комбинация бромида лития и воды также широко используется. Один конец системы расширительных / конденсационных труб нагревается, а другой конец становится достаточно холодным, чтобы образовался лед. Первоначально природный газ использовался в качестве источника тепла в конце 19 века. Сегодня пропан используется в абсорбционных холодильных установках транспортных средств для отдыха. Водяные солнечные тепловые коллекторы также могут использоваться в качестве современного источника тепла «свободной энергии». В отчете, спонсируемом Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) в 1976 году, рассматривались применения систем солнечной энергии для кондиционирования воздуха. Обсуждаемые методы включали как солнечную энергию (цикл абсорбции и тепловой двигатель / цикл Ренкина), так и солнечную энергию (тепловой насос), а также обширную библиографию соответствующей литературы.
Фотоэлектрические может обеспечивать питание любого типа электрического охлаждения, будь то обычный компрессор или адсорбция / абсорбция, хотя наиболее распространенная реализация - компрессоры. Для охлаждения небольших жилых и коммерческих помещений (менее 5 МВтч /a ) охлаждение с использованием фотоэлектрических систем является наиболее часто применяемой технологией солнечного охлаждения. Причина этого обсуждается, но обычно предполагаемые причины включают структурирование стимулов, отсутствие оборудования для жилых помещений для других технологий солнечного охлаждения, появление более эффективных электрических охладителей или простоту установки по сравнению с другими технологиями солнечного охлаждения (например, лучистое охлаждение ).
Поскольку рентабельность фотоэлектрического охлаждения во многом зависит от охлаждающего оборудования и, учитывая низкую эффективность методов электрического охлаждения, до недавнего времени оно не было рентабельным без субсидий. Использование более эффективных методов электрического охлаждения и увеличение сроков окупаемости меняют этот сценарий.
Например, кондиционер воздуха мощностью 29 кВт (100000 БТЕ /h ) США Energy Star с сезонным коэффициентом энергоэффективности (SEER) 14 требуется около 7 кВт электроэнергии для полного охлаждения в жаркий день. Для этого потребуется солнечная фотоэлектрическая система производства электроэнергии мощностью более 20 кВт с накопителем.
Фотоэлектрическая система мощностью 7 кВт с отслеживанием солнечной энергии, вероятно, будет иметь установленную цену намного выше 20 000 долларов США (при этом цены на фотоэлектрическое оборудование в настоящее время падают примерно на 17% в год). Затраты на инфраструктуру, проводку, монтаж и код NEC могут привести к дополнительным расходам; например, система привязки к сетке солнечных панелей мощностью 3120 Вт имеет пиковую стоимость панели 0,99 долл. США / ватт, но все еще стоит ~ 2,2 долл. США / пиковый ватт-час. Другие системы другой емкости стоят еще дороже, не говоря уже о системах резервного питания от батарей, которые стоят еще дороже.
Для более эффективной системы кондиционирования воздуха потребуется меньшая и менее дорогая фотоэлектрическая система. Высококачественная установка геотермального теплового насоса может иметь значение SEER в диапазоне 20 (±). Для кондиционера SEER 20 мощностью 29 кВт (100 000 БТЕ / ч) во время работы потребуется менее 5 кВт.
Более новая технология с низким энергопотреблением, включая тепловые насосы постоянного тока с обратным инвертором, может достигать рейтинга SEER до 26.
Появляются новые некомпрессорные электрические системы кондиционирования воздуха с ожидаемым значением SEER выше 20 магазин. Новые версии непрямых испарительных охладителей с фазовым переходом не используют ничего, кроме вентилятора и подачи воды для охлаждения зданий без дополнительной внутренней влажности (например, в аэропорту Маккаран, Лас-Вегас, Невада). В засушливом и засушливом климате с относительной влажностью ниже 45% (около 40% континентальной части США) испарительные охладители непрямого действия могут достигать SEER выше 20 и до SEER 40. Потребуется только испарительный охладитель непрямого действия мощностью 29 кВт (100 000 БТЕ / ч). достаточно фотоэлектрической энергии для циркуляционного вентилятора (плюс водоснабжение).
Менее дорогая фотоэлектрическая система с частичным питанием может уменьшить (но не исключить) ежемесячный объем электроэнергии, закупаемой из энергосистемы для кондиционирования воздуха (и других целей). При субсидиях правительства штата США в размере от 2,50 до 5 долларов США за фотоэлектрический ватт амортизированная стоимость электроэнергии, вырабатываемой PV, может быть ниже 0,15 доллара за кВтч. В настоящее время это рентабельно в некоторых районах, где электроэнергия энергокомпании сейчас стоит 0,15 доллара или больше. Избыточная фотоэлектрическая энергия, генерируемая, когда кондиционирование воздуха не требуется, может быть продана в энергосистему во многих местах, что может снизить или полностью исключить ежегодную потребность в чистой электроэнергии. (См. Здание с нулевым потреблением энергии )
Превосходное энергоэффективность может быть спроектировано для нового строительства (или переоборудовано в существующие здания). Поскольку Министерство энергетики США было создано в В 1977 году их Программа помощи по утеплению снизила нагрузку на отопление и охлаждение 5,5 млн доступных домов для малоимущих в среднем на 31%. Сотни миллионов американских зданий все еще нуждаются в улучшении утепления. производство неэффективных новых зданий, нуждающихся в утеплении при первом заселении.
Довольно просто снизить потребность в отоплении и охлаждении для нового строительства наполовину. Часто это можно сделать без дополнительных чистых затрат, поскольку есть экономия затрат на меньшие системы кондиционирования воздуха и другие преимущества.
Укрытие от земли или трубы для охлаждения земли могут использовать преимущества температуры окружающей среды земли для уменьшения или устранения обычного кондиционера требования к определению. Во многих климатических условиях, где проживает большинство людей, они могут значительно уменьшить накопление нежелательной летней жары, а также помочь отвести тепло из внутренних помещений здания. Они увеличивают стоимость строительства, но снижают или полностью исключают стоимость обычного оборудования для кондиционирования воздуха.
Трубки для охлаждения Земли не являются рентабельными в жарких влажных тропических условиях, когда температура окружающей среды Земли приближается к зоне комфорта человека. солнечный дымоход или фотоэлектрический вентилятор можно использовать для отвода нежелательного тепла и втягивания более холодного, осушенного воздуха, прошедшего через поверхности с температурой окружающей среды. Контроль влажности и конденсации - важные вопросы проектирования.
A геотермальный тепловой насос использует температуру окружающей среды земли для улучшения SEER для тепла и охлаждения. В глубокой скважине осуществляется рециркуляция воды для извлечения температуры окружающей среды, обычно из расчета 8 литров (2 галлона США) воды на метрическую тонну в минуту. Эти системы с «разомкнутым контуром» были наиболее распространены в ранних системах, однако качество воды могло вызвать повреждение змеевиков в тепловом насосе и сократить срок службы оборудования. Другой метод - это система с замкнутым контуром, в которой петля из труб спускается в колодец или колодцы или в траншеи на лужайке для охлаждения промежуточной жидкости. Когда используются колодцы, их засыпают бентонитом или другим цементным материалом, чтобы обеспечить хорошую теплопроводность по отношению к земле.
Раньше предпочтительной жидкостью была смесь пропиленгликоля 50/50, поскольку она нетоксична в отличие от этиленгликоля (который используется в автомобильных радиаторах). Пропиленгликоль вязкий и со временем склеит некоторые части петли (петель), так что он потерял популярность. Сегодня наиболее распространенным агентом переноса является смесь воды и этилового спирта (этанола).
Температура окружающей среды намного ниже пиковой температуры воздуха летом и намного выше минимальной экстремальной температуры воздуха зимой. Вода в 25 раз более теплопроводна, чем воздух, поэтому она намного эффективнее теплового насоса с наружным воздухом (который становится менее эффективным, когда наружная температура падает зимой).
Такой же тип геотермальной скважины можно использовать без теплового насоса, но с гораздо меньшими результатами. Вода с температурой окружающей среды прокачивается через закрытый радиатор (например, автомобильный радиатор). Воздух проходит через радиатор, который охлаждается без кондиционера на базе компрессора. Фотоэлектрические солнечные электрические панели вырабатывают электроэнергию для водяного насоса и вентилятора, устраняя обычные счета за коммунальные услуги по кондиционированию воздуха. Эта концепция рентабельна, если температура окружающей среды в данном месте ниже зоны теплового комфорта человека (не в тропиках).
Воздух можно пропускать через обычные твердые осушители (например, силикагель или цеолит ) или жидкие осушители (например, бромид / хлорид лития) для извлечения влаги из воздуха, чтобы обеспечить эффективный цикл механического или испарительного охлаждения. Затем осушитель регенерируется с использованием солнечной тепловой энергии для осушения в экономичном, низкоэнергетическом, непрерывно повторяющемся цикле. Фотогальваническая система может приводить в действие низкоэнергетический вентилятор циркуляции воздуха и двигатель, чтобы медленно вращать большой диск, заполненный влагопоглотителем.
Системы вентиляции с рекуперацией энергии обеспечивают управляемый способ вентиляции дома при минимальных потерях энергии. Воздух пропускается через «колесо энтальпии » (часто с использованием силикагеля), чтобы снизить затраты на нагрев вентилируемого воздуха зимой за счет передачи тепла от теплого внутреннего воздуха, выходящего на свежий (но холодный) источник. воздух. Летом внутренний воздух охлаждает более теплый входящий приточный воздух, чтобы снизить затраты на охлаждение вентиляции. Эта энергосберегающая система вентиляции с вентилятором и двигателем может быть экономически эффективно приведена в действие фотогальваникой с улучшенной естественной конвекцией вытяжкой вверх в солнечный дымоход - вниз входящий воздушный поток будет принудительной конвекцией (адвекция ).
Осушитель, такой как хлорид кальция, может быть смешан с водой для создания рециркулирующего водопада, который осушает комнату с использованием солнечной тепловой энергии для регенерации жидкости и низкоскоростного водяного насоса с фотоэлектрическим приводом. для циркуляции жидкости.
Активное солнечное охлаждение, при котором солнечные тепловые коллекторы обеспечивают входную энергию для системы адсорбционного охлаждения. Существует несколько коммерчески доступных систем, которые продувают воздух через среду, пропитанную адсорбентом, как для цикла осушения, так и для цикла регенерации. Солнечное тепло является одним из способов включения цикла регенерации. Теоретически насадочные колонны могут использоваться для образования противотока воздуха и жидкого осушителя, но обычно не используются в коммерчески доступных машинах. Показано, что предварительный нагрев воздуха значительно улучшает регенерацию адсорбента. Насадочная колонна дает хорошие результаты в качестве осушителя / регенератора при условии, что падение давления можно уменьшить с помощью подходящей насадки.
В этом типе охлаждения солнечная тепловая энергия не используется используется непосредственно для создания холодной среды или управления процессами прямого охлаждения. Вместо этого он направлен на снижение скорости теплопередачи в здание летом и улучшение отвода нежелательного тепла. Он включает хорошее понимание механизмов теплопередачи : теплопроводности, конвективной теплопередачи и теплового излучения, последнее в первую очередь от солнца.
Например, признаком плохой тепловой конструкции является чердак, где летом становится жарче, чем пиковая температура наружного воздуха. Это можно значительно уменьшить или устранить с помощью прохладной крыши или зеленой крыши, которые могут снизить температуру поверхности крыши на 70 ° F (40 ° C) летом. Излучательный барьер и воздушный зазор под крышей будут блокировать около 97% нисходящего излучения от обогреваемого солнцем кровельного покрытия.
Пассивное солнечное охлаждение намного легче достичь в новом строительстве, чем путем адаптации существующих зданий. Пассивное солнечное охлаждение связано с множеством конструктивных особенностей. Это основной элемент проектирования здания с нулевым потреблением энергии в условиях жаркого климата.
Ниже приведены распространенные технологии, используемые для солнечного термического кондиционирования воздуха с замкнутым контуром.
Активное солнечное охлаждение использует солнечные тепловые коллекторы для обеспечения солнечной энергией охладителей с тепловым приводом (обычно адсорбционных или абсорбционных охладителей). Солнечная энергия нагревает жидкость, которая передает тепло генератору абсорбционного чиллера и возвращается обратно в коллекторы. Тепло, поступающее в генератор, запускает цикл охлаждения, в результате которого образуется охлажденная вода. Полученная охлажденная вода используется для охлаждения крупных коммерческих и промышленных предприятий.
Солнечная тепловая энергия может использоваться для эффективного охлаждения летом, а также для нагрева горячей воды и зданий зимой. Одинарные, двойные или тройные итерационные циклы абсорбционного охлаждения используются в различных конструкциях систем солнечного термического охлаждения. Чем больше циклов, тем они эффективнее. Абсорбционные чиллеры работают с меньшим шумом и вибрацией, чем компрессорные чиллеры, но их капитальные затраты относительно высоки.
Для эффективных абсорбционных чиллеров номинально требуется вода с температурой не менее 190 ° F (88 ° C). Обычные недорогие плоские солнечные тепловые коллекторы производят воду только при температуре около 160 ° F (71 ° C). Высокотемпературные плоские пластинчатые, концентрирующие (CSP) или откачанные трубчатые коллекторы необходимы для получения требуемых теплоносителей с более высокой температурой. В крупномасштабных установках существует несколько успешных как технических, так и экономических проектов по всему миру, в том числе, например, в штаб-квартире Caixa Geral de Depósitos в Лиссабоне с 1579 квадратных метров (17000 квадратных футов) солнечных коллекторов и 545 кВт мощности охлаждения или в Олимпийской парусной деревне в Циндао / Китай. В 2011 году будет введена в эксплуатацию самая мощная станция нового построенного в Сингапуре United World College (1500 кВт).
Эти проекты показали, что плоские солнечные коллекторы, специально разработанные для температур выше 200 ° F (93 ° C) (с двойным остеклением, усиленной изоляцией задней стороны и т. Д.), Могут быть эффективными и экономичными. Если вода может быть нагрета до температуры выше 190 ° F (88 ° C), ее можно хранить и использовать, когда солнце не светит.
Экологический центр Одубона в Региональном парке Эрнеста Э. Дебса в Лос-Анджелесе имеет пример установки солнечного кондиционирования воздуха, которая вышла из строя довольно скоро после ввода в эксплуатацию и больше не обслуживается. Southern California Gas Co. (The Gas Company) также тестирует практичность солнечных тепловых систем охлаждения в своем Центре энергоресурсов (ERC) в Дауни, Калифорния. Солнечные коллекторы от Sopogy и Cogenra были установлены на крыше ERC и обеспечивают охлаждение системы кондиционирования здания. Масдар-Сити в Объединенных Арабских Эмиратах также испытывает абсорбционную охлаждающую установку двойного действия с использованием параболических коллекторов Sopogy, массива Mirroxx Fresnel и высоковакуумных солнечных тепловых панелей TVP Solar.
В течение 150 лет используются абсорбционные чиллеры делать лед (до изобретения электрических лампочек). Этот лед можно хранить и использовать в качестве «ледяной батареи» для охлаждения, когда солнце не светит, как это было в 1995 Hotel New Otani Tokyo в Японии. В открытом доступе доступны математические модели для расчета характеристик аккумулирования тепловой энергии на основе льда.
Солнечный ледогенератор ISAAC представляет собой прерывистый цикл поглощения аммиака и воды солнечными батареями. В ISAAC используется параболический желоб солнечный коллектор, а также компактная и эффективная конструкция для производства льда без подачи топлива или электроэнергии и без движущихся частей.
Поставщики солнечные системы охлаждения включают ChillSolar, SOLID, Sopogy, Cogenra и TVP Solar для коммерческих установок и, Fagor - и Daikin в основном для жилых систем. Cogenra использует солнечную когенерацию для производства тепловой и электрической энергии, которая может быть использована для охлаждения.
Основными причинами использования концентрирующих коллекторов в солнечных системах охлаждения являются: : высокоэффективное кондиционирование через соединение с чиллерами двойного / тройного действия; и солнечное охлаждение, обслуживающее промышленных конечных пользователей, возможно, в сочетании с технологическим теплом и паром.
Что касается промышленных приложений, несколько исследований, проведенных в последние годы, показали, что существует высокий потенциал для охлаждения (температуры ниже 0 ° C) в разных частях земного шара (например, Средиземноморье, Центральная Америка). Однако это может быть достигнуто с помощью аммиачных / водопоглощающих чиллеров, требующих высокой температуры подводимого тепла в генераторе в диапазоне (120 ÷ 180 ° C), который может быть удовлетворен только путем концентрации солнечных коллекторов. Более того, для некоторых промышленных применений требуется как охлаждение, так и пар для технологических процессов, и концентрирование солнечных коллекторов может быть очень выгодным в том смысле, что их использование будет максимальным
Цели Здания с нулевым потреблением энергии включают устойчивые, экологически чистые здания технологии, которые могут значительно сократить или полностью исключить чистые годовые счета за электроэнергию. Высшим достижением является полностью автономное здание автономное здание, которое не нужно подключать к коммунальным предприятиям. В жарком климате со значительными требованиями к охлаждению градусо-дней передовое солнечное кондиционирование воздуха будет становиться все более важным критическим фактором успеха.
Портал возобновляемых источников энергии 