Проектуємо майбутнє
Статті

Використання сонячної енергії для охолодження

Літо 2015 року було найспекотнішим на планеті за всю історію метеорологічних спостережень, починаючи з 1880 року. І схоже, що цьогоріч буде встановлено новий температурний рекорд.
Вже 4 травня у Києві було зафіксовано рекорд максимальної температури повітря. За даними спостережень метеостанції Центральної геофізичної обсерваторії імені Бориса Срезневського, після полудня стовпчик термометра піднявся до +30,1°С, що на 1,2°С вище попереднього максимуму 1911 року. Прогнозується, що влітку 2018 стовпчик термометра досягатиме і до +40 градусів та зросте кількість днів з температурою +30...+35°С.
Зміни клімату відбуваються, і в майбутньому охолодження буде необхідною складовою створення комфорту в наших оселях. Прогнозується, що до 2020 року споживання енергії для охолодження щорічно зростатиме більш ніж на 10%.

Сучасні будинки це енергозберігаючі, добре утеплені об'єкти. Завдяки низькому енергоспоживанню ми отримали можливість ефективно використовувати відновлювальні джерела енергії: сонце, енергію землі та повітря, біомасу. А яке майбутнє систем охолодження, які «зелені» технології ми можемо використовувати, щоб забезпечувати оптимальні температури в літній період?
Звичайно , для створення комфортних умов важливим є використання пасивних методів: якісне теплоізолювання будівель , низькоемісійні віконні конструкції , застосування зовнішніх сонцезахисних систем , природнє затінення і т.п. Правильне проектування об'єкту та якісне будівництво суттєво знижують витрати енергії для охолодження.

Однією з наявних технологій кліматизації є використання теплових насосів , які здатні сумістити функції опалення та охолодження в одному пристрої. Використання енергії навколишнього середовища та багатофункціональність роблять тепловий насос одним з найперспективніших генераторів енергії.

Використання сонячної енергії для охолодження

Мал.1 - Системне рішення компанії Waterkotte, що передбачає використання фотоелектричних панелей для живлення теплового насосу, який забезпечуватиме опалення, гаряче водопостачання та охолодження будинку

Якщо ж розглядати можливість електропостачання теплового насосу за допомогою фотоелектричних установок, ми отримаємо рішення, що повністю забезпечуватиметься відновлювальною енергією. Враховуючи, що сонячна генерація влітку найвища, ми можемо отримати максимальну кількість енергії, необхідної для роботи системи охолодження.
Суттєву перевагу в плані охолодження, звичайно, мають геотермальні теплові насоси, що використовують низьку температуру ґрунту чи води для кондиціонування приміщень. Таке «пасивне» охолодження забезпечує не тільки високий комфорт, але і найнижчі експлуатаційні витрати, оскільки процес відбувається без вмикання компресора і електроенергія витрачається лише на роботу циркуляційного насосу геотермального контуру.

Зростання кількості сонячних днів призводить до збільшення витрат енергії на охолодження будівель, але з іншого боку це суттєво покращує потенціал використання геліоустановок в кліматичних системах. Енергія сонця може застосовуватись для охолодження за наступними схемами:

  • виробництво фотоелектричними панелями електроенергії, яка надалі використовується для живлення традиційних, обладнаних компресорами, холодильних машин.
  • використання сонячного тепла в холодильних машинах з термічним приводом для прямого процесу кондиціонування.
  • Використання сонячної енергії для охолодження

    Мал.2 - Геліотермічна установка Ritter XL Solar заводу Festo ( Німеччина ) використовується для опалення, гарячого водопостачання та охолодження виробничих приміщень

    Використання сонячного тепла є перспективним та має ряд переваг:

    • геліотермічні колектори більш ефективні , ніж панелі для виробництва електроенергії;
    • в системах прямого охолодження застосовуються екологічно чисті холодоагенти;
    • термічні чилери споживають мінімальну кількість електроенергії;
    • значно нижчий рівень шуму в порівнянні з компресорними машинами;
    • геліотермічні колектори можуть паралельно з охолодженням забезпечувати гаряче водопостачання та підтримку опалення;
    • установки прямого охолодження практично не потребують обслуговування.

    Основою систем сонячного охолодження є термічні процеси. Більшість установок об'єднує використання сорбційних процесів :

  • абсорбції (поглинання рідин та газів всім об'ємом твердого або рідкого робочого тіла, що є абсорбентом);
  • адсорбції (поглинання рідин та газів поверхневим шаром твердого тіла, що є адсорбентом).
  • Існують також інші технології, такі як струменевий пароінжектор або термічний привід компресора.
    Але розглянемо більш детально саме холодильні машини, які застосовують процеси сорбції та є сьогодні доступними на ринку:

    • адсорбційні машини: використовують тверді сорбенти — діоксид кремнію або цеоліт. В якості холодоагенту слугує звичайна вода.
    • абсорбційні машини: використовуються рідкі сорбенти. На ринку доступні бромистолітієві холодильні машини, з водою в якості холодоагенту або установки з водою, в якості сорбента та аміаку, як холодоагенту. При використанні аміаку можливо досягнути температури пари нижче 0 °С.
    Використання сонячної енергії для охолодження

    Мал.3 - Робочі цикли адсорбційної холодильної машини

    Ефективність чилерів визначається коефіцієнтом корисної дії COP (Coefficient of Performance). Для електричних компресійних холодильних машин також використовується подібний COP коефіцієнт енергетичної ефективності — EER. Типові значення COP для сорбційних машин знаходяться в діапазоні між 0,5 і 0,8. Більша ефективність холодильної машини зменшує вартість системи та знижує експлуатаційні витрати. COP установки в значній мірі залежить від температури теплоносія , необхідного для активації машини , від температури холодильної води та від температури охолоджуючого контуру.

    Використання сонячної енергії для охолодження

    Мал.4 - Формування коефіцієнтів корисної дії холодильних машин

    Зростання COP досягається за рахунок більш ефективної технології або оперативних умов експлуатації. Наприклад, підвищення температури холодильної води зменшує попит на тепло і повторне охолодження та призводить до покращення ефективності системи охолодження. Підвищення температури холодильної води можливо досягнути використовуючи фанкойли із збільшеною площею теплообміну або застосовуючи системи поверхневого охолодження: холодні стелі та стіни. Панельне охолодження збільшує COP системи, зменшує експлуатаційні витрати та покращує комфортність для користувача. Важливою перевагою сорбційних чилерів є низьке споживання електроенергії, до 95% нижче в порівнянні з компресорними машинами.

    Використання сонячної енергії для охолодження

    Мал.5 - Охолоджувальна установка на основі двох чилерів InvenSor LTC 10 plus FC (Загальна потужність — 20кВт)

    При виборі холодильної машини важливо розуміти граничні умови роботи, такі як температура теплоносія та мінімальна температура холодильної води, також необхідно перевірити робочі точки за різних умов експлуатації. Так, наприклад, абсорбційні машини потребують вищої температури термічного приводу ніж адсорбційні установки. Використання сонячної теплової енергії передбачає використання накопичувальної ємкості (50 - 80 літрів на кв.м сонячних колекторів, теплоносій з якої буде за потребою використовуватись на тепло- або холодопостачання. В випадку недостатньої кількості сонячного випромінювання, догрів відбудеться за допомогою основного теплогенератора (газовий або твердопаливний котел).

    Використання сонячної енергії для охолодження

    Мал.6 - Принципова схема використання сонячної енергії для охолодження будівель

    При підборі сонячних колекторів для охолодження необхідно враховувати , що сорбційні машини використовують робочий теплоносій температурою не менше 65 °С. і зазвичай потребують більше 75 °С. Тому доцільним є використання вакуумних колекторів , які на відміну від плоских панелей ефективно працюють з високими температурами. А використання установок Paradigma, які застосовують воду в якості теплоносія, ще більше підвищить продуктивність холодильної машини.

    Компанія Сахара пропонує комплексне рішення для облаштування системи охолодження з використанням теплових насосів та сонячної енергії. Поєднання високоефективних сонячних колекторів Paradigma, які використовують воду в якості теплоносія та адсорбційної установки Invensor гарантуватиме високу ефективність системи охолодження. Використання геліотермічної енергії протягом року для гарячого водопостачання, опалення та охолодження підвищує економічну доцільність впровадження систем сонячного охолодження.

    Більше про сонячні установки Paradigma: https://caxapa.ua/produkciya-sonyachni-akvasistemi та https://caxapa.ua/paradigma-aqua-solarsystem