проектируем будущее
Статьи

Использование тепловых насосов и солнечной энергии для охлаждения - технологии и переспективы

Лето в 2015 году было самым жарким на планете за всю историю метеорологических наблюдений, начиная с 1880 года. И похоже, что в этом году будет установлен новый температурный рекорд. Уже 4 мая в Киеве был зафиксирован рекорд максимальной температуры воздуха. По данным наблюдений метеостанции Центральной геофизической обсерватории имени Бориса Срезневского, после полудня столбик термометра поднялся до + 30,1 ° С, что на 1,2 ° С выше предыдущего максимума 1911 года. Прогнозируется, что летом 2018 столбик термометра будет достигать и до +40 градусов и возрастет количество дней с температурой +30 ... 35 ° С.

Изменения климата происходят, и в будущем охлаждение будет необходимой составляющей создания комфорта в наших домах. Прогнозируется, что к 2020 году потребление энергии для охлаждения ежегодно расти более чем на 10%.

Современные дома это энергосберегающие, хорошо утепленные объекты. Благодаря низкому энергопотреблению мы получили возможность эффективно использовать возобновляемые источники энергии: солнце, энергию земли и воздуха, биомассу. А какое будущее систем охлаждения, какие «зеленые» технологии мы можем использовать, чтобы обеспечивать оптимальные температуры в летний период?

Конечно, для создания комфортных условий важным является использование пассивных методов: качественное теплоизолирование зданий, низкоэмиссионные оконные конструкции, применение внешних солнцезащитных систем, естественное затенение и т.п. Правильное проектирование объекта и качественное строительство существенно снижают затраты энергии для охлаждения.

Одной из наиболее эффективных  технологий климатизации является использование тепловых насосов, которые способны совместить функции отопления и охлаждения в одном устройстве. Использование энергии окружающей среды и многофункциональность делают тепловой насос одним из самых перспективных генераторов энергии.

Рис.1 - Системное решение компании Waterkotte ,  предусматривающее использование фотоэлектрических панелей для питания теплового насоса ,  обеспечивающего отопление , гарячее водопоснабжение и охлаждение дома

Если же рассматривать возможность электроснабжения теплового насоса с помощью фотоэлектрических установок, мы получим решение, которое полностью обеспечивается возобновляемой энергией. Учитывая, что солнечная генерация летом самая высокая, мы можем получить максимальное количество энергии, необходимой для работы системы охлаждения.

Существенное преимущество в плане охлаждения, конечно, имеют геотермальные тепловые насосы, использующие низкую температуру почвы или воды для кондиционирования помещений. Такое "пассивное" охлаждения обеспечивает не только высокий комфорт, но и самые низкие эксплуатационные расходы, поскольку процесс происходит без включения компрессора и электроэнергия расходуется только на работу циркуляционного насоса геотермального контура.

Рост количества солнечных дней приводит к увеличению затрат энергии на охлаждение зданий, но с другой стороны - это существенно улучшает потенциал использования гелиоустановок в климатических системах. Энергия солнца может применяться для охлаждения по следующим схемам:

- производство фотоэлектрическими панелями электроэнергии, которая в дальнейшем используется для питания традиционных,          

  оборудованных компрессорами, холодильных машин

- использование солнечного тепла в холодильных машинах с термическим поводом для прямого процесса кондиционирования

Рис.2 - Гелиотермическая установка Ritter XL Solar завода Festo ( Германия ) использующаяся для отопления , гарячего водопоснабжения и охлаждения производственных помещений

Использование солнечного тепла является перспективным и имеет ряд преимуществ:

- гелиотермические коллекторы более эффективны, чем панели для производства электроэнергии

- в системах прямого охлаждения применяются экологически чистые хладагенты

- термические чиллеры потребляют минимальное количество электроэнергии

- значительно более низкий уровень шума по сравнению с компрессорными машинами

- гелиотермические коллекторы могут параллельно с охлаждением обеспечивать горячее водоснабжение и поддержку

  отопления

- установки прямого охлаждения практически не требуют обслуживания.

Основой систем солнечного охлаждения является термические процессы. Большинство установок объединяет использование сорбционных процессов:

- абсорбции (поглощения жидкостей и газов всем объемом твердого или жидкого рабочего тела, является абсорбентом)

- адсорбции (поглощения жидкостей и газов поверхностным слоем твердого тела, является адсорбентом)

Существуют и другие технологии, такие как струйный пароинжектор или термический привод компрессора.

Но рассмотрим более подробно именно холодильные машины, применяемые процессы сорбции и является сегодня доступны на рынке:

- адсорбционные машины: используют твердые сорбенты - диоксид кремния или цеолит. В качестве хладагента служит обычная вода

- абсорбционные машины: используются жидкие сорбенты. На рынке доступны бромистолитиевые холодильные машины, с водой в качестве хладогента или установки с водой, в качестве сорбента и аммиака, как хладогента. При использовании аммиака возможно достичь температуры пара ниже 0 ° С.

Рис.3 - Робочие циклы адсорбц холионной холодильной машины

Эффективность чиллеров определяется коэффициентом полезного действия COP (Coefficient of Performance). Для электрических компрессионных холодильных машин также используется подобный COP коэффициент энергетической эффективности - EER. Типичные значения COP для сорбционных машин находятся в диапазоне между 0,5 и 0,8. Большая эффективность холодильной машины уменьшает стоимость системы и снижает эксплуатационные расходы. COP установки в значительной степени зависит от температуры теплоносителя, необходимого для активации машины, от температуры холодильной воды и от температуры охлаждающего контура.

Рис.4 - Формирование коэффициентов полезного действия холодильных машин

Рост COP достигается за счет более эффективной технологии или оперативных условий эксплуатации. Например, повышение температуры холодильной воды уменьшает спрос на тепло и повторное охлаждение и приводит к улучшению эффективности системы охлаждения. Повышение температуры холодильной воды можно достичь используя фанкойлы с увеличенной площадью теплообмена или применяя системы поверхностного охлаждения: холодные потолки и стены. Панельное охлаждения увеличивает COP системы, уменьшает эксплуатационные расходы и улучшает комфортность для пользователя. Важным преимуществом сорбционных чиллеров является низкое потребление электроэнергии, до 95% ниже по сравнению с компрессорными машинами.

Рис.5 - Охлаждающая установка на основе двух чиллеров InvenSor LTC 10 plus FC (Общая мощность - 20кВт)

При выборе холодильной машины важно понимать граничные условия работы, такие как температура теплоносителя и минимальная температура холодильной воды, также необходимо проверить рабочие точки при различных условиях експлуатации.Так, например, абсорбционные машины требуют более высокой температуры термического привода, чем адсорбционные установки. Использование солнечной тепловой энергии предусматривает использование накопительной емкости (50 - 80 литров на кв.м солнечных коллекторов), теплоноситель из которой будет по необходимости использоваться на тепло- или холодоснабжение. В случае недостаточного количества солнечного излучения, догрев состоится с помощью основного теплогенератора (газовый или твердотопливный котел).

Рис.6 - Принципиальная схема использования солнечной энергии для охлаждения зданий

При подборе солнечных коллекторов для охлаждения необходимо учитывать, что сорбционные машины используют рабочий теплоноситель температурой не менее 65 ° C и обычно требуют более 75 ° С. Поэтому целесообразным является использование вакуумных коллекторов, которые в отличии на  от плоских панелей эффективно работают с высокими температурами. А использование установок Paradigma, которые применяют воду в качестве теплоносителя, еще больше повысит производительность холодильной машины.

Компания Сахара предлагает комплексное решение для обустройства системы охлаждения с использованием тепловых насосов и солнечной энергии. Сочетание высокоэффективных солнечных коллекторов Paradigma, которые используют воду в качестве теплоносителя и адсорбционной установки Invensor гарантируют высокую эффективность системы охлаждения. Использование гелиотермической энергии в течение года для горячего водоснабжения, отопления и охлаждения повышает экономическую целесообразность внедрения систем солнечного охлаждения.

Больше о солнечных установках Paradigma: https://caxapa.ua/ru/produkciya/sonyachni-akvasistemi/paradigma-presentation#vakuumnij-kolektor-aqua-plasma

Больше об адсорбционных холодильных машинах Invensor: https://caxapa.ua/ru/produkciya/konditsioneri/invensor/adsorbtsijni-holodilni-mashini

и

https://caxapa.ua/ru/kompaniya/statti/adsorbtsijni-mashini-pojednannja-oholodzhennja-ta-energija-sontsja

 

 

 

Грунтовой аккумулятор тепла eTank - еще одно решение для эффективного использования возобновляемых источников энергии
Использование тепловых насосов и солнечной энергии для охлаждения - технологии и переспективы
Поставити питання
Консультант
-

Адміністратор в мережі. Вкажіть ваше питання, натисніть відправити та дочекайтесь підключення консультанта.

В даний момент адміністратор не в мережі. Ви можете залишити свою ел. адресу і питання.

Чекаємо консультанта...
Загрузка....