6.4. Охлаждение воздуха

Солнечную энергию можно использовать для охлаждения воздуха, например, в абсорбционных холодильниках. В компрессионных холодильниках рабочая жидкость испаряется в процессе теплообмена при повышенном давлении. В абсорбционном холодильнике необходимое повышение давления, обеспечивается разностью давления паров хладагента в генераторе и поглотителе, содержащем пары хладагента над разбавленным раствором.

В абсорбционном холодильнике требуется подвод тепла для повышения температуры в генераторе. Тепло, необходимое для работы абсорбционных холодильников, может быть получено от солнечных нагревательных систем. Однако этот процесс имеет низкую эффективность. В настоящее время это экономически выгодно только в районах, удалённых от стандартных энергосетей.

6.5. Опреснение воды

В пустынных районах необходимо снабжение питьевой водой, пресной водой для полива и т.д. Многие пустынные районы имеют подземные запасы солёной воды и обычно, дешевле опреснять воду, чем её привозить. Так как в пустынях облучённость поверхности Земли высокая, можно использовать солнечную энергию для опреснения воды. Самым простым устройством является солнечный дистиллятор – бассейн (рис. 6.5). Он состоит из неглубокого бассейна с чёрными стенками и дном, заполненного водой и накрытого прозрачной паронепроницаемой крышкой. Крышка наклонена по направлению к потоку излучения. Поток солнечной энергии, прошедший через крышку, нагревает воду, часть которой испаряется. Водяной пар поднимается вверх и конденсируется на холодной крышке. Затем капли сконденсированной влаги скатываются в приёмный жёлоб.

Р

ис.6.5. Потоки тепла в солнечном дистилляторе. Обозначения: д - основание; и - испарение; к - конвекция; из - излучение; в - вода; с - окружающая среда; 1- нагретая поверхность; 2

- холодная стенка; 3- жёлоб.

Ч

_Тв

_qис

_qк

_qи

тобы определить производительность реального солнечного дистиллятора, необходимо вычислить, какая часть приходящей солнечной энергии расходуется на испарение. Тепловой баланс для единицы поверхности воды определится:

m

*c*dT_в/dt=α_в*τ*G-q_в–q_и–q_к–q_ис, (6.6)

где q_ис– теплоперенос при испарении.

Удельный радиационный поток определится:

q_и= 4σ_в[(Т_в+ Т_д)/2]³*(Т_в– Т_д), (6.7)

где Т_д– температура крышки.

Конвективный тепловой поток запишем в виде:

q_к=h_к*(Т_в– Т_д), (6.8)

где h_к– коэффициент теплопередачи.

Результирующий тепловой поток на единицу площади:

q_к= 2*ρ*С*(Q/A)*ΔТ (6.9)

Множитель 2 появляется вследствие того, что происходит движение нагретого пара вверх и охлаждённого вниз. Результирующую массу пара на единицу площади в единицу времени представим в виде:

W= m′/A= 2*(Q/A)Δχ = h_к*ρ^-1*c^-1*Δχ, (6.10)

где χ – концентрация пара.

Тепловой поток через единицу площади, возникающий вследствие испарения воды, равен:

q_т=WM, (6.11)

где M– удельная теплота парообразования воды.

Для дистиллятора, показанного на рис. 6.5:

q_т=h_k*М*ρ^-1c^-1*[χ*(Т_в) –χ(Т_д)]. (6.12)

Для размера х:

h_к=Nuℓ/x(6.13)

ℓ – теплопроводность воздуха (≈ 0,03 Вт/м.к.)

h_к= 0,062 (x/ℓ)Ra ^1/3, (6.14)

где число Рэлея

Ra=gβx³(Tв –Tg)ℓ^-1υ^-1 (6.15)

Здесь (ρ, ℓ и т.д.)можно пользоваться данными для сухого воздуха.

Доля тепла, идущего на испарение, быстро возрастает при увеличении температуры воды.