Кіріспе
Күн энергиясын пайдаланатын салқындату жүйесі Күн энергиясын пайдаланатын ауа баптау немесе "күн энергиясымен жұмыс істейтін ауа баптау" күн энергиясын пайдаланатын кез келген ауа баптау (салқындату) жүйесін білдіреді. Бұл пассивті күн сәулесін жобалау, күн жылу энергиясын түрлендіру және фотоэлектрлік түрлендіру (күн сәулесін электр энергиясына айналдыру) арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. 2007 жылғы АҚШ-тың Энергия тәуелсіздігі және қауіпсіздік туралы заңдары 2008 жылдан 2012 жылға дейін көптеген жаңа технологиялық инновацияларды және жаппай өндірістің масштабтық үнемдеуін әзірлеуге және көрсетуге тиіс күн сәулелі ауа кондиционерлерін зерттеу мен дамыту бағдарламасын қаржыландыруды құрды.
Solar air conditioning, or "solar powered air conditioning", refers to any air conditioning (cooling) system that uses solar power. This can be done through passive solar design, solar thermal energy conversion, and photovoltaic conversion (sunlight to electricity). The U. S. Energy Independence and Security Act of 2007 created 2008 through 2012 funding for a new solar air conditioning research and development program, which should develop and demonstrate multiple new technology innovations and mass production economies of scale.
Тарих
19 ғасырдың аяғында суды суыту үшін қолданылатын ең кең тараған сұйықтық аммиак пен судың ерітіндісі болды. Қазіргі кезде литий бромты мен судың қосындысы да кең таралған. Кеңейту / конденсация құбырларының бір ұшы қыздырылады, ал екінші ұшы мұз жасауға жеткілікті суытылады. Бастапқыда табиғи газ 19 ғасырдың аяғында жылу көзі ретінде қолданылған. Бүгінде пропан демалыс көліктерінің суыту құрылғыларында қолданылады. Ыстық судың күндізгі жылу энергиясын жинағыштар заманауи "еркін энергия" жылу көзі ретінде де пайдаланылуы мүмкін. Ұлттық аэронавтика және ғарыш басқармасы (NASA) демеушілігімен 1976 жылы шыққан баяндамада күн энергиясы жүйесіне ауа баптаудың қолданылуы зерттелді. Талқыланған техникалар күн энергиясымен жұмыс істейтін (абсорбциялық цикл және жылу қозғалтқышы / Ранкин циклы) және күн энергиясымен байланысты (жылу сорғысы) және осыған байланысты әдебиеттердің кеңінен білімі бар.
Күн сәулелі (PV) күн суыту
Фотовольталық энергия көздері ауа баптау құрылғыларына тікелей немесе жанама күн энергиясын беруі мүмкін. Ауаны баптау құрылғылары үшін жанама фотоэлектр энергиясы бүкіл үйді немесе бүкіл ғимаратты күн энергиясынан тұрады, бұл дәстүрлі түрде көптеген пайдаланушылар үшін желіге таза өлшеуді білдіреді. Бұл жағдайда күн энергиясы үйдегі немесе ғимараттағы құрылғыларды, соның ішінде ауа баптау құрылғыларын (КҚ) іске қосу үшін ауыспалы токқа (АҚ) айналады. Бұл құрылғының артықшылығы - ауа баптағыштарға күн сәулесін қосқан арнайы электроника қажет емес, сондықтан оны іске асыру қарапайым. Оның кемшілігі - бұл ауа баптау құрылғыларының SEER бағасы 14 немесе одан төмен, ал жеткізілген күн энергиясы ауа баптау құрылғыларына жетуден бұрын да DC (тікелей ток) күн энергиясының электр қуатын AC-ке түрлендіруден белгілі бір шығындар бар. Тағы бір кемшілігі - бұл кондиционерлер желі тоқтаған кезде жұмыс істей алмайды, өйткені таза метрленген үй немесе ғимарат желідегі түйін болып табылады, ал электр желісі тоқтаған кезде электр қуатын өлі желіге қайта беруді болдырмау керек. Ал қазір ауа-райына баптау құрылғылары, көптеген үй техникасы (мысалы, телевизор, компьютер) сияқты тұрақты токпен жұмыс істей бастайды. Сондықтан, мұндай қондырғылар үшін бүкіл ғимаратты күн энергиясымен жабдықтауды айнымалы токқа ауыстыру керек, содан кейін қайтадан бірқалыпты токқа қайтару керек, бұл тиімділігін арттырады. Сол сияқты, электр желісінен тыс күн батареясы бүкіл үйді немесе ғимаратты күн энергиясымен қамтамасыз етеді. Мұндай жүйелерде батареяны зарядтауды басқару үшін кернеуді басқарушы қолданылады, содан кейін батареяның қуаты үйге немесе ғимаратқа ауыспалы ток беру үшін кері бұрылады. Олар желіге байланысты емес және электр желісін өлшемейді, сондықтан олар дауыл немесе басқа да оқиғалар желіге электр қуатын түсіргеннен кейін жұмыс істей алады. Алайда, электр қуаты күн батареясы мен батареядан тұрақты токқа айналып, кері айналып, электр қуатын алыстан құрылғыларға беруі керек. Соңғы уақытта күн энергиясымен жұмыс істейтін фотоэлектрлік кондиционерлер, жылу сорғылары жасалды. Мұндай қондырғылар тұрақты токпен жұмыс істейді, сондықтан олар фотоэлектрлік күн батареялары өндіретін тұрақты ток қуатын пайдалана алады және пайдаланады. Бұл құрылғылардың бір шағын бөлінген нұсқасында 48v DC қуат шинасы және 48v батарея массиві, әдетте 4 x 12v батареялар сериялы (мысалы, Hotspot Energy) қолданылады. Алайда, үйдегі аккумулятордан айырмашылығы, бұл аккумуляторлар тек ауа баптау құрылғысын ғана іске қосады. Бұл жүйелердің артықшылығы сол, олар жеткілікті күн сәулесі мен батарея қуатымен түнде немесе бұлтты уақытта жұмыс істей алады. Тағы бір шағын бөлінген нұсқа күн батареяларын бірліктің сыртқы бөлігіне тікелей қосуға мүмкіндік береді, 310v DC қуат шинасын қолданады және күн энергиясының жетіспеушілігін толтыру үшін қосымша 120v қосалқы желілік қуатты (Airspool) ұсынады. Инверторлы тұрақты ток кондиционерлерінің артықшылығы - арзан, ал кемшілігі - күн сәулесінсіз жұмыс істеуге болмайды, егер олар электр тоғына қосылмаса. Бұл екі жүйе де өзгермелі салқындатқыш ағыны технологиясын қолданады, жоғары тиімділіктегі өзгермелі жылдамдықты DC моторлары мен компрессорлар өте аз жұмыс күштерін қажет етеді, және екеуі де ауа-райымен жабдықтауға қоса жылуды ұсынады. Үшінші типтегі блок үлкен, әдетте коммерциялық ғимараттар үшін қол жетімді және желі мен батареяның қосалқы құрылғысын, сондай-ақ қосымша таза өлшеуді ұсынады. Екі кішігірім блок сияқты, бұл блоктар VRF, бірақ олардан айырмашылығы, ғимараттың бір бөлігінде жылу беру және басқа бөлігінде ауа баптау мүмкіндігі бар, ғимараттың әртүрлі аймақтарында орналасқан бір сыртқы / конденсациялық блок пен бірнеше ішкі / буландырушы блоктарды пайдалана отырып, бұл аумақтарды пайдаланушылардың нақты қажеттіліктеріне сәйкес жағдайға келтіру. Фотовольталық энергияны геотермиялық технологиямен де біріктіруге болады. Жетісті геотермиялық ауа баптау жүйесі үшін кішігірім, арзан фотоэлектрлік жүйе қажет. Жоғары сапалы геотермиялық жылу сорғысының SEER көрсеткіші 20 (±) шамасында болуы мүмкін. 29 кВт (100000 БТ/сағ) SEER 20 кондиционері жұмыс істегенде 5 кВт-тан аз қажет етеді. Сондай-ақ, нарыққа 20 жоғары SEER бар компрессорсыз электрлік ауа баптау жүйелері де шығарылады. Фазалық өзгерісті жанама буландырушы салқындатқыштардың жаңа нұсқалары ғимараттарды қосымша ішкі ылғалдылық қоспай салқындату үшін желд�...
Superior energy efficiency can be designed into new construction (or retrofitted to existing buildings). Since the U. S. Department of Energy was created in 1977, their Weatherization Assistance Program has reduced heating and cooling load on 5.5 million low income affordable homes an average of 31%. A hundred million American buildings still need improved weatherization. Careless conventional construction practices are still producing inefficient new buildings that need weatherization when they are first occupied.
Геотермиялық салқындату
Жерді қорғайтын немесе жерді салқындататын құбырлар жердің қоршаған орта температурасын пайдаланып, кәдімгі ауа баптау талаптарын азайтады немесе жояды. Адамдардың көпшілігі тұратын көптеген климаттарда олар жаздағы жағымсыз жылудың жиналуын едәуір азайта алады, сондай-ақ ғимараттың ішіндегі жылуды жоюға көмектеседі. Олар құрылыс шығындарын арттырады, бірақ кәдімгі ауа баптау жабдықтарының құнын азайтады немесе жояды. Жерді салқындату құбырлары қоршаған Жер температурасы адам температурасының қолайлы аймағына жақындаған ыстық ылғалды тропикалық ортада тиімді емес. Күн сәулесінен жұмыс істейтін шатыр немесе фотоэлектрлік желдеткіш жағымсыз жылуды шығарып, Жердің қоршаған орта температурасы арқылы өткен салқын, ылғалсыздандырылған ауаны тарта алады. Ылғалдылық пен конденсацияны бақылау маңызды жобалау мәселесі болып табылады. Геотермальдық жылу сорғысы жылу мен салқындату үшін SEER-ді жақсарту үшін қоршаған ортаның температурасын пайдаланады. Терең құдық қоршаған ортаның температурасын алу үшін суды қайта айналдырады, әдетте минутына бір тоннаға су. Бұл "ашық цикл" жүйелері алғашқы жүйелерде ең көп таралған, алайда су сапасы жылу сорғысындағы катушкаларға зақым келтіріп, жабдықтың өмірін қысқартуы мүмкін. Тағы бір әдіс - бұл жабық циклдік жүйе, онда құбырлар циклы құдық немесе құдықтар арқылы немесе шөптегі траншеяларда аралық сұйықтықты салқындату үшін жүреді. Құдықтар пайдаланылған кезде, олар жерге жақсы жылу өткізгіштігін қамтамасыз ету үшін бентонит немесе басқа материалмен толтырылады. Бұрынғы таңдалған сұйықтық пропиленгликольдің 50/50 қоспасы болды, өйткені ол этиленгликольден (автомобиль радиаторларында қолданылатын) айырмашылығынше улы емес. Пропиленгликоль тұтқыр, содан кейін кейбір бөліктерді тұтқырлайды, сондықтан ол пайдадан қалады. Қазіргі кезде ең көп таралған тасымалдаушы - су мен этил спирті (этанол) қоспасы . Жердің қоршаған орта температурасы жазғы ауа температурасының ең жоғары деңгейінен әлдеқайда төмен және қысқы ауа температурасының ең төмен деңгейінен әлдеқайда жоғары. Су ауаға қарағанда 25 есе жылу өткізгіштігі жоғары, сондықтан ол сыртқы ауа жылу сорғысынан әлдеқайда тиімді (қыста сыртқы температура төмендей бастағанда тиімділігі төмендейді). Геотермиялық ұңғыманың дәл осы түрін жылу сорғысысыз да пайдалануға болады, бірақ нәтижелер өте төмен болады. Жердің температурасы ортадағы суды жабық радиатор арқылы (автомобиль радиаторы сияқты) сорғылайды. Радиатордың үстінен ауа үрлеп, ол компрессорлық кондиционерсіз салқындатылады. Күн сәулелі электр панельдері су сорғысы мен желдеткіш үшін электр энергиясын өндіреді, бұл кәдімгі ауа-райына арналған коммуналдық шоттарды жояды. Бұл тұжырымдама, егер жердің қоршаған жер температурасы адам жылулық жайлы аймағынан төмен болса (тропиктер емес) тиімді.
Құрғатқыштарды пайдаланатын күн сәулелі ашық кондиционер
Әуеді кәдімгі, қатты құрғатқыш заттар (силикагель немесе цеолит сияқты) немесе сұйық құрғатқыш заттар (литий бромды / хлорид сияқты) арқылы ауадан ылғал алу үшін тиімді механикалық немесе буландыру арқылы салқындату циклін жүргізуге болады. Кейін құрғатқыш күн жылу энергиясын пайдалану арқылы сусыздану үшін қайтадан пайдаланып, тиімді, аз энергияны тұтыну, үздіксіз қайталанатын цикл. Фотоэлектр жүйесі төмен энергиялы ауа айналымы желдеткіш пен құрғатқышпен толтырылған үлкен дискіді баяу айналдыратын моторды қуаттандыруға болады. Энергияны қалпына келтіру желдету жүйелері энергияны жоғалтуды азайта отырып, үйді желдетудің бақыланатын тәсілін ұсынады. Ауа "энтальпия дөңгелегі" арқылы (көбінесе кремний гелі қолданыла отырып) қысқы уақытта желдетілетін ауаны жылыту шығындарын қысқы уақытта ауаның жылы ауасынан жаңа (бірақ суық) ауаға жылу беру арқылы азайтуға болады. Жазда ішкі ауа ауаға келетін ауаны салқындатады, бұл желдетуді салқындату шығындарын азайтады. Бұл төмен энергиялы желдеткіш пен мотор желдеткіш жүйесі фотоэлектрлік энергиямен қуатты тиімді түрде қамтамасыз етілуі мүмкін, күн сөндіргіштің жоғары жағына табиғи конвекциялық түтінді көтеру арқылы төмен қарай келетін ауа ағыны мәжбүрлі конвекция (адвекция) болады. Сумен араластырылған кальций хлориді сияқты құрғатқыш затты сумен араластырып, суды айналдыратын су тасқынын жасауға болады. Бұл суды қалпына келтіру үшін күн жылу энергиясын пайдалана отырып, бөлмені ылғалдандырады. Күн энергиясын жинақтаушы топтар құрғатқышпен салқындату жүйесіне энергияны жеткізетін күн энергиясымен белсенді салқындату. Құрғату және қалпына келтіру циклы үшін құрғатқышпен сіңірілген орта арқылы ауаны үрлейтін бірнеше коммерциялық жүйелер бар. Күннің жылу беруі - бұл қалпына келтіру циклінің бір жолы. Теориялық тұрғыдан алғанда, қапталған мұнаралар ауа мен сұйық құрғатқыштың қарсы ағымды ағынын қалыптастыру үшін пайдаланылуы мүмкін, бірақ олар әдетте коммерциялық машиналарда қолданылмайды. Ауаны алдын ала қыздыру құрғатқыш заттың қалпына келуін айтарлықтай арттырады. Қаптамаланған бағана, егер тиісті қаптаманы қолдану арқылы қысымның төмендеуін азайтуға болатын болса, ылғалсыздандырғыш/регенератор ретінде жақсы нәтиже береді.
Пассивті күн сәулесінен салқындату
Бұл салқындату түрінде күн жылу энергиясы тікелей суық ортаны құруға немесе тікелей салқындату процестерін жүргізуге пайдаланылмайды. Оның орнына, күн сәулелі ғимараттың құрылымы жазда ғимаратқа жылу беру жылдамдығын баяулатуға және қажетсіз жылуды жоюды жақсартуға бағытталған. Бұл жылу беру механизмдерін жақсы түсінуді білдіреді: жылу өткізгіштік, конвекциялық жылу беру және жылулық сәулелену, соңғысы негізінен күннен. Мысалы, жылуды дұрыс пайдаланбағанның белгісі - жаз айларында сыртқы ауа температурасының ең жоғары температурасынан ыстық болатын төбешіктегі үй. Бұл салқын шатырмен немесе жасыл шатырмен айтарлықтай азайтылуы немесе жойылуы мүмкін, бұл жазда шатырдың беткі температурасын 70 ° F (40 ° C) төмендетеді. Жарық бөгеті мен шатыр астындағы ауа аралығы күн қыздырған шатырдың жабынынан төмен қарай сәулеленудің 97% -ын бөгеді. Пассивті күн сәулесінен салқындатуды жаңа құрылыста жүзеге асыру қолданыстағы ғимараттарды жөндеуден гөрі әлдеқайда оңай. Пассивті күн суытуда көптеген дизайн ерекшеліктері бар. Бұл ыстық климаттағы нөлдік энергиялы ғимаратты жобалаудың негізгі элементі болып табылады.
Концентрациялық коллекторларды пайдаланатын күн сәулесінен тұратын салқындату жүйелері
Күндізгі салқындату жүйелерінде концентрацияланған коллекторларды қолданудың негізгі себептері: қос / үш әсерлі салқындатқыштармен біріктіру арқылы жоғары тиімді ауа-райымен жабдықтау; және өндірістік соңғы пайдаланушыларға қызмет көрсететін күндізгі салқындату, мүмкін, процесс жылу мен бумен бірге. Өнеркәсіптік қолдану туралы соңғы жылдары бірнеше зерттеулер әлемнің әртүрлі аймақтарында (мысалы, Жерорта теңізі, Орталық Америка) суытудың жоғары әлеуеті бар екенін көрсетті. Алайда, бұл аммиак / суды сіңіретін салқындатқыштар арқылы қол жеткізілуі мүмкін, ол генераторда жоғары температуралық жылуды қажет етеді, бұл диапазонды (120 ÷ 180 °C) тек қана күн коллекторларын шоғырландыру арқылы қанағаттандыруға болады. Сонымен қатар, бірнеше өнеркәсіптік қолданбалар процестер үшін салқындату мен буды қажет етеді, ал концентрацияланған күн коллекторлары олардың қолданылуын барынша арттыру мағынасында өте тиімді болуы мүмкін
Энергияны нөлдік тұтыну ғимараттары
Энергияны нөлдік тұтынуға арналған ғимараттар мақсаттарына жыл сайынғы таза энергия шығындарын едәуір азайтатын немесе жоятын орнықты, жасыл құрылыс технологиялары кіреді. Ең басты жетістік - электр желісінен тыс, автономды ғимарат, оған электр желісін орнатудың қажеті жоқ. Жылы климат жағдайында салқындатуды қажет ететін күндері жоғары температурада күн сәулелі ауа баптау жүйесі жетістікке жетудің маңызды факторы болады.