Анализ холодильных систем, использующих тепловое излучение земной поверхности в космическое пространство

Тепловое излучение в ночное небо (эффективное излучение или англ. «NightSky-RadiantCooling») может использоваться как дешевый способ получения охлаждения.

Простейшая система состоит из радиатора, создающего охлаждение, аккумулятора холода, теплообменника и циркуляционного насоса. Ночью, когда отсутствует солнечная радиация, насос прокачивает воду через радиатор. В нем вода остывает за счет теплового излучения. После этого вода проходит в аккумулятор холода. Днем радиатор отсекается от основного контура вентилями. Вода, накопленная в аккумуляторе холода, начинает циркулировать через теплообменник. При этом она забирает тепло от охлаждаемого тела, а сама нагревается.

Оценочные расчеты емкости аккумулятора холода, проведенные для условий летнего климата г. Алматы, показали резуль- тат, сопоставимый с объемами аккумуляторов холода, используемыми в установках в США (8 м3).

Холодильные системы, использующие тепловое излучение (ХСИТИ), способны создавать охлаждение на 5-10°С ниже средней ночной температуры уличного воздуха. При этом возможно их применение в качестве основного источника холода в системах кондиционирования.

В странах с холодным климатом охлаждение воздуха практически не требуется на протяжении большей части года. В холодную половину года возможно применение той же системы для производства тепла, используемого в системе отопления.

Если система будет работать в зимнее время, может оказаться экономически оправданным разделение системы на два контура. Первый контур будет проходить через радиаторы. В нем в качестве хладоносителя следует использовать раствор пропиленгликоля или подобное ему вещество. Во втором контуре, проходящем через теплообменники и аккумулятор холода, можно использовать воду.

Рисунок 1 - Двухконтурная ХСИТИ:

1 – радиатор; 2 – расширительный бачок; 3, 6, 8, 13, 15, 23 – гидрораспределители; 4 – аккумулятор холодной воды; 5 – холодильная машина; 7 – система предварительного нагрева водопроводной воды;

9, 12, 18, 19, 20, 22 – вентили; 10 – аккумулятор горячей воды; 11 – система кондиционирования воздуха;

14, 17 – насосы нереверсируемые; 16 – проточный водонагреватель; 21 – аккумулятор теплой воды;

24 – насос реверсируемый

С целью упрощения процесса управления в случае использования такой схемы в бытовых системах кондиционирования всю автоматику прдполагается собрать в единый узел, выполненный в виде отдельного агрегата (см. рис. 2).

Рисунок 2 - Система тепло- и хладоснабжения с выделенным агрегатом управления:

1 – радиаторы; 2 – аккумулятор холодной воды;

3 – центральная система управления;

4 – аккумулятор теплой воды; 5 – система предварительного подогрева холодной воды;

6 – аккумулятор горячей воды; 7 – система кондиционирования воздуха.

Рассматривается возможность применения таких систем в овощехранилищах и камерах хранения некоторых продуктов. В таком варианте система способна самостоятельно поддерживать требуемую температуру

(0…+4 °С) в осенне-весенний период времени, когда средняя ночная температура не превышает 10 °С. В зимний период времени система будет обеспечивать отопление, а также производить теплую воду для бытовых нужд.

Характеристики современных ХСИЭИ для кондиционирования воздуха в жилых помещениях:

• •    Удельная холодопроизводительность радиаторов: 50-100 Вт/м² в зависимости от температурного режима;

• •    Расход жидкости: 18-60 л/мин на 1 м² радиатора в зависимости от его конструкции;

• •    Отношение площади радиаторов к площади охлаждаемых помещений: от ¼ до ½;

• •    Емкость аккумулятора холода: 6-8 м³ на 100 м² помещения;

• •    Холодильный коэффициент: 10-18.

Преимущества ХСИТИ:

• 1.    При их использовании значительно сокращается потребление электроэнергии (по различным данным от 30 до 90 % в зависимости от климата), необходимой для системы кондиционирования помещений;

• 2.    Экологическая безопасность подобных систем (не используют вредных, опасных или озоноразрушающих веществ, не выделяют парниковые газы);

• 3.    Если сравнивать системы, использующие эффективное излучение, с испарительными охладительными установками (градирнями), преимуществом первых окажется отсутствие расхода воды, используемой для создания охлаждения;

Недостатки ХСИТИ:

• 1.    Для получения наибольшей эффективности подобной системы зачастую требуется особая конструкция здания, так как радиаторы занимают большую площадь;

• 2.    Возможны ситуации, когда они не могут обеспечить требуемую холодопроизводительность, из-за чего зачастую требуется установка дополнительной холодильной машины обычного типа;

• 3.    На данный момент стоимость введения в эксплуатацию таких установок остается выше обычных систем кондиционирования. В будущем стоимость может снизиться.

Расчеты, проведенные для плоских солнечных коллекторов, показывают, что их средняя холодопроизводительность в оптимальных условиях летнего климата г. Алматы не превышает 60-70 Вт/м2. В ближайшее время следует провести исследования, направленные на увеличение этой величины.