Solarkühlsysteme

Während wir unsere Wohnungen und Arbeitsräume gerne heizen, ist die Solarkühlung eine weitere effiziente Nutzung einer erneuerbaren Energietechnologie. Die Notwendigkeit einer Klimatisierung unserer Häuser in heißen Gegenden auf der ganzen Welt und die Fülle an Sonnenschein in diesen Gegenden haben zu einer Bereitschaft geführt, die beiden zum Wohle der dort lebenden Menschen zu kombinieren.

Im Gegensatz zu anderen Arten von Solaranwendungen wie Solarwärme entsteht der größte Kühlbedarf, wenn die Sonneneinstrahlung am intensivsten ist, was die Verbindung von Solarthermie und Solarkühlung umso attraktiver macht.

In sonnigen Klimazonen kann es manchmal unangenehm heiß werden, und daher neigen wir dazu, eine Klimaanlage zu verwenden, um eine kühle und angenehme Innenatmosphäre zu schaffen. Wenn wir über Raumkühlung sprechen, denken die meisten von uns an die typischen Klimaanlagen und Kühlschränke, die an eine elektrische Stromversorgung angeschlossen sind, um die Luft in den Räumen, in denen wir leben, abzukühlen, sowie um unsere Lebensmittel und Lebensmittel zu kühlen. Aber moderne Klimaanlagen lassen uns oft zu trockene oder verbrauchte Luft zum Atmen

Obwohl elektrisch angetriebene Klimaanlagen einen relativ hohen Standard erreicht haben, ist ihr Energieverbrauch immer noch relativ hoch, da die meisten kältebasierten Systeme Strom verwenden, um einen Kompressor anzutreiben, sodass jede zukunftsorientierte Kühlung oder kältebasierte Anlage eine nachhaltige Energieversorgung von a erfordert erneuerbare Energiequelle.

Aber die Verwendung von Solarenergie zur Erzeugung gekühlter Luft mag zunächst etwas verwirrend erscheinen, da die Sonne eher als eine sehr große Wärmequelle angesehen wird als als eine, die wir zu Kühlzwecken nutzen können.

Durch die Kombination von Solarthermie und moderner Adsorptionstechnologie kann Wärme jedoch zur Kühlung unserer Gebäude genutzt werden, da die Sonne thermische Prozesse fördert, um Kälte für die Klimatisierung oder den direkten Antrieb einer thermischen Wärmepumpe zu erzeugen.

Natürlich kann die enorme Sonneneinstrahlung der Sonne auch durch Photovoltaikzellen in Solarstrom umgewandelt werden, um den notwendigen Strom bereitzustellen, der zum Antrieb eines herkömmlichen kompressorbasierten Kühlsystems erforderlich ist (aktive Kühlung). Die meisten solarbasierten Kühlsysteme verwenden jedoch Photovoltaikmodule, um den Strom zu erzeugen, der für die Stromversorgung der Elektronik erforderlich ist, die das System steuert.

Das Prinzip der solarbetriebenen Kühlung ähnelt der konventionellen Kühlung, da die Kühlung durch die Verdampfung einer Form von flüssigem Kältemittel erzeugt wird, das die Wärme absorbiert und seine Umgebung kühlt. Der Unterschied besteht darin, dass anstelle von elektrischem Strom als Antriebsenergie Solarthermie verwendet wird. Diese Idee funktioniert gut, da die Sonnenenergie während der Sommersaison reichlich vorhanden ist, wenn aufgrund des momentanen Anstiegs der Sonneneinstrahlung und der Lufttemperatur ein hoher Bedarf an Klimaanlagen besteht.

Der Vorteil dabei ist, dass im Vergleich zu herkömmlichen Kühlsystemen durch den Einsatz von solarbetriebenen Adsorptionskältemaschinen oder durch netzunabhängige Haushalte und Gebäude, die ihren Energiebedarf über einen Dieselgenerator decken, enorme elektrische Energieeinsparungen erzielt werden können. In diesen Situationen würde die Kühlung durch die Nutzung von Solarenergie zu einer Reduzierung des Dieselkraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen führen, was der Umwelt zugutekäme. Auch werden zur Erzeugung der Kälte keine umweltschädlichen Stoffe verwendet, da als Kältemittel reines Wasser verwendet werden kann.

Aber wir müssen zwischen solarer Kühlung und solarer Klimatisierung unterscheiden. Im Allgemeinen ist solare Kühlung die Reduzierung der Temperatur eines Raums, Gebäudes oder Wohnraums durch Entzug von Wärme. Solare Klimatisierung hingegen ist die Klimatisierung eines Raumes oder Raumes hinsichtlich seiner Temperatur- und Feuchtigkeitseigenschaften, damit sich Menschen in dem Raum wohlfühlen. Daher der Begriff “Klimaanlage”.

Bei solaren Kühlsystemen wird solarthermische Wärme als treibende Kraft hinter dem Kühlprozess genutzt. Thermisch angetriebene Kältemaschinen wie Ab- oder Adsorptionskältemaschinen werden seit vielen Jahrzehnten eingesetzt. Im Vergleich zum Entwurf eines solaren Warmwasser- oder Heizungssystems für Privathaushalte kann die Planung und Auslegung eines solaren Kühlsystems etwas komplizierter sein.

Solare Kühlung und Klimatisierung können durch drei Arten von Systemen erreicht werden: offenes Trockenmittel, geschlossene Absorption (WET), geschlossene Adsorption (DRY) und solarmechanische Prozesse wie unten beschrieben.

Umwandlung von Sonnenstrahlung in Kühlung oder Klimatisierung

1. Thermischer Wärmeumwandlungsprozess mit offenem Kreislauf:

• Flüssigkeitsabsorber normalerweise Wasser
• Feststoffabsorber normalerweise Kieselgel

2. Wärmeumwandlungsprozess im geschlossenen Kreislauf:

• Flüssigkeitsabsorptionsverfahren unter Verwendung von Wasser/Lithiumbromid- oder Wasser/Ammoniak-Lösungen
• Feststoffadsorption mit Kieselgelen, Salzen oder Ammoniak-Aktivkohle

3. Thermomechanischer Prozess:

• Dampfkompression
• Rankine Cycle

Basis-Solarkühlsystem

Solarkühlung mit offenem Kreislauf

Solarkühlung mit offenem Kreislaufist ein Trockenmittelsystem (nass oder trocken), das entweder einen Feststoff oder eine Flüssigkeit als Kältemittel in direktem Kontakt mit Luft verwendet. Der Begriff “offener Kreislauf” wird verwendet, da das Kältemittel nach dem Abkühlen aus dem System verworfen wird, da es in direkten Kontakt mit der zu klimatisierenden Luft kommt. Bei diesem Anlagentyp besteht der solarthermische Kühlkreislauf aus einer Verdunstungskühlung mit Luftentfeuchter durch das Trockenmittel, weshalb feste oder flüssige Materialien verwendet werden können.

Trockene oder feste Systeme verwenden Wasser als Kältemittel und Kieselgel als Sorptionsmaterial, aber dieses Material kann nicht auf herkömmliche Weise gepumpt oder umgewälzt werden. Stattdessen werden Drehräder verwendet, um das Adsorptionsmaterial zu bewegen, wie z. B. Kieselgel, was einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht. Systeme auf Nass- oder Flüssigkeitsbasis verwenden Wasser/Lithiumbromid als Trockenmittel, wobei die Kühlung für die Absorptionskältemaschine von einem offenen Nasskühlturm bereitgestellt wird.

Solarkühlung mit geschlossenem Kreislauf</h2

Solarkühlung mit geschlossenem Kreislauferzeugen gekühltes Wasser, das in Kombination mit beliebigen Klimaanlagen wie Klimaanlagen, Fan-Coil-Systemen oder durch Pumpen von kaltem Wasser durch Kühlrohre in Böden, Wänden oder Decken eines Gebäudes verwendet werden kann und wie eine Umkehrheizung wirkt System.

In einem geschlossenen Kreislaufprozess steht das Kühlmedium nicht in direktem Kontakt mit der Umgebung, daher der Name, sondern wird in einem geschlossenen Rohrsystem umgewälzt und wiederverwendet. Gefilterte Luft wird gekühlt und in einem Luftentfeuchter behandelt, der mehrere zusätzliche Kühlstufen durchläuft, bevor sie dem klimatisierten Raum zugeführt wird. Das Sorptionsmittel wird mit Umgebungs- oder Abluft regeneriert, die durch die solare Wärmequelle auf die erforderliche Temperatur erwärmt wird.

Absorptionskältemaschinen sind das Herzstück eines solarthermischen Kühlsystems mit geschlossenem Kreislauf, da sie der zirkulierenden Flüssigkeit die Wärme entweder durch Dampfkompression oder durch einen Absorptionskältekreislauf entziehen. Sonnenkollektoren liefern den notwendigen Wärmeenergieeintrag, aber es sind die Kühler, die in der Lage sind, die erforderliche Menge an Kühlung zu erzeugen, indem sie das heiße Wasser nutzen, das von den Sonnenkollektoren kommt.

Zur Versorgung der Absorptionskältemaschine mit solarthermisch erwärmtem Warmwasser können handelsübliche Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren eingesetzt werden. Die Größe und Auswahl des Sonnenkollektors wird durch die Betriebstemperatur der Absorptionskältemaschine und durch die verfügbare Sonnenenergie in Form von Sonneneinstrahlung bestimmt.

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Neben der Verwendung thermisch angetriebener Kältemaschinen ist eine weitere Möglichkeit, Gebäude in heißen, sonnigen Klimazonen zu kühlen, die Verwendung von passiven Solarkühlungsdesigns. Passive Solaranlagen nutzen die natürlichen kühlenden Luftströme durch geöffnete Türen oder Fenster, speichern die nächtliche Kühle oder erzeugen automatisch einen kühlenden Luftstrom durch Konvektion.

Viele Gebäude auf der ganzen Welt leiden unter heißen Tagen und kühle Nächte haben sich die Wärmeaufnahmefähigkeit dicker Mauern, Trombe Walls genannt, oder anderer Betonkonstruktionen zunutze gemacht, um diese extremen täglichen Temperaturschwankungen auszugleichen.

Wenn eine zusätzliche Raumkühlung erforderlich ist, können solare Kühlsysteme verwendet werden, um die Schwankungen der Sonneneinstrahlung durch verschiedene Mittel auszugleichen, z. B. einen Wasserteich auf einem Flachdach, der durch Verdunstung kühlt (passive Kühlung), oder die Nutzung von Sonnenenergie ein Kühlgerät mit Strom versorgen (aktive Kühlung).

Es gibt eine Reihe verschiedener Möglichkeiten, wie wir unsere Häuser und Gebäude so gestalten können, dass sie sowohl in den Wintermonaten warm als auch in den Sommermonaten kühl bleiben, indem wir für ein angenehmes Klima sorgen Innentemperatur das ganze Jahr über und verhindern eine Überhitzung, selbst in den heißen Sommermonaten, wobei Solarkühlsysteme entweder als passive oder aktive Designs klassifiziert werden.

Tutorial-Zusammenfassung

Wir haben hier gesehen, dass thermisch angetriebene Kühler gekühltes Wasser zur Verwendung in Klimaanlagen und Luftentfeuchtern oder zur Verteilung in einem Gebäude über einen geschlossenen Kreislauf aus Rohren und einem typischen Wärmetauscher bereitstellen können für den Betrieb von Gebläsekonvektoren und Lüftungsgeräten ausgelegt. Sonnenkollektoren werden verwendet, um die Wärme zum Antrieb von Absorptionskältemaschinen zu liefern, da sie einen thermischen Kompressor anstelle eines mechanischen verwenden.

Systeme mit offenem Kreislauf erzeugen eine Klimaanlage, indem sie entfeuchtete und gekühlte Luft liefern. In einem offenen System ist das verwendete Kältemittel fast immer Wasser, da es in direktem Kontakt mit der Atmosphäre steht. Übliche Systeme mit offenem Kreislauf sind Adsorptionskühlsysteme, die ein rotierendes Entfeuchtungsrad mit festem Sorptionsmittel verwenden.

Obwohl elektrisch betriebene Klimaanlagen hinsichtlich ihres Energieverbrauchs einen relativ hohen Standard erreicht haben, benötigen herkömmliche Kompressoreinheiten auf Kältebasis immer noch eine große Menge an elektrischer Energie, was in Hitzeperioden und -perioden zu erheblichen Spitzenlasten im elektrischen Verteilungsnetz führen kann Daher werden solare Kühlsysteme jetzt zu einer ernsthaften Wahl, um uns dabei zu helfen, unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.

Aber die heutigen Sorptionskältemaschinen und -technologien sind immer noch teurer im Vergleich zu herkömmlichen Klimaanlagen für Privathaushalte, und daher sind mehr Investitionen und Anstrengungen erforderlich, um die vorhandene Technologie weiterzuentwickeln, um die Stückkosten zu senken und die jährlichen Einsparungen zu verbessern.</p

Die Auslegung einer Voll- oder Teilklimatisierung von Gebäuden hängt von den Anforderungen vier separater Funktionen ab: Heizen, Kühlen, Befeuchten und Entfeuchten, wobei die Auslegung eines solaren Kühlsystems schwieriger ist als die einer solarthermischen Warmwasserbereitung .

Aber das größte Hindernis von allen ist, dass der Einsatz von Sorptionskältemaschinen mit offenem Kreislauf das Vorhandensein von Nasskühltürmen erfordert, für die spezielle Rechtsvorschriften gelten, um die Legionärskrankheit zu vermeiden. Die jährliche Wartung und Kontrolle solcher solarer Kühlanlagen ist auf Dauer teurer.

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