Промышленные высокотемпературные процессы

Различные промышленные процессы требуют подачи тепла разных температур. Многие из этих процессов могут обеспечиваться при помощи солнечных коллекторов, начиная от плоских коллекторов, которые ограничены 100 градусами Цельсия, до концентраторов, при использовании которых можно получить температуру несколько сот градусов.

СОЛНЕЧНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

В мире возрастает спрос на энергию для кондиционирования и охлаждения. Это происходит не только из-за увеличивающейся потребности в комфорте в развитых странах, но и в связи с необходимостью хранения продовольствия и медицинских товаров в регионах с теплым климатом, особенно в странах третьего мира.

Существуют три основных метода активного охлаждения. Прежде всего, использование электрических компрессоров, представляющих собой сегодня стандартное охлаждающее устройство в Европе. Во-вторых, использование абсорбционных кондиционеров, приводимых в действие с помощью тепловой энергии. Оба вида используются для кондиционирования воздуха, т.е. охлаждения воды до 5 ^оC, и замораживания ниже 0 ^оC. Есть и третья возможность для кондиционирования воздуха - охлаждение с использованием испарения. Все системы могут работать на солнечной энергии, их дополнительное преимущество - использование абсолютно безопасных рабочих жидкостей: простой воды, солевого раствора или аммиака. Возможные применения этой технологии - не только кондиционирование воздуха, но и охлаждение для хранения продовольствия и т.д.

Широкое использование компрессоров приводит к увеличению пикового спроса на электроэнергию летом, который в некоторых южных странах достигает величины предельной нагрузки в системе электроснабжения. Поскольку большая часть электроэнергии производится за счет сжигания ископаемого топлива, увеличиваются выбросы СО2, а это недопустимо. Более прогрессивный подход состоит в том, чтобы использовать солнечную энергию от тепловых коллекторов для приведения в действие систем кондиционирования. Эта идея привлекательна потому, что требуемая мощность охлаждения коррелирует с количеством солнечной радиации.

В принципе, компрессоры могут приводиться в действие солнечной энергией (при помощи электричества от фотоэлектрических батарей). Более перспективны абсорбционные охладители, использующие тепло солнечных коллекторов, поскольку их использование приводит к применению экологически безвредных охладителей и увеличению рынка солнечных коллекторов. Сегодня на рынке более представлены абсорбционные охладители, чем испарительные системы охлаждения. Более того, абсорбционные охладители могут применяться для модифицирования стандартных систем кондиционирования воздуха, в которых используется охлажденная вода.

В Кувейте, где кондиционирование воздуха является необходимым как в жилых, так и в промышленных и общественных зданиях, использование солнечной энергии для кондиционирования воздуха вызвало самый пристальный интерес в 70-е и 80-е годы. Основное внимание разработчиков привлекло переоборудование традиционных паровых охладителей под использование с водой, нагретой Солнцем до температуры около 100 ^оC. Рассматривались также фотоэлектрические системы, которые производят электричество, необходимое для работы традиционного компрессионного кондиционера.

СУШКА

Солнечный коллектор, который нагревает воздух, может служить дешевым источником тепла для сушки сельскохозяйственных культур - зерна, фруктов или овощей. Так как солнечные коллекторы с высокой эффективностью нагревают температуру воздуха в помещении на 5-10 оС (а сложные устройства - еще больше), они могут использоваться для кондиционирования воздуха на складах.

Использование простых и дешевых солнечных коллекторов для подогрева воздуха при сушке урожая является перспективным для снижения огромных потерь урожая в развивающихся странах. Отсутствие адекватных условий хранения приводит к значительным потерям продовольствия. Хотя невозможно точно подсчитать масштабы потерь урожая в этих странах, некоторые источники оценивают их приблизительно в 50-60%. Чтобы избежать таких потерь, производители обычно продают урожай немедленно после сбора по низким ценам. Сокращение потерь благодаря сушке свежих плодов принесло бы большую пользу и производителям, и потребителям. В некоторых развивающихся странах для сохранения продовольствия широко используется метод сушки под открытым небом. Для этого продукт раскладывают на земле, камнях, на обочинах дорог или на крышах. Преимущество этого метода - в простоте и дешевизне. Однако качество конечного продукта низко из-за долгого времени высыхания, загрязнения, заражения насекомыми и порчи из-за перегрева. Кроме того, достижение достаточно низкого содержания влаги - дело трудное, и зачастую кончается порчей продукта при хранении. Введение солнечных сушилок поможет улучшить качество высушенных изделий и снизить убытки.

Уже разработаны различные типы небольших солнечных устройств для сушки сельскохозяйственной продукции в развивающихся странах. В сушилке с естественной циркуляцией тепла солнечный воздухонагреватель либо встроен в сушилку, либо соединен с сушильным шкафом или камерой. Воздушный солнечный коллектор может представлять собой черный коврик, накрытый пластмассовым щитом. Воздух проходит через коврик, нагревается и затем продувается над фруктами или овощами. Такие сушилки для фруктов, овощей и специй применимы и в сухом, и во влажном климате. Благодаря своей высокой производительности, они в основном применяются на крупных фермах или кооперативных хозяйствах для производства продукции высокого качества. В развитых странах солнечный нагреватель воздуха в основном встраивается в южный скат крыши амбара для сушки сена.

В соответствии с методом прогонки воздуха солнечные сушилки используют либо свободную (естественную), либо принудительную циркуляцию. Сушилки с естественной циркуляцией не требуют применения вентилятора. Однако присущая им низкая скорость прогонки воздуха и долгое время сушки приводят к низкой производительности и ухудшению качества продукции. Поэтому их применение ограничивается сушкой небольших партий продукции для семейного потребления. Когда нужно обработать большое количество свежей продукции для коммерческого рынка, необходимо использовать сушильные аппараты с принудительной циркуляцией. Их основной недостаток заключается в том, что для работы вентилятора требуется электричество. Поскольку многие сельские районы в развивающихся странах не подключены к электросети, использование таких сушилок ограничено. С учетом присущих этим странам экономических трудностей, ситуация вряд ли изменится в обозримом будущем. Применение фотоэлектрических батарей для производства электричества, нужного для работы вентилятора, могло бы дать мощный толчок к распространению солнечных сушилок в развивающихся странах.

Солнечные воздухонагреватели, используемые в развитых странах, обычно состоят из черной фольги-поглотителя и прозрачной пластиковой пленки, между которыми при помощи вентилятора прокачивается воздух. Чтобы увеличить площадь коллектора, южный скат крыши здания продлевают так, чтобы он касался земли, - тогда вся крыша становится солнечным коллектором. Солнечные сушилки-теплицы используются на больших фермах для сушки лекарственных и ароматических растений. Используя фотоэлектрический вентилятор, можно настроить систему так, чтобы воздух прогонялся через помещение только при солнечном свете. Такие сооружения повсеместно используются на летних дачах Дании и Швеции, чтобы в помещении было сухо на протяжении всего года. Хотя солнечная сушилка имеет много преимуществ перед сушкой под открытым небом, зависимость от погоды - главный недостаток обоих методов. Во многих регионах погода не позволяет воспользоваться солнечным теплом для сушки продукции, поскольку редко выпадает много теплых и сухих дней подряд. В результате продукция может испортиться, не успев высохнуть.

СОЛНЕЧНЫЕ ПЕЧИ

Успешное использование солнечных печей (плит) отмечалось в Европе и Индии уже в 18-м веке. Солнечные плиты и духовые шкафы поглощают солнечную энергию, превращая ее в тепло, которое накапливается внутри замкнутого пространства. Поглощенное тепло используется для варки, жарки и выпечки. Температура в солнечной печи может достигать 200 градусов Цельсия.

Солнечные печи бывают разных форм и размеров. Приведем несколько примеров: духовой шкаф, печь-концентратор, рефлектор, солнечный пароварочный аппарат и т.д. При всем разнообразии моделей, все печи улавливают тепло и удерживают его в теплоизолированной камере. В большинстве моделей солнечный свет непосредственно воздействует на пищу.