КОМБИНИРОВАННАЯ СОЛНЕЧНАЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ УСТАНОВКА «ТЕПЛИЦА-ОПРЕСНИТЕЛЬ-ОВОЩЕХРАНИЛИЩЕ»
В связи с растущим дефицитом органического топлива (нефти, газа) и обострением проблемы охраны окружающей среды в настоящее время за рубежом и у нас в республике вопрос об использовании возобновляемых и нетрадиционных источников энергии стал более актуальным [ 1].
Население ряда районов мира и республик Центральной Азии испытывает острый дефицит пресной воды, и в то же время там имеются значительные запасы соленых вод, непригодных для питья. Дефицит пресной воды ощущается на территории более 40 стран, расположенных главным образом в аридных, а также засушливых областях, составляющих около 60% всей поверхности земной суши, и, по расчётам, к началу 21 века достиг 120-15010 м в год. Этот дефицит может быть покрыт опреснением солёных (солесодержание более 10 г/л) и солоноватых (2-10 г/л) океанических, морских и подземных вод[1,2].
В связи с этим разработка и создание эффективной комбинированной солнечной установки, предназначенной для получения пресной воды, тепло- и холодоснабжения теплиц и овощехранилищ является актуальной задачей.
С целью научного обоснования целесообразности комбинированного использования солнечной энергии и вторичных энергоресурсов в солнечных теплицах, опреснителях и овощехранилищах нами произведен теплотехнический подсчет продуктов сгорания газообразного топлива Шуртанского месторождения и получены количественные данные о влиянии коэффициента избытка воздуха-а на энтальпию продуктов сгорания топлива и на количество уходящих дымовых газов.
Традиционный подход разработки гелиоустановок предусматривает сочетание максимального поглощения солнечной радиации единицей рабочей поверхности с минимальными материальными затратами на изготовление самой установки при условии выполнения конкретных заданных требований к ее характеристикам. Этот принцип проектирования солнечных установок не всегда дает ожидаемый результат, поскольку теплофизические явления, происходящие в них, носят сложный, комплексный характер. Поэтому нахождение оптимума при проектировании гелиоустановок в результате решения компромиссных задач является важной проблемой гелиотехники. Для успешного решения этих задач необходимо детальное знание всего комплекса теплофизических механизмов, ответственных за неустойчивость, бифуркацию, турбулентные пульсации, смену режимов течения и другие переходы и влияние на них теплофизических и геометрических параметров установки.
В работе рассматриваются расчет и моделирование процесса тепло-и массообмена при испарении соленой воды в насадке с развитой поверхностью губчатого материала, смачивающегося соленой водой, поступающей из коллектора-котла теплоприемника с температурой 60-750С параболоцилиндрического гелиоопреснителя в комбинированной гелиоустановке [2].
Известно, что использование в теплицах водогрейных и опреснительных установок может сэкономить значительную часть солнечной энергии, но всё же её недостаточно для полного теплового обеспечения. Поэтому комбинированное использование солнечной энергии и энергетических отходов промышленных предприятий, а также работа теплогенерирующих установок в теплицах, опреснителях и овощехранилищах позволяют повысить возможность полного исключения прямого и косвенного потребления ископаемого топлива.
Разработанная комбинированная солнечная установка «гелиотеплица- опреснитель- овощехранилище» с использованием нетрадиционных источников в период с сентября по март работает в качестве теплицы, в период март-ноябрь-в качестве опреснителя и служит для получения пресной воды, а с ноября по март- в качестве теплицы-овощехранилища. Для этого параболоцилиндрический концентратор установлен внутри гелиотеплицы. Вода из артезианской скважины насосом подается в параболоцилиндрический концентратор, солнечного излучения через реактор. Труба- реактор расположена в фокусе концентратора и соляная вода испаряется за счет влияния подающей солнечной радиации. Затем водяные пары охлаждаются в конденсаторе той же водой, где теплота конденсации пара используется для получения горячей воды. Горячая вода применяется для увлажнения воздуха в системе активная вентиляция-хранилище, а также покрывает технологические нужды в горячей воде. Полученная пресная вода собирается в баке-отстойнике.
Стремление увеличить производительность опреснителей привело к созданию многоступенчатых систем. В них теплота конденсации пара многократно используется для выпаривания рассолов с отдельных цистерн и резервуаров. У нас и за рубежом ведутся исследования по отысканию как конструкционных материалов, снижающих стоимость опреснения, так и способов, повышающих эффективность процесса гелиоопреснения.
Приведенный анализ по экономике солнечного опреснения указывает на отсутствие единого подхода при определении себестоимости дистиллята. Сопоставление экономических показателей солнечного опреснения с показателями других способов водоопреснения, приведенных в работах, подтвердило экономические преимущества солнечного опреснения перед такими наиболее распространенными способами, как мгновенное вскипание, многоступенчатая выпарка и парокомпрессионная дистилляция в тех сходных случаях, когда производительность установок небольшая.
Расчеты показали, что солнечное опреснение экономически выгоднее доставки пресной воды автоводовозами в местах: а) где минерализация исходной воды 10 г/л и источник пресной воды находится на расстоянии более 35 км; б) где минерализация исходной воды доходит 40 г/л и расстояние от пресного источника больше 45 км. Таким образом, из многочисленных рассмотренных регенеративных солнечных опреснителей наиболее рациональным является тот, который состоит из солнечнопарового котла с параболоцилиндрическим концентратором, работающим в блоке с опреснительной установкой с параллельным питанием.
Установлено, что для некоторых районов Центральной Азии опреснение воды с использованием солнечной энергии более рентабельно, чем на базе привозного топлива [1,3].
Таким образом, многофункциональная комбинированная солнечная установка «гелиотеплица- опреснитель- овощехранилище» на основе принципиально новой технологии для получения пресной воды, теплохлодоснабжения теплиц и овощехранилищ позволяет сэкономить 35-45 % топливно- энергетических ресурсов при выращивании и хранении овощей, а также обеспечить население водой и дисстилятом (пресной водой).