Авторы

Аналитическое исследование производительности коллектора комбинированного типа для солнечного нагрева и ночного радиационного охлаждения

DOI: 10.17586/1606-4313-2022-21-1-26-36
УДК 536.33

Аналитическое исследование производительности коллектора комбинированного типа для солнечного нагрева и ночного радиационного охлаждения

Камара С. ., Сулин А.Б., Лысёв В.И.

Ссылка для цитирования: Камара С., Сулин А.Б., Лысёв В.И. Аналитическое исследование производительности коллектора комбинированного типа для солнечного нагрева и ночного радиационного охлаждения// Вестник Международной академии холода. 2022. № 1. С. 26-36. DOI: 10.17586/1606-4313-2022-21-1-26-36

Аннотация
Системы охлаждения на солнечной энергии являются энергосберегающими технологиями и направлены на борьбу с изменением климата. Эти системы являются наиболее перспективными для теплового комфорта и хранения сельскохозяйственной и фармацевтической продукции в регионах с жарким климатом. Разработанная математическая модель описывает процессы радиационного и конвективного теплопереноса в коллекторе комбинированного типа с селективным покрытием, обеспечивающим как поглощение теплоты солнечной радиации днем, так и излучение теплоты в космическое пространство ночью. Исследование режимов работы коллектора комбинированного типа выполнено для погодных условий города Бамако столицы республики Мали с полупустынным климатом и большим потенциалом солнечной радиации в течение года. По результатам моделирования установлены закономерности изменения температуры в баках-аккумуляторах для нагретой и охлажденной воды объемом 100 л в дневном и ночном режимах работы при различных расходах потоков теплоносителя. Например, показано, что в дневном режиме работы тепловая эффективность коллектора площадью 1,8 м2 составляет 73 % при расходе воды 0,02 кг/с, при этом температура воды в баке достигает 82 °C через 6 ч после восхода солнца. В ночном режиме работы при расходе воды 0,004 кг/с снижение температуры в баке за ночь составляет 6 °C при расчетной плотности теплового потока от коллектора 34 Вт/м2.Результаты расчетов по разработанной математической модели являются исходными данными для анализа возможности применения коллектора комбинированного типа в составе гелиоиспользующей абсорбционной холодильной машины.

Ключевые слова: солнечная система охлаждения, солнечный коллектор, радиационное охлаждение, тепловая эффективность коллектора

Список литературы

1. Solar Cooling ‘40th Informatory Note on Refrigeration Technologies’. International Institute of Refrigeration, Paris,France.December, 2020. 75017.

2. Jabbour N. Intégration des systèmes à absorption solaire de petites puissances aux bâtiments-approche multifonction solaire : chauffage, ECS et rafraîchissement, Lyon, 2011.

3. Kim D.S., Infante Ferreira C.A., Solar refrigeration options – a state-of-the-art review. International Journal of Refrigeration. 2008, Vol. 31, Issue 1, P. 3-15.

4. Ali Shirazi et al., Solar-powered absorption chillers: A comprehensive and critical review. EnergyConversionandManagement.2018. Vol. 171. P. 59-81.

5. Камара С., Сулин А.Б., Немчина И.О. Современные тенденции развития гелиоиспользующих систем охлаждения // Казахстан-Холод 2020: Сборник докладов международной научно-технической конференции (Алматы, 4-5марта 2020г.), 2020. С. 99-106. [Kamera S., Sulin A.B., Nemchina I.O. Modern trends in the development of solar-using cooling systems // Kazakhstan-Kholod 2020: Collection of reports of the International Scientific and Technical Conference (Almaty, March 4-5, 2020), 2020. pp. 99-106. (in Russian)]

6. Zhao, Bin, et al., Performance evaluation of daytime radiative cooling under different clear sky conditions. AppliedThermalEngineering.2019. Vol. 155. P. 660-666.

7. Цой А.П., Грановский А.С., Цой Д.А., Бараненко А.В.Моделирование работы установки с радиационным охлаждением для кондиционирования воздуха // Вестник Международной академии холода. 2019. № 3. С. 3-14. [Tsoy A.P., Granovskiy A.S., Tsoy D.A., Baranenko A.V. Simulation of radiation cooling system for air conditioning. Vestnik Mezhdunarodnoi akademii kholoda. 2019. No 3. p. 3-14.(in Russian)]

8. Zhao, Bin et coll., Refroidissement radiatif : un examen des principes fondamentaux, des matériaux, des applications et des perspectives. Applied Energy. 2019. Vol. 236. P. 489-513.

9. Lu, Xing, et al., Cooling potential and applications prospects of passive radiative cooling in buildings: The current state-of-the-art. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016. Vol. 65. P. 1079-1097.

10. Bathgate, Stephen Norman, and Stephen Giuseppe Bosi, A robust convection cover material for selective radiative cooling applications. Solarenergymaterialsandsolarcells. 2011. Vol. 95. Issue10. P. 2778-2785.

11. Камара С., Сулин А.Б. Аналитический обзор пассивных радиационных систем охлаждения // Вестник Международной академии холода. 2020. № 2(75). С. 37-44. [Camara S., Sulin A.B. Analytical review of passive radiative cooling systems. Vestnik Mezhdunarodnoi akademii kholoda. 2020. No 2. p.37-44.(in Russian)]

12. Ahmad, Mardiana Idayu, Hasila Jarimi, and Saffa Riffat, Introduction: overview of buildings and passive cooling technique. Nocturnal Cooling Technology for Building Applications. 2019. P. 1-6.

13. Zevenhoven, Ron et Martin Fält. Refroidissement radiatif à travers la fenêtre atmosphérique: une troisième approche de géo-ingénierie moins intrusive. Énergie. 2018. Vol. 152. P. 27-33.

14. Zeyghami, Mehdi, D. Yogi Goswami, and Elias Stefanakos. A review of clear sky radiative cooling developments and applications in renewable power systems and passive building cooling. Solar Energy Materials and Solar Cells. 178 (2018): 115-128.

15. Granqvist, C.G., and A. Hjortsberg. Radiative cooling to low temperatures: General considerations and application to selectively emitting SiO films. Journal of Applied Physics.1981. Vol. 52. Issue 6. P. 4205-4220.

16. Hu, Mingke et coll. Etude numérique et validation expérimentale d'un collecteur combiné de chauffage solaire diurne et de refroidissement radiatif nocturne. Génie thermique appliqué.145 (2018): 1-13.

17. Hu, Mingke, et al. Feasibility research on a double-covered hybrid photo-thermal and radiative sky cooling module. Solar Energy. 197 (2020): 332-343.

18. Zhao, Bin, et al. Conceptual development of a building-integrated photovoltaic–radiative cooling system and preliminary performance analysis in Eastern China. Applied energy. 205(2017): 626-634.

19. Hu, Mingke, et al. Field test and preliminary analysis of a combined diurnal solar heating and nocturnal radiative cooling system. Applied energy. 179 (2016): 899-908.

20. Hu, Mingke, et al. Parametric analysis and annual performance evaluation of an air-based integrated solar heating and radiative cooling collector. Energy. 165 (2018): 811-824.

21. Guo, Chao, et al. Numerical simulation and experimental validation of tri-functional photovoltaic/thermal solar collector. Energy. 87 (2015): 470-480.

22. Javad Asadi et al., Thermo-economic analysis and multi-objective optimization of absorption cooling system driven by various solar collectors. Energy Conversion and Management. 2018. Vol. 173. P. 715-727. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.08.013.

23. Abdul Ghafoor, Anjum Munir. Worldwide overview of solar thermal cooling technologies, Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. Vol. 43. P. 763-774. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.11.073.

24. Arun Kumar Nanda, C. K. Panigrahi.A state-of-the-art review of solar passive building system for heating or cooling purpose. Frontiers in Energy.2016. Vol.10, p. 347-354. DOI:10.1007/s11708-016-0403-0.

25. Commissariat de l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA), Memento sur l'énergie, Gif-sur-Yvette cedex, Gif-sur-Yvette cedex: Imprimé sur papier ECF, 2018.

26. Erell, Evyatar, and Y. Etzion. "Analysis and experimental verification of an improved cooling radiator. Renewable Energy. 1999.16.1-4: 700-703.

27. Heidarinejad, Ghassem, Moien Farmahini Farahani, and Shahram Delfani. Investigation of a hybrid system of nocturnal radiative cooling and direct evaporative cooling. Building and Environment. 2010. 45.6: 1521-1528.

28. Zeyghami, Mehdi, D. Yogi Goswami, and Elias Stefanakos. A review of clear sky radiative cooling developments and applications in renewable power systems and passive building cooling. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2018. 178: 115-128.

29. Zhao, Bin, et al. Performance analysis of a hybrid system combining photovoltaic and nighttime radiative cooling. Applied energy. 2019. 252: 113432.

30. Eicker, Ursula, and Antoine Dalibard. Photovoltaic–thermal collectors for night radiative cooling of buildings. Solar Energy. 2011. 85.7: 1322-1335.

31. Bergman, Theodore L., et al. Fundamentals of heat and mass transfer. John Wiley & Sons, 2011.

32. Bagiorgas, H.S., and G.J.R.E. Mihalakakou. Experimental and theoretical investigation of a nocturnal radiator for space cooling. Renewable Energy. 2008. 33.6: 1220-1227.

33. Ong, K.S. Thermal performance of solar air heaters: mathematical model and solution procedure. Solar energy. 1995. 55.2: 93-109.

34. Hu, Mingke, et al. Effect of the spectrally selective features of the cover and emitter combination on radiative cooling performance. Energy and Built Environment.2020.

35. Brahimi A. Etude de performances d’un capteur solaire plan à eau. 2016.

36. Maldonado, R.D., et al. Design and construction of a solar flat collector for social housing in México. Energy Procedia. 2014. 57: 2159-2166.

37. Allan, James, et al. Performance testing of thermal and photovoltaic thermal solar collectors. Energy Science & Engineering. 2015. 3.4: 310-326.

38. Ji, Jie, et al. Experimental investigation of tri-functional photovoltaic/thermal solar collector. Energy conversion and management. 2014. 88: 650-656.

Читать статью полностью