Другие применения солнечного тепла

На протяжении столетий человек использовал тепловое действие солнечных лучей в различных областях своей деятельности, многие из которых имеют важное экономическое и социальное значение в развитии P общества. Например, для получения соли путем выпаривания ее из морской воды или сушки таких пищевых продуктов, как фрукты и рыба. Обычно подобные заготовки носят сезонный характер. Удаление воды из пищевых продуктов предотвращает размножение в них бактерий и позволяет сохранить их в течение года.

Сушка на солнце происходит медленно, и это ограничивает производительность таких процессов, как получение соли, заготовка дров, каучука и т. п. Ускорение сушки позволяет повысить эффективность перечисленных процессов, и тогда все это направление в целом может приобрести важное значение в экономике некоторых стран. Проводятся поиски возможных путей повышения эффективности сушки за счет более рационального размещения обезвоживаемых предметов на солнце и лучшего использования солнечной энергии. Примером подобного исследования может служить работа, проведенная в Национальной физической лаборатории Индии. Было показано, что с помощью простейших солнечных концентраторов можно существенно ускорить процесс сушки пальмовых листьев и сахарного тростника, которые используются сельскими жителями в качестве топлива и для получения сахара.

Эффективность плоских концентраторов мы можем оценить на примере простого устройства для сушки продуктов, показанного на рис. 36. В нем использованы отражатели из полированного металла, что при удачном исполнении позволяет получить коэффициент концентрации K около 2. Чтобы поддерживать близкое к этому значение коэффициента концентрации на протяжении целого дня, необходимо через каждые полчаса изменять ориентацию устройства в соответствии с положением солнца.

Если связать скорость массообмена для влажного воздуха со скоростью конвективного теплообмена, то уравнение теплового баланса для единицы поверхности такой системы запишется в виде

где

Для упрощения анализа предположим, что окружающий воздух и воздух, непосредственно соприкасающийся с осушаемым предметом, насыщены парами воды при соответствующих температурах. Величина P_а представляет собой мощность несконцентрированного излучения, содержащего рассеянную составляющую солнечной радиации и длинноволновую атмосферную радиацию; при температуре окружающего воздуха Га, равной 300 K, P_а составляет около 300 ^Вт/_м². Тогда при интенсивности прямой компоненты солнечного излучения P = 800 ^Вт/_м² скорость испарения воды, определяемая выражением m(w-w₁), составит 0,5 ^кг/_м² в час в отсутствии концентратора и 1,4 ^кг/_(м²*ч) при наличии концентратора и K = 2. В среднем за день такой концентратор ускоряет процесс сушки приблизительно в 2,5 раза.

Рис. 36. Солнечная сушилка с плоскими концентраторами

Полученные результаты справедливы, если установка работает в безветренных условиях. При наличии ветра процесс сушки ускоряется, поскольку возрастает скорость передачи тепла воздуху, проходящему над осушителем. Но зависимость между скоростями этих двух процессов не является пропорциональной, поскольку при ветре осушитель работает в условиях пониженной температуры, да и удельная влажность при насыщении уменьшается. О влиянии температуры на скорость испарения мы уже говорили в предыдущем разделе, анализируя работу опреснительной установки. Очевидно, при наличии покрытия, как и в случае опреснительной установки, эффективность процесса сушки возрастает. Несомненно, что появление более дешевых и прочных пленок с подходящими для покрытия свойствами позволит в большинстве случаев значительно увеличить скорость сушки.

Перспективы развития этой области применения солнечной энергии связаны с многочисленными исследованиями, проводимыми в различных частях земного шара. Более того, в отдаленных и слаборазвитых районах возможно появление новых видов производства, связанных с использованием солнечной энергии для нагревания и сушки при изготовлении картона, бумаги, кровельных материалов и т. п. Однако широкое внедрение таких процессов требует источников механической и электрической энергии. В следующих главах мы рассмотрим возможности использования солнечной радиации для получения этих более удобных видов энергии.