Konieczność oszczędzania energii z powodu stale wzrastających cen oraz malejących zasobów paliw kopalnianych wymusza szukanie rozwiązań pozwalających na uzyskanie energii z innych źródeł. Można to osiągnąć poprzez wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych.
W artykule przedstawiono współczesne rozwiązania systemów klimatyzacyjnych SDEC, w których do uzdatniania powietrza wykorzystywana jest energia słoneczna. Systemy te należą do grupy tzw. układów otwartych, w których efekt chłodzenia uzyskiwany jest w wyniku zmiany wilgotności powietrza przez jego kontakt ze stałym sorbentem oraz w wyniku chłodzenia wyparnego. 

Wstęp – solarne systemy klimatyzacyjne
    Obecne zainteresowanie wykorzystaniem ogólnie dostępnej energii słonecznej w klimatyzacji jest podyktowane koniecznością poszukiwania rozwiązań energooszczędnych i bardziej przyjaznych środowisku naturalnemu. Dzięki wykorzystaniu energii słonecznej możliwe jest bowiem zmniejszenie zużycia energii ze źródeł kopalnianych, a tym samym ograniczenie emisji gazów cieplarnianych do atmosfery.
    Aby wykorzystać energię promieniowania słonecznego do celów chłodniczych konieczna jest jej konwersja. Można to uczynić w różny sposób, co przedstawiono na schemacie (rys. 1). Konwersja energii promieniowania słonecznego zachodzi na drodze elektrycznej lub termicznej. W pierwszym przypadku w ogniwach fotowoltaicznych następuje zamiana energii promieniowania słonecznego bezpośrednio na energię elektryczną, która następnie może być wykorzystana do napędu sprężarkowych urządzeń chłodniczych. W procesach termicznych natomiast ciepło wytwarzane za pomocą kolektorów słonecznych wykorzystywane jest do napędu urządzeń termochemicznych lub termomechanicznych.

   Można wyróżnić różnego rodzaju urządzenia pracujące w dwóch podstawowych układach:
● otwartym, w którym efekt chłodzenia uzyskiwany jest w wyniku zmiany wilgotności powietrza (urządzenia z płynnym lub stałym sorbentem),
● zamkniętym, w którym efekt chłodzenia uzyskiwany jest w wyniku przemian termochemicznych w układach absorpcyjnych lub adsorpcyjnych.

    Solarne systemy klimatyzacyjne SDEC (solar desiccant and evaporative cooling) stanowią przykład rozwiązań systemów otwartych DEC (desiccant and evaporative cooling). W systemach tych energia promieniowania słonecznego wykorzystywana jest do regeneracji wypełnienia rotora sorpcyjnego strumieniem ogrzanego powietrza, co umożliwia zmniejszenie zawartości wilgoci w powietrzu klimatyzacyjnym. Obniżenie temperatury powietrza klimatyzacyjnego uzyskuje się natomiast dzięki chłodzeniu wyparnemu w nawilżaczach adiabatycznych. Dzięki tym procesom możliwe jest utrzymanie parametrów powietrza w pomieszczeniu klimatyzowanym w zakresie komfortu cieplnego, również w okresie letnim.

    Systemy SDEC stanowią obecnie pewną alternatywę zarówno w stosunku do konwencjonalnych instalacji klimatyzacyjnych wyposażonych w agregaty chłodnicze sprężarkowe, jak i w stosunku do systemów z agregatami absorpcyjnymi i adsorpcyjnymi.
    W zależności od potrzeb i zewnętrznych warunków klimatycznych systemy SDEC stosowane są w różnych wariantach rozwiązań.

Solarne systemy SDEC przeznaczone do pracy... ...w klimacie umiarkowanym
    W strefie klimatu umiarkowanego, w szczególności zaś na obszarze Europy Środkowej, a więc także w warunkach krajowych, możliwe jest zastosowanie systemów SDEC w podstawowym wariancie. Każde inne rozwiązanie bazuje praktycznie na tej konfiguracji. Podstawowe urządzenie klimatyzacyjne składa się z następujących elementów:
● od strony powietrza nawiewanego: rotor sorpcyjny, wymiennik obrotowy do odzysku ciepła, nawilżacz adiabatyczny, wentylator nawiewny,
● od strony powietrza wywiewanego/regeneracyjnego: nawilżacz adiabatyczny, wymiennik obrotowy do odzysku ciepła, kolektory słoneczne, nagrzewnica regeneracyjna, rotor sorpcyjny, wentylator wywiewny.

    Zasadniczo systemy SDEC mogą współpracować ze słonecznymi kolektorami powietrznymi lub cieczowymi. W przypadku zastosowania kolektorów powietrznych, powietrze regeneracyjne jest w nich ogrzewane do niezbędnej temperatury w sposób bezpośredni. Może ono być pobierane z pomieszczenia lub czerpane z zewnętrz budynku, a następnie poddawane odpowiedniej obróbce termodynamicznej. Nieco lepsze efekty daje na ogół wykorzystanie powietrza usuwanego z pomieszczenia, gdyż z uwagi na odzysk ciepła z powietrza nawiewanego zmniejsza się zużycie energii cieplnej potrzebnej do regeneracji wypełnienia w rotorze sorpcyjnym. Schemat tego rozwiązania przedstawiono na rys. 2. Natomiast drugie rozwiązanie stosowane jest zwykle w przypadku zanieczyszczenia powietrza usuwanego z pomieszczenia substancjami, które są szkodliwe dla ludzi, bądź uniemożliwiają wykorzystanie rotorów sorpcyjnych. Przykładowe rozwiązanie systemu z kolektorami powietrznymi pracującymi na powietrzu zewnętrznym przedstawiono na rys. 4 W urządzeniach tych realizowane są następujące przemiany stanu powietrza (wykresy h-x – rys. 3 i 5): (...)

...w klimacie śródziemnomorskim
(...)

...w klimacie gorącym i wilgotnym
(...)

Podsumowanie
    Solarne systemy klimatyzacyjne SDEC mogą stanowić interesującą alternatywę w stosunku do konwencjonalnych urządzeń klimatyzacyjnych. Do ich budowy wykorzystuje się typowe elementy stosowane w technice wentylacyjnej i klimatyzacyjnej. Odnalezienie na rynku odpowiednich komponentów układu nie powinno zatem przysporzyć większych problemów.
    Jednakże pomimo braku konieczności stosowania w rozwiązaniach przeznaczonych do pracy w naszej strefie klimatycznej stosunkowo drogich agregatów chłodniczych, to już na etapie zakupu systemu trzeba liczyć sięz dodatkowymi kosztami związanymi z zakupem rotora sorpcyjnego, nawilżaczy adiabatycznych i kolektorów słonecznych. Oszczędności eksploatacyjne związane ze zmniejszonymi kosztami wytwarzania chłodu powinny jednak, przynajmniej w części, zrekompensować większe nakłady inwestycyjne.
    Systemy te powinny umożliwić zapewnienie właściwych parametrów powietrza w pomieszczeniach. Dla naszej strefy klimatycznej zarówno temperatura jak i wilgotność względna powietrza utrzymywane są zwykle w zakresie komfortu (t_p=21÷26^oC, φ_p=40÷60%). Nie ma jednak możliwości uzyskania niskiej temperatury powietrza nawiewanego (dla obliczeniowej temperatury zewnętrznej +30^oC minimalna do uzyskania temperatura powietrza nawiewanego wynosi ok. +18^oC). Powoduje to pewne ograniczenia w zastosowaniu tych urządzeń, szczególnie w stosunku do obiektów, w których występują duże zyski ciepła lub też, w których należy utrzymać odpowiednio niską temperaturę lub wilgotność względną powietrza w lecie. Poza tym układy te mogą być stosowane właściwie tylko wtedy, gdy ochładzanie powietrza odbywa się w sposób centralny (w jednostce centrali klimatyzacyjnej).
    Wyżej przedstawione przykłady konfiguracji systemów klimatyzacyjnych SDEC, oprócz układów podstawowych, stosowane są głównie w klimacie tropikalnym i śródziemnomorskim. Wielorakie warianty rozwiązań tych systemów pozwalają zobrazować dużą elastyczność w zastosowaniu tego typu układów, polegającą na stosunkowo łatwej możliwości dostosowania odpowiedniej konfiguracji do potrzeb wynikających z lokalnego klimatu zewnętrznego. Pozwala to myśleć o dostosowaniu tego typu układów również do warunków klimatu polskiego. Prace badawcze nad eksploatowanym w warunkach naturalnych eksperymentalnym solarnym systemem klimatyzacyjnym SDEC wyposażonym w baterię słonecznych kolektorów powietrznych trwają obecnie w Katedrze Klimatyzacji i Ciepłownictwa Politechniki Wrocławskiej.

LITERATURA
[1] KWIECIEŃ D.: Osuszanie sorpcyjne w słonecznym systemie klimatyzacji. Instal 20/2002.
[2] KWIECIEŃ D.: Wykorzystanie kolektorów słonecznych w systemie klimatyzacji. Chłodnictwo & Klimatyzacja 12/2003.
[3] KWIECIEŃ D.: Ocena opłacalności wykorzystania energii słonecznej w klimatyzacji. Chłodnictwo & Klimatyzacja 3/2006.
[4] HINDENBURG C. i inni, Systemlösungen und Regelungskonzepte von Solarunterstützten Klimatisierungssystemen. HLH 6/2002.
[5] ERPENBECK Th.: Sorption1sgestützte solare Klimatisierung. Rozpraw doktorska. Universität Karlsruhe 1999.
[6] HENNING H.M.: Solar assisted air conditioning of buildings – an overview. Applied Thermal Engineering 27 (2007) 1734–1749.
[7] HENNING H.M. i inni: Micro tri-generation system for indoor air conditioning in the mediterranean climate. HPC 2004 – 3rd International Conference on Heat Powered Cycles, Cyprus, October 2004.
[8] KOWALSKI P., Badania solarnego systemu klimatyzacyjnego. Praca magisterska. Politechnika Wrocławska 2007.
[9] HENNING H.M.: Solar - Assisted Air - Conditioning in buildings. A Handbook for Planners. Springer - Verlag, Wien 2004.
[10] BESLER M., KOWALSKI P., KWIECIEŃ D., SCHWITALLA A.: Solarne systemy klimatyzacyjne. Instal 12/2007.
[11] BESLER M., KOWALSKI P., KWIECIEŃ D., SCHWITALLA A.: Solarne systemy klimatyzacyjne SDEC. Instal 1/2008.

    Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2005–2008 jako projekt badawczy nr 4 T07E 009 29.