Күн энергетикасы туралы жалпы түсініктер
І тарау
Күн энергетикасы туралы жалпы түсініктер
1. Күн сәулесі . тіршілік көзі
ІІ тарау
2.1 Төмен температуралы гелиоэнергетикалық қондырғылар
2.2 Күн энергиясымен тұщы су өндіру мәселелері
2.3 Термальды су жылуын тұщы су өндіруге пайдалану
2.4 «Консервіленген» күн сәулесі
2.5 Гелиотеплица
2.6 Жеміс кептіруші гелиоқондырғылар
Күн энергетикасы туралы жалпы түсініктер
1. Күн сәулесі . тіршілік көзі
ІІ тарау
2.1 Төмен температуралы гелиоэнергетикалық қондырғылар
2.2 Күн энергиясымен тұщы су өндіру мәселелері
2.3 Термальды су жылуын тұщы су өндіруге пайдалану
2.4 «Консервіленген» күн сәулесі
2.5 Гелиотеплица
2.6 Жеміс кептіруші гелиоқондырғылар
Шынында да, энергетика - өндірісті, ауыл шаруашылығын, транспорт пен үй шаруашылығын энергиямен қамтамасыз етуді көздейтін техниканың ірі және күрделі саласы. Энергетика туралы сөз болғанда, мына дәйекті мәселені еске алу керек: біздің дәуірімізде әр жылы 30 миллиард (3.1013) квт. сағ. энергия пайдаланылады. Мұндай орасан көп энергияны өндіру үшін жер жүзіндегі ең ірі Братск ГЭС-і (қуаты 4 миллион 500 мың квт.) 700 жыл үздіксіз жұмыс істеуі керек! Энергия пайдалану жылдан-жылға жедел өсіп келеді, оның соңғы жүз жылдағы (1860-1960жж.) өсуі 30 есе болып отыр. Егерде соғыс болмастан энергетиканың өсуі тоқталмаған жағдайда, қазіргі уақытта энергияны пайдалану 2 есе артқан болар еді.
Халықтардың экономикалық жағдайлары мен өмір сүруінің жақсаруы тікелей энергетикаға байланысты. Осыған орай энергияны пайдалану өте үлкен шамаға жетіп отыр. Ғалымдардың есептеуінше, жер жүзі халықтарының пайдаланылатын энергиясының 80 проценті минерал отындардан (торф, көмір, газ, т.б.), ал 20 проценті гидроэлектростанциялардан өндіріледі. Халықтарды қажетті энергиямен қамтамасыз етіп отыру үшін, энергия өндіруді әр жылы 5-7 процентке арттырып отыру қажет. Энергияның өсуі тек қана минерал отындардан өндірілсе, онда олардың қазіргі қоры тарихи аз уақытта таусылар еді. Энергияның өсуі жаңадан табылған энергия көздерінен өндірілсе, әлгі минерал отындардың қоры көп жылға созылар еді және оларды химиялық зат ретінде пайдаланудың мүмкіндіктері ашылар еді. Сондықтан жаңа энергия көзін ашу дүние жүзі ғалымдарының ежелгі мақсаты болып келеді. Мұндай энергия көздері табылып та жатыр. Соның бірі – атом ядросы ішінен зор қуатпен бөлініп шығатын атом энергиясы. Бірақ ертелі-кеш минерал отындардың қоры таусылатыны сияқты, жер қыртысындағы радиоактивті элементтердің де қоры таусылады. Одан басқа, атом энергиясын пайдаланғанда көп мөлшерде атмосфера тазалығы бұзылады. Соңғы уақытта атмосфераны табиғи күйінде сақтаудың өзі проблемаа айналып отыр. Дегенмен, қоры таусылып бара жатқан энергия көздерінің орнына жылу шығарғыштық қабілеттілігі мол қуаттың жаңа түрлері табылатындығы даусыз.
Халықтардың экономикалық жағдайлары мен өмір сүруінің жақсаруы тікелей энергетикаға байланысты. Осыған орай энергияны пайдалану өте үлкен шамаға жетіп отыр. Ғалымдардың есептеуінше, жер жүзі халықтарының пайдаланылатын энергиясының 80 проценті минерал отындардан (торф, көмір, газ, т.б.), ал 20 проценті гидроэлектростанциялардан өндіріледі. Халықтарды қажетті энергиямен қамтамасыз етіп отыру үшін, энергия өндіруді әр жылы 5-7 процентке арттырып отыру қажет. Энергияның өсуі тек қана минерал отындардан өндірілсе, онда олардың қазіргі қоры тарихи аз уақытта таусылар еді. Энергияның өсуі жаңадан табылған энергия көздерінен өндірілсе, әлгі минерал отындардың қоры көп жылға созылар еді және оларды химиялық зат ретінде пайдаланудың мүмкіндіктері ашылар еді. Сондықтан жаңа энергия көзін ашу дүние жүзі ғалымдарының ежелгі мақсаты болып келеді. Мұндай энергия көздері табылып та жатыр. Соның бірі – атом ядросы ішінен зор қуатпен бөлініп шығатын атом энергиясы. Бірақ ертелі-кеш минерал отындардың қоры таусылатыны сияқты, жер қыртысындағы радиоактивті элементтердің де қоры таусылады. Одан басқа, атом энергиясын пайдаланғанда көп мөлшерде атмосфера тазалығы бұзылады. Соңғы уақытта атмосфераны табиғи күйінде сақтаудың өзі проблемаа айналып отыр. Дегенмен, қоры таусылып бара жатқан энергия көздерінің орнына жылу шығарғыштық қабілеттілігі мол қуаттың жаңа түрлері табылатындығы даусыз.
І тарау
Күн энергетикасы туралы жалпы түсініктер
Қазіргі уақыттағы, жер
бетіндегі барлық энергия -
өзгертілген күн жылуы болып
табылады
Ф. Энгельс
Күн сәулесі - тіршілік көзі
Шынында да, энергетика - өндірісті, ауыл шаруашылығын, транспорт пен
үй шаруашылығын энергиямен қамтамасыз етуді көздейтін техниканың ірі және
күрделі саласы. Энергетика туралы сөз болғанда, мына дәйекті мәселені
еске алу керек: біздің дәуірімізде әр жылы 30 миллиард (3.1013) квт. сағ.
энергия пайдаланылады. Мұндай орасан көп энергияны өндіру үшін жер
жүзіндегі ең ірі Братск ГЭС-і (қуаты 4 миллион 500 мың квт.) 700 жыл
үздіксіз жұмыс істеуі керек! Энергия пайдалану жылдан-жылға жедел өсіп
келеді, оның соңғы жүз жылдағы (1860-1960жж.) өсуі 30 есе болып отыр.
Егерде соғыс болмастан энергетиканың өсуі тоқталмаған жағдайда, қазіргі
уақытта энергияны пайдалану 2 есе артқан болар еді.
Халықтардың экономикалық жағдайлары мен өмір сүруінің жақсаруы
тікелей энергетикаға байланысты. Осыған орай энергияны пайдалану өте
үлкен шамаға жетіп отыр. Ғалымдардың есептеуінше, жер жүзі халықтарының
пайдаланылатын энергиясының 80 проценті минерал отындардан (торф, көмір,
газ, т.б.), ал 20 проценті гидроэлектростанциялардан өндіріледі. Халықтарды
қажетті энергиямен қамтамасыз етіп отыру үшін, энергия өндіруді әр жылы
5-7 процентке арттырып отыру қажет. Энергияның өсуі тек қана минерал
отындардан өндірілсе, онда олардың қазіргі қоры тарихи аз уақытта таусылар
еді. Энергияның өсуі жаңадан табылған энергия көздерінен өндірілсе, әлгі
минерал отындардың қоры көп жылға созылар еді және оларды химиялық зат
ретінде пайдаланудың мүмкіндіктері ашылар еді. Сондықтан жаңа энергия
көзін ашу дүние жүзі ғалымдарының ежелгі мақсаты болып келеді. Мұндай
энергия көздері табылып та жатыр. Соның бірі – атом ядросы ішінен зор
қуатпен бөлініп шығатын атом энергиясы. Бірақ ертелі-кеш минерал отындардың
қоры таусылатыны сияқты, жер қыртысындағы радиоактивті элементтердің
де қоры таусылады. Одан басқа, атом энергиясын пайдаланғанда көп мөлшерде
атмосфера тазалығы бұзылады. Соңғы уақытта атмосфераны табиғи күйінде
сақтаудың өзі проблемаа айналып отыр. Дегенмен, қоры таусылып бара жатқан
энергия көздерінің орнына жылу шығарғыштық қабілеттілігі мол қуаттың жаңа
түрлері табылатындығы даусыз.
Мына таблицада табиғаттағы энергия көздері және олардың қуаты (квс –
сағ.) келтірілген.
3 – таблица
Энергия түрлері Отынның қуаты
А. Қайта қалпына келмейтін
энергия көздері (жалпы қоры):
1. Термоядорлық энергия 100 000 000*1012
2. Ядролық энергия 547 000*1012
3. Химиялық энергия 55 000*1012
4. Жердің ішкі жылу энергиясы 134*1012
Б. Әр жылы қайта қалпына келетін
энергия көздері:
1. Теңіз толқынындағы (тасып, 70 000*1012
қайтуы) 580 000*1012
2. Жер бетіне түсетін күн энергиясы0,012*1012
3. Жоғары атмосферада сақталатын
күн энергиясы 1,700*1012
4. Жел энергиясы 18*1012
5. Өзендердің энергиясы
Бұл таблицадан жер бетіне әр жылы түсетін күн энергиясының мөлшері
қайта жаңармайтын энергия көздерінің қуаттарының қосындысынан да көп
екені көрінеді
(термоядролық энергияны есептемегенде). Негізінен алғанда күн
энергиясының әсерінен жер бетіндегі энергияның түрлері пайда болады.
Партиямыздың программасында ғалымдардың алдында тұрған мақсат жайында:
Еліміздің энергетикалық және отын балансын зерттеу, энергияның табиғи
көздерін игерудің ең тиімді жолын және жылу, ядро, күн, химия энергиясын
тікелей электр-энергиясына айналдырудың әдісін іздеу, термоядролық
реакцияны басқару проблемасын шешу болып табылады делінген. Бірақ,
термоядролық реакцияны, күн энергиясын пайдаланудың маңызы еліміздің
энергетикалық қорын арттыратыны анық.
Шын мәнінде, таусылмайтын энергияны бізден 150 миллион километр
қашықтықта орналасқан Күн бере алады. Жер атмосферасының беткі қабатына,
күн радиациясының миллионнан бір бөлігінің жартысы ғана түседі, оның 40
проценті кері космос кеңістігіне шағылады, ал қалған 60 проценті
атмосферада жұтыла отырып, жер бетіне келіп жетеді. Жер бетіндегі күн
энергиясының қуаты 600 – 800втм2 болса, космоста (жер орбитасында) – 1-
1,5квтм2-қа жетеді. Жер бетіне жылына түсетін күн энергиясының шамасы
58*1016 квт-сағ. – қа тең.
Жер мен күн арасындағы жылу балансын салыстыру үшін ең үлкен өлшем
бірліктер алынады, оны былай белгілейік.
Q- 1021 дж – 300.000 млрдквт.сағат энергия.
Әр жылы жер бетіне 2780 Q күн энергиясы түседі. Ол энергия
төмендегі таблицада көрсетілгендей таралады.
Күннен жер бетіне түскен энергия 2780
Атмосферамен алмасатын жылу 280
Булануға кеткен жылу -1300
Жерден кеңістікке таралатын жылу -1200
Қорытынды 0
Дүние жүзі бойынша энергия пайдаланудың динамикасын мына таблицадан
көруге болады.
Жылдар 100 жылда Жылдар 1 жылда
пайдаланған пайдаланған
энергия Q энергия
бірлігінде бірлігінде
1850 дейін 0,3 – 0,5 1860 0,017
1850-1950 4 1946 0,093
1950-2050 100-200 1960 0,14
(болжау)
Алдағы 100 жылда 300-30000 1967 0,19
1970 0,21
2050 2,8-15
(болжам)
Бұл бүкіл халықтың пайдаланатын энергиясынан 20 мың есе көп немесе
шамамен секундына 585 вагон тас көмірді жаққанда өндірілетін энергиямен
эквивалентті (әр вагонда 100 тонна көмір көмір бар деп есептегенде). Жер
минутына 40 мың миллион литр суды қайнататындай жылу алады. Күн - жер
бетіндегі барлық биологиялық, физикалық-химиялық құбылыстардың негізі.
Қазіргі қаман астрономдары мен астрофизиктері: Күн басқа планета бетіндегі
тіршіліктің де көзі деген пікірді теріске шығармайды.
Күннің беті үлкен экранмен жабылып, оның сәулесі жер бетіне бірнеше
күн түспей тұрсын делік. Бұл жағдайда жер бетінде қандай құбылыстар болар
еді?
Жер бетінің температурасы жылдам-ақ 00С-ға төмендеп (бәлкім, аяз
басталатын шығар) қараңғылық басталар ма еді, өзендердің ағысы тоқталады.
Жел тынады, мұхиттар түбіне дейін қатады. Атмосфераның өзі де сұйыққа
айналады, тіршіліксіз дүние басталады. Жерді қалыңдығы бірнеше метрге
дейін баратын мұз қаптар еді. Мұндай суықта өсімдіктер, микроорганизмдер,
жануарлар т.б. тірі жәндіктер өмір сүруін тоқтатады (мүмкін, анаэроб
бактериясының тірі қалуы). Күн тұтылған уақытта, күннің беті айдың
көлеңкесінде қалқаланып қалады, сол сәтте жер бетінде ауа температурасының
аз да болса төмендегені, жел тұруы, т.б. құбылыстар байқалады. Бірақ, Күн
сәулесі жер бетіндегі толық тұтылған аймақтарға ғана түспейді. Бұл аймақтың
ауданы жер ауданының 6 процентіне тең болады да, Күн тұтылу ұзақтығы
бірнеше минутқа дейін созылады. Сондықтан Күн тұтылғанда, Жер
атмосферасының температурасы өте аз шамаға төмендейді.
Табиғатта, күн сәулесінің әсерінен өсімдіктердің көк жапырақтарында
фотосинтез процесі жүреді, яғни көмірқышқыл газы мен су қосыла келіп
органикалық заттардың молекуласы түзіледі де, өсімдіктердің өсуі
басталып, тірі организмдер мен адамдардың өмір сүруіне жағдай жасалынады.
Фотосинтез құбылысының салдарынан жер қыртысында көмір, торф, газ т.б.
заттар пайда болған, оларды жылу энергетикада және химия өндірісінде
шикізат ретінде мол пайдаланудамыз. Күн сәулесінің әсерінен судың буланып
жаңбыр, қар, бұлттың шығуы, жер бетінің бір қалыпты қызбауынан желдің
пайда болып, су буларын алыс жаққа алып кету құбылыстары байқалады. Бұл
құбылыстардың жер бетіндегі маңызы өте зор, өйткені бұл процестерсіз
тіршіліктің шырқы бұзылған болар еді.
Жер бетіндегі тіршілік үшін биогеносфера қабатының маңызы зор.
Биогеносфера - жерді қоршап тұрған атмосфераның жұқа қабаты. Оның жоғары
шекарасында адам ауадағы оттегін сіңіре алмайды, ал оның төменгі
шекарасы - мұхиттың түбінще де өмір сүре алмайды. Биогеносфера күн
сәулесінің атмосфераға әсерінен пайда болған қабат. Фантастардың
айтуынша, мұнан миллиардтаған жылдар бұрын, жер астероид – Икарға ұқсас,
тұрақты атмосферасы болмаған. Күн сәулесі таудың төбелерін қыздырған.
Атмосфера ішіндегі сутегі және көмір қышқыл газынан газ және су қабаты
пайда болып, сондай-ақ олар планетаның температурасын реттеп тұрған.
Атмосферада жаңа компоненттердің пайда болуы, ондағы құбылыстарды
күрделендіреді де жердің экваторлық бөлігіндегі мұхитта, өмірдің
басталуына себепші болды.
Тірі жәндіктер топырақ құрамын байытып, әр түрлі торф, көмір, т.б.
сияқты заттарды құрайды. Көмірқышқыл газының атмосферада кемуі оттегінің
көбеюіне әкеліп соқты. Тірі жәндіктердің өмір сүруіне органикалық заттар
жетіспеді. Сондықтан өсімдіктер пайда болды да олар күн жарығын өз бойына
дарытып, оны атмосферадағы көмір қышқыл газымен араластырып, органикалық
заттардың пайда болуына тиісті әсер етті. Бұл құбылыста фотосинтездің
маңызы зор. Биогеносфера қабаты біздің планетамызды қолайсыз космостық
құбылыстардан да сақтап тұрады.
Ауа қабаты жерді қоршай орналасқан және ол екі жақты сүзгінің
қызметін атқарады: бізге зиян келтіретін қысқа толқынды жер бетіне
түсірмейді және керісінше космос кеңістігіне қыздырылған жерден
таратылатын ұзын толқынды жібермейді. Бірнеше қабатты осындай көрпеден
құралған атмосфера парник әсерлі құбылыс тудырады. Атмосфераның өзі
күннен қызу ала отырып, жерді қалыптан тыс қызып кетуден сақтайды және
қызып тұрған жерді суынудан қорғайды. Сондықтан біздің планетамыздың
күндізгі және түнгі температураларының айырымы айта қалаларлықтай көп
емес. Біздің планета климатына парник тәрізді құбылыстың тигізетін
әсері мол. Қазіргі өндірістерден атмосфераға жылына 6 миллиард тонна
оттегі бөлініп шығады. Адам баласы өндірісті игергелі және қазбалы
отынды жағудың технологиясын үйренгелі атмосфераға бөлініп шыққан
оттегінің мөлшері 400 миллиард тоннаға тең болар еді. Бұл газдың басым
көпшілігін өсімдіктер сіңіріп алатындықтан, оның атмосферадағы қоры онша
көп емес. Сол қалдықтың өзі жерден таралатын инфрақызыл сәулелерді
(жылулық толқындарды) жиі сіңіріп, ауаның орташа температурасын
жоғарылатуға ықпалын тигізеді. Осы құбылыстың әсерінен кейбір теңіздердің
суы жылып, балықтардың ауысуына әсерін тигізіп отыр.
Кейбір оқымыстылар, ауаның әр жылғы температурасы 3-5 градусқа артып
отырса, онда жер бетіндегі қарлар және полюстегі мұздар еріп, жер бетін
тереңдігі 80-90метрлік су қатпайтынын айтады. Өмірге түңіле қарайтындар,
болашақта ауаны тазартататын шаралар қолданбаса, келесі ғасырдың
ортасында жер бетін су қаптайтындығын ескертеді. Әрине, олардың пікірі
шамадан асып кеткен, ағат болжамдар. Шын мәнінде, техникалық прогрестің
өсуі планетаның жылу режиміне белгілі мөлшерде әсер етеді.
Күн сәулесі жер бетіне түскенде, атмосфераның динамикасы физика заңына
толық бағынатын қозғалыста болады. Күн жылуының жер бетінде біркелкі
таралмауынан атмосфера қозғалысқа түседі. Жер бетіндегі ендігі аз
белдеулерде жылу көп, ал полюстерде суық болады. Себебі полюстерге
түсетін күн сәулесінің тығыздығы экваторға қарағанда көп. Бірақ,
полюстегі мұз және қар қабаттарынан инфрақызыл сәулелер кері шағылып
атмосфераға таралады. Егерде экваторлық аймақ полюстерден оңашаланған
болса, онда олардың арасындағы температураның айырымы уақытқа байланысты
артар еді. Бірақ жел арқылы жылу алмасуы болғандықтан әлгі температуға
айырымы белгілі шектен аспайды. Жылы ауа ағымы жоғары биіктікте полюске
қарай, ал ондағы суынған ауа жер беті бойынша экваторға қарай қозғалады.
Осындай желдің әсерінен жылына 520 текше километр су тасымалданады екен.
Күн сәулесінің әсерінен жер бетіндегі сулардан секундына 45 миллион
тонна бу пайда болады. Желдің әсерінен ол бу қайтадан су немесе қар болып
жер бетіне жауады.
Күн энергиясын пайдаланудың зерттейтін жылу – энергетика ғылымының
саласын - гелиотехника деп атайды. Гелиотехника проблемасымен ғалымдар
ғасырлар бойы айналысып келеді, ал олардың негізгі ойлары мен идеялары іс
жүзінде асырылу мен қатар жаңа идеялар туып гелиотетехниканың салалары
көбейіп келеді. Осыған байланысты, американ инженері Дж. Эриксон былай
дейді: Архимед рычагтың жәрдемімен жерді көтермекші болды. Мен, күн
жылуын шоғырландыра отырып, жердің қозғалысын бірден тоқтата алатындай
күшті алуға болатынын қуаттаймын. Осындан барып: не себепті күн
энергиясын пайдалану соңғы уақытқа дейін із жүзінде кеңінен
пайдаланылмай келеді? - деген заңды сұрақ туады. Бұл сұрақтың жауабын
оқымыстылар, біріншіден, былай түсіндіреді: соңғы уақытқа дейін, дүние
жүзі бойынша пайдаланатын энергияның мөлшері, жер қыртысында орасан көп
қоры бар отындар таусылып қалатын қорқынышты халге жете қойған жоқ.
Сонымен қатар жаңа энергия көзін игеру, зерттеу жұмысына көптеген
материал шығын болады. Екіншіден, күн энергиясын ауыл шаруашылығында,
өндірісте, техникада пайдалану физика, химия, автоматика, т.б. ғылым
салаларының жетістіктеріне тікелей байланысты.
Соңғы уақытта, гелиотехниканың кейбір мәселелері, ертеректе қиял
сияқты болғанымен автоматика, оптика, космонавтиканың тез және жедел
қарқынмен өсуіне байланысты жүзеге асып отыр. Бұл туралы академик
М.Стыркович былай дейді: Біз электроэнергетиканы да, жылу энергетикасын
да және электрохимия энергетикасын да алға қарай дамыту табалдырығында
тұрмыз. Энергетика басқа ғылым мен техниканың саласына қарағанда жаңа
күштер мен әр түрлі бағыттардағы мамандарды біріктіруді талап етеді,
олар энергетикада өздерінің білімдерін іске асыруға мүмкіндік алады. Жаңа
энергетиканың аса қызық өркендеуі, ғылымның әр саласындағы талапты
жастарды еліктіретінінде дау жоқ. Біз энергетиканың одан әрі табысты
болуының ең негізгі шарттарының бірі осы екенін көреміз.
ІІ тарау
Төмен температуралы гелиоэнергетикалық қондырғылар
Жылу жәшігі принципінде жұмыс істейтін қондырғылар
Күн энергиясымен жұмыс істейтін қондырғыларды температураға
байланысты мынадай екі топқа бөлуге болады.
1. Төменгі температура 0-1500 С аралығында, жұмыс істейтін
қондырғылар;
2. Жоғары температурада (150-35000 С аралығында) жұмыс істейтін
қондырғылар.
Күннің сәулелік энергиясынан жылу және электр энергиясын өндіру
мәселесі соңғы жылдары көптеген елдерде зерттеле бастады. Бұл мәселеге
көбірек көңіл аударылуы дүние жүзінде энергия тұтыну мұқтаждығы күн сайын
артып және қайта жаңармайтын энергетикалық ресурстар қорының шектелуіне
байланысты жаңа энергетикалық көздер табу керек болып отыратындығымен
сипатталады.
Өндірістің, халық шаруашылығының көптеген салаларын және халықтың
ыстық суға мұқтаждығын күн энергиясымен өтеу экономикалық зор маңызы бар
мәселе.
Әр түрлі энергия қорларынан алынатын (мегакалория) жылу мөлшерінің
құны (соммен):
Котельді қондырғанда газ жаққанда -2,5-3,0
Өнеркәсіптен шыққан жылу қалдықтарын
пайдалану -0,5-1,0
Геотермальды ыстық су көздері -0,6-0,7
Күн энергиясынан алынатын жылу -0,3-0,4
Ысытылған суды технологиялық процестерде айналым зат есебінде
қолданылатын, химия және консерві кәсіпорындары, сонымен бірге сирек
металдар өндіретін өндіріс орындардың мұқтаждығын жаз айларында күн
энергиясынан алынатын жылу есебінен толық қамтамасыз етуге болады. Күн
энергиясын пайдалану жөнінде жүргізілген экспериментальды және теориялық
зерттеудің қорытындылары тек қана халықтың ыстық суға мұқтаждығын
өтеуге ғана емес, сонымен бірге кәсіпорындарда және ауыл шаруашылығының
ыстық суды қажет ететін барлық салаларында қолдану қазірдің өзінде
тиімді екені көрініп отыр.
Әр түрлі мақсатта қолданылатын күн энергиясымен жұмыс істейтін
қондырғылардың ішінде, күн энергиясын шоғарландыруды қажет етпейтін,
конструкция құрылымының қарапайымдылығы жағынан Жылу жәшігі деп аталатын
су қыздырғыш күн қондырғысын ерекше атап өтеміз.
Жылу жәшігі принципін 1770 жылы Сосюр ұсынған.
Егер күн сәулесі энергиясын қабылдайтын беті қара түске боялған
ағаштан жасалған төрт бұрышты жәшікке орналастырып, беткі жағын шынымен
қаптап мүмкіншілігі болғанша күн сәулесінің бағытына перпендикуляр
орналастырсақ, онда жәшіктің ішкі жағында температура көтеріле бастайды.
Бір өлшем ауданға келіп түсетін күн сәулелік радиациясының қуаты неғұрлым
зор болып, қоршаған ортаның температурасы жоғары және жәшіктің бүйір
қабырғалары мен түпкі жағы жылу өткізбейтіндей етіп жасалынса, оның ішкі
жағындағы температура да соғұрлым жоғары болады. Шыны қабаты толқын
ұзындығы 0,8-ден 3,0 мк аралығындағы инфрақызыл сәулелерді шамалы
сіңіреді. Сіңіруден өткен күн сәулесі қара бояумен боялған металл бетіне
келіп түскеннен кейін сіңеді. Қызған металдың беті - жылу өткізгіштік,
сәуле түріндегі жылу шығару және конвекция арқылы жарым-жартылай жылу
мөлшерін шығындайды. Металл сыртының температурасы 70-900 С-қа дейін
көтеріледі, бұл кезде сәуле түріндегі жылу шығару ұзын толқын
ұзындығына шыны сырты буылдыр, конвекция түрінде шығындалатын жылу
мөлшерінің шамасы көп емес, өйткені металдың үстіңгі қабаты сыртқа
жылу алмастырмайтындай етіп бөлінген. Сол себептен мұндай қарапайым жылу
жәшігімен жеткілікті шамада күн энергиясын жинақтауға болады. Қорғаныш
шыны қабатын арттыру арқылы жәшіктің ішкі жағындағы температураны едәуір
жоғарылатуға болады. К.Г.Трофимов Жылу жәшігінің ішкі жағына 8 қабат
шыны бет орналастырып, оның ішкі жағындағы температураны 2500 С-ге
жеткізген.
Міне, осы Жылу жәшігі тиімділігіне сүйеніп қарапайым күн-су ысытқыш
қондырғылары жасалған. Жоғарыда көрсетілгендей күн сәулесі шыны
қабатына сіңеді. Олай болса, іс жүзінде қажетті мөлшерде ысытылған су алу
үшін шыны қабатының қолайлы түрі қарастырылады, яғни екі немесе үш шыны
қабаты қойылу керек, ал бұл мәселе тікелей тәжірибеде анықталады.
Қазіргі уақытта күн сәулесі түсетін ысытқыш қондырғылардың әр түрлі
конструкциялары жасалынған, дегенмен бұл қондырғылардың негізгі бөлігі
жылу өткізгіштігі нашар әр түрлі құрылыс материалынан жасалған жәшіктен
және ішіне қыздырылатын су жүретін темір немесе пластмассадан жасалған
тұтас металл бетке орналастырылады. Қондырғыштың түп жағы фанермен
қапталады. Фанер мен металл бет аралығына жылу өткізбейтін зат төселеді.
Бұл су ысытқыш – су жүретін құбырлар темір табақшалармен берік жылу
қосылған жағдайда ғана тиімді жылу машинасы болып табылады. Тағы бір айта
кететін мәселе – су жүретін құбыр мен тұтас металл табақшалар берік
жылулық байланыста болу үшін оларды бір-біріне дәнекерлеу керек. Бұл,
әрине, күрделі жұмыс. Сонымен бірге су жүретін металл құбырлар мен металл
табақшаның (металл бет) бос кеңістігінде белгілі бір температура айырымы
(градиенті 160-180 шамасында) пайда болады. Осының нәтижесінде бұл
кеңістікте жылу сәуле түрінде сыртқа шығындалады.
Демек, бұл айтылған фактілер І-ші жүйенің негізгі кемшіліктері болып
табылады.
Бұл жүйенің басқа осы типтес конструкциялармен салыстырғанда мынадай
негізгі артықшылықтары бар:
1) су жүретін құбырлар жазық металл бетке дәнекерленетіндіктен
берік жүйе құрады.
2) жүйе тұтасымен жоғары қысымға төзімді.
Егер екі жазық металл бетті периметрі бойынша электр-контакт әдіспен
дәнекерлеп, сонымен бірге көлденең немесе бойлық бағытта белгілі бір
аралық тастап, нүктелік дәнекерлеу әдіспен дәнекерлесек, онда су жүретін
құбырлары (саңлауы) бар күн-су ысытқыш қондырғының сәулелік энергиясын
сіңіретін қабылдағышын (қазан) жасаймыз. Мұндай типті күн-су ысытқыш
қондырғының өзіндік кемшіліктері де бар. Мәселен, шамалы гидростатикалық
қысымда 0,2-0,2кгсм2 –лік жеткілікті шамада кернеу пайда болып, жазық
металл беттегі жапсарлар сөгіле бастайды.
Көлбеу орналасқан науа тәрізді элементтерден тұратын күн-су ысытқыш
қондырғының жылу қабылдайтын бөлегінен су ағып өте бастаса, онда белгілі
уақыт өткен соң су булана бастайды. Су булары конденсациялық сыртқы
қабықша қызметін атқаратын мөлдік қабықшаға конденсациялана бастайды. Соның
нәтижесінде қондырғыда қосымша жылу шығыны пайда болады. Сонымен бірге
мөлдір қабықшада конденсаттың пайда болуы, оның үстіне келіп түсіп
жатқан күн сәулесіне шағылысу қасиетін төмендетеді. Осының салдарынан
судың тепе-теңдік қалыптағы температурасы да төмендейді. Нәтижеде
қондырғының пайдалы әсер коэффициенті мен жылу өндіріп шығару өнімділігі
кемиді.
Соңғы кезде біздің елімізде және шетел мамандарының жүргізген
зерттеулері бойынша күн энергиясын пайдалану ұсынылып отыр. Мұндай Күн
тоғанды күн-су ысытқыш бассейні деп атайды. Күн тоғанда - суға тұздарды
белгілі мөлшерде қосу арқылы тығыздығы өзгеріп отыратын қабат жасайды.
Тік бағытта тығыздық градиенттің пайда болуы ысыған су қабаттарының
конвекция түрінде араласуына кедергі жасайды және булану нәтижесінде
шығындалатын жылу мөлшерін азайтады. Әрине, мұнда, ең төмен орналасқан су
қабатының температурасы жоғары болады. Теориялық есептеу арқылы мұндай
су ысытқыш бассейндердің қолайлы көлемі анықталған: ауданы 1600м2 ,
тереңдігі 1м. Алдын ала жүргізілген экспериментальді зерттеулер бұл
есептеулердің дұрыс екендігін көрсетіп отыр. Осындай көлеммен жасалған
күн тоғандарындағы төменгі қабаттағы судың температурасы 900 С-ға
жеткен. Бұл жылу энергияны жылу алмастырғыштардың немесе төмен
температурада қайнайтын заттар арқылы алуға болады.
Міне, осы айтылғандардан күн адамның сан алуыан тұрмыстық және
өмірлік мұқтаждығын өтеуі мүмкін бе деген сұрақ туады. Алдымен күн
котеджінің құрылысымен танысайық. Бұл өте қарапайым және оның үлгі-жоба
бойынша салуға болады. Әрине, бұл кезде котедждің төбесі - оңтүстікке
бағытталған горизонтпен 500 бұрыш жасай орналасқан өзімізге белгілі Жылу
жәшігімен қапталады. Мұндай қабылдағыш - үй шатыры күн энергиясын жылу
энергиясына түрлендіреді.
Өзбек ССР Ғылым академиясы физика-техникалық институтының ғалымдары
ұсынған жазық-рифлефті қабылдағыштан тұратын күн-су ысытқыш қондырғысы
жылулық техникалық сипаттамасы жағынан біздің елімізде және шетелдерде
жасалған күн қондырғыларымен салыстырғанда әлдеқайда тиімді екендігі
көрсетіледі. Егер де үйлердің төбесіне қойылатын черепица немесе басқа
да құрылыс материалын немесе басқа құрылыс материалдарымен және сыртын
мөлдік шынымен қаптасақ, онда әр үйдің төбесі және қарапайым күн-сі ысытқыш
қондырғысы даяр болады. Күн сәулелерін толық сіңіру үшін жазық-рифлефті
беттер қара бояумен боялады. Ал оның ішкі каналдарымен су айналысқа түседі.
Мұндай конструкция қарапайым, арзан және тиімді жұмыс істейтін болады.
Осындай қондырғылармен жүргізілген экспериментальды зерттеулер пайдалы
әсер коэффициентінің жоғары болатынын көрсетті. Бұл қарапайым
қондырғылардың пайдалы әсер коэффициенті мына төмендегі қатынаспен
анықталады.
η = QnQж
Мұндағы Qn – қондығыда өндірілетін пайдалы жылу.
Qж – қондырғының бір өлшем ауданы келіп түсетін күннің
сәулелік энергиясы (ккалм2сағ).
Ал қондырғының жылу шығару өнімділігі (тәуліктік)
G = Qncγ (t1-t2) лм2 күн
Мұндағы G - жылу шығару өнімділігі;
С – судың меншікті жылу сыйымдылығы 1ккалкг0С;
γ – судың меншікті салмағы 1кгл;
t1 – қыздырылған судың температурасы 0С;
t2 – суық судың яғни қондырғыға келіп түсетін судың
температурасы 0С;
Qn – пайдалы жылу. Ккал м2 күн;
Qn – пайдалы жылу қондырғыға келіп түсетін күн сәулелік
энергиясына су және ортаның температурасына сонымен бірге қондырғының
конструкция мен орналасуына байланысты шама. Мұндай қондырғылардың
жәрдемімен температурасы 60-700 С және қондырғының 1м2 ауданынан жұмыстық
уақытта 80-100л (80-100лм2 күн) ыстық су алуға болады. Судың
температурасын одан әрі көтеру үшін қондырғыны екі немесе үш қабат мөлдір
шынымен қаптау қажет. Сонымен күн энергиясын ысыту су радиаторлары арқылы
өтіп, бөлмелерді жылытады. Гелиоқондырғының көлемі тұтынушыға байланысты
әр түрлі болуы мүмкін. Есептеулер жеке бір адамның ыстық суға қажеттігін
өтеу үшін күн сәулесін қабылдайтын қондырғы бетінің ауданы 1-1,5м2
болуы жеткілікті екенін көрсетеді. Қарапайым Гелиоқондырғылар алдағы таяу
уақыттарда күнделікті үй тұрмысында, сонымен бірге балалар бақшаларын,
пионер лагеьлерін, стадион, дала қырмандарын, гараждар және сүт фермаларын
ыстық сумен қамтамасыз ететін болады.
Жоғарыда айтқанымыздай қазіргі кезде жасалынған күн-су ысытқыш
қондырғыларының ішінще жазық-рифлефті қабылдағыштың тұратын қондырғы
барлық техникалық-экономикалық жағынан жоғары көрсеткішке ие болып отыр.
Қорыта келгенде бұл қондырғының техникалық-экономикалық сипаттамасы мына
төмендегіше:
Жылу өнімділігі 1м2 аудан температурасы 60-700 С, 80-90литр ыстық су
алуға болады. Пайдалы әсер коэффициенті – 40-60 процент.
1м2 ауданнан маусымда үнемделетін отын – 0,2т шартты отынға тең.
Қондырғының 1м2 жұмысының ауданы шамамен 15-16 сом тұрады. Қондырғының
өзін-өзі өтеу уақыты 2-3 маусым. Ауаның тазарту үшін пайдаланғанда
қондырғының 1м2 ауданнан суық өндіру өнімділігі – 150 ккал (180 квт-
электр энергиясына эквивалент).
Гелиоқондырғы тұрғын үйлерді жылыту және салқындату үшін пайдаланылған
кезде оның бастапқы құны бір қабатты тұрғын үйлер үшін – 15-20 процент, ал
төрт қабатты үйлер үшін 4-6 процентке артады.
Пайдалану шығыны 2-3 үш есе азаяды (гелиоқондырғысыз жылынатын және
салқындатылатын тұрғын үйлер үшін), жұмсалған күрделі қаржы үнемделген
электр энергия және отын ресурстарының есебінен 2-3 жылды қайта өтеледі.
Алдын ала жүргізілген есептеулер Орта Азия және Қазақстан
республикаларында күн-су ысытқыш қондырғыларының ауданы шамамен 40млн м2
тең.
Күн-су ысытқыш қондырғыларын Орта Азия, Қазақстан, Молдавия, Кавказ
республикаларында және РСФСР мен Украина ССР-інің оңтүстік аудандарында
халық шаруашылығының әр түрлі салаларында кеңінен қолдануға болады.
Күн энергиясымен тұщы су өндіру мәселелері
Күн энергиясын пайдаланудың ең негізгі бағыты – ащы суды тұщы суға
айналдыру. Тұщы суды өндіретін қондырғылардың жұмыс істеу принципі
жоғарыдағы Ыстық жәшіктегідей күн сәулесін сіңіріп, суды жылыту емес,
мұндағы сіңірілген жылу – су молекулаларын тұздан бөліп шығарады. Ыстық
жәшік төбесі көлбеу шынымен жабылады. Осы шыныдан өткен күн сәулесі
жәшіктің түбіндегі суды қыздырады. Ұшып шыққан су буы шыныға келіп
конденсацияланады да, көлбеу шынының астыңғы бетімен ағып ыдыста жиыла
береді. Осындай қондырғының 1м2 ауданынан бір тәулікте 5 литрден көбірек
тұщы су алуға болады. Қазіргі кезде Түркменстандағы Бахерден және
Өзбекстандағы Шафрикан совхоздарында күн энергиясының жәрдемімен ащы
суды тұщы суға айналдырып, совхоздың барлық малдарын тұщы сумен суарады.
Әрине, бұл қондырғының жұмыс істеу принципі жоғарыда біз қарастырған
қондырғылар жұмысынан күрделірек.
Енді осы бағыттағы кейбір жасалған және зерттелген мәселелерге қысқаша
тоқталайық.
Еліміздің көптеген аудандарында тұщы судың тапшылығына байланысты
электр энергиясв, органикалық отындар мен атом энергиясын пайдаланып
тұзды судан тұщы су өндіру үшін кең көлемде зерттеулер жүргізілуде.
Мысалы, Батыс Қазақстанда ең ірі өндірістік маңызы бар су тұщылайтын
қондырғы жұмыс істейді. Айта кететін бір мәселе, жер шарының көптеген
елдерінде тұщы су өндіру күрделі мәселелердің бірі болып отыр. Қазіргі
кезде СССР мен АҚШ мемлекеттерінің аралығында энергия ресурстарының кез
келген түрлерін пайдаланып тұщы су өндіру мәселесі бойынша келісім шарт
жасалды.
Тұщы суға қойылатын талаптар және оны өндірудің тәсілдері. Санитарлық-
гигиеналық зерттеулерге сәйкес адам пайдаланатын тұщы судың жалпы
минералдылығы 1000-1500мгл, құрамындағы хлор және сульфат-иондарының
мөлшері 300-400мгл, ал кальций және магний мөлшері 100-200мгл-ден артық
болмауы керек.
Егер де судың құрамында жеке иондардың мөлшері және минералдылығы
жоғарыда келтірілген мөлшерден артық болса, онда организмнің
гипереммерализациялануы, нерв жүйесінің функциональдық жұмысы бұзылады.
Ал әр түрлі мал (қой, сиыр, жылқы, т.б.) суарылатын судың
минералдылығы жоғарыдағы келтірілген мөлшермен салыстырғанда жоғары
болады. Мысалы, көктемде – 7, жаз айларында – 5, күзде – 7 және қыста
83гл болуы керек. Өндіріс және халық шаруашылығының басқа салаларында
технологиялық шикі зат есебінде қолданылатын суға қойылатын талап басқаша
болады, яғни жоғары минералданған суларды ондағы тұздың мөлшерлері 500-
1000мгл мөлшерге жеткенге дейін тұщыту шаралары жүргізіледі. Атап,
айтқанда электр станцияларында пайдаланылатын судың минералдылығы ең
төменгі шамаға дейін, яғни 0,3-0,1мгл жеткізіледі.
Тұщы су алудың тәсілдері. Мұның бірнеше жолдары бар: термиялық
дистеляция немесе қайнанып буландыру, электролиз, мұздату, ионды және
биологиялық жолдары бар. Бұл айтылған тәсілдердің ішінде өндіріс
жағдайында тексерілгені және орнықты жұмыс істейтіне термодистиляциялы
қондырғы болып табылады.
Бұл қондырғыны іске қосу үшін орасан көп мөлшерде энергия
шығындалады. Орталық қатынас немесе мұндай қондырғыны пайдалану өте
тиімсіз болды. Бұл қиыншылықтарды күн энергиясын пайдалану арқылы жеңуге
болады. Тұщы суға мұқтаждық мөлшеріне байланысты күн термодистиляциялық
қондырғының тұщы су өндіру өнімділігі сағатына бірнеше литрден
мыңдаған литр мөлшерінде болуы мүмкін. Шағын күн термодистиляциялық
қондырғылар, экспедициялық партиялар аккумулятор батареяларын және шағын
өндіріс орындарын тұщы сумен қамтамасыз ету үшін қолданылады. Қазіргі
кезде ең үлкен термодистиляциялық қондырғы Аруба аралында (Кариб теңізі)
жұмыс істейді. Оның тәуліктік өнімділігі 12 500 текше метр. Аралдың
55 000 тұрғындары мен мұнай тазарту заводын тұщы сумен қамтамасыз
етеді. Біз алдымен қарапайым, күн-тұщы су өндіретін қондырғының жалпы
құрылысымен және жұмыс істеу принципімен танысайық.
Ыстық жәшік принципінде жасалған тұщы су өндіретін қондырғының
көрінісі 1-суретте көрсетілген. Біз осы қондырғыда өтетін физикалық
процеске қысқаша тоқталайық: перпендикуляр және шашыранды (диффузиялы) күн
сәулесі қондырғының көлбеу орналасқан мөлдір бетіне келіп түседі, онда
жарым-жартылай сіңіріледі және сәулесі шыныдан өтіп кетіп жәшіктің
түбіндегі суды ысытады. Су ыси бастаған соң бет жағынан булану процесі
жүре бастайды, яғни мөлдір бет пен судың үстіңгі қабаты аралығы бу-газ
қоспасына тола бастайды. Ал мөлдір шыны беттің температурасы бу газ қоспа
температурасымен салыстырғанда төмен, олай болса ұшып шыққан су булары
мөлдір шыны беттің төменгі жағында конденсацияланады және шыны бетпен
төмен ағып, арнаулы науа тәріздес каналмен ыдыстарға жинала береді.
Біздің елімізде және шетелдерде жасалынған тұщы су өндіретін
қондырғылардың конструкциялық құрылымы жағынан бір-бірімен
салыстырғандағы олардың негізгі өзгешілігі жәшіктің түпкі жағында
орналасқан тұзды су құйылатын астау формасы мен олардың мөлдір шыны бетке
қарағанда салыстырмалы орналасуында ғана болып табылады.
Күн сәулесін шоғырландырушы айналмалы концентратор жәрдемімен тұщы су
өндіру. Конструкция құрылымының қарапайымдылығы және алғашқы шығынның
қоры аз мөлшерде болғандықтан ыстық жәшік принципімен жұмыс істейтін
тұщы су өндіретін күн қондырғылары шоғырландыру жүйесі бар қондырғыларға
қарағанда өндірісте бірінші болып қолданылады. Дегенмен мұндай
қондырғылардың негізгі кемшілігі жылу қабылдайтын беттің (мөлдір шыны
қабаты) қозғалмайтындығы себептен күн энергиясын толығымен пайдалана
алмайды (күннің азимуттық қозғалысына байланысты) және көп сатылы
қайнату процесін қамтамасыз ете алмайды. Міне, сол себептен қарапайым
бұл қондырғылардағы кемшіліктерді түзету үшін айналмалы шоғырландырғыш-
конденсатор жәрдемімен тұщы су өндіру мәселесін Москва энергетикалық
институтының ғалымдары тасымалды тұщы су өндіретін қондырғы жасады.
Бұл қондырғы негізенен: айналы – конденсатор, бу қазаны, буландырғыш
батареясы және конденсатордан тұрады. Мұнда парабало формалы айналы
конденсатор ауданы 1,13м2 тең. Қондырғының жалпы салмағы 40килограмм.
Жұмыс істеу принципі мына төмендегіше. Күн сәулесі айналы беттен
шағылысп, қара түске боялған буландырғыштың түбіне түседі. Буландырғышқа
тұзды су құйылады және ол атмосфералық қысымда буландырылады.
Буландырғыштан бу резеңке шлангымен конденсаторға жіберіледі, мұнда бу
конденсацияланады және конденсация кезінде бөлініп шығатын жылу мөлшерін
суытқыш қызметін атқаратын конденсаторға қойылған суға береді.
Жүргізілген экспериментальды зерттеулердің нәтижесі қондырғының
жұмыс істеу режиміне сыртқы ортадағы ауаның температурасының өзгерісі
оншалықты әсер етпейтіндігін көрсетеді. Мұның себебі шоғырланған күн
сәулесі келіп түсетін беттің ауданы концентратор ауданымен салыстырғанда
әлдеқайда кіші болатындығына байланысты (3 процент). Егер де Орта Азия
республикаларында желдің орташа жылдамдығын (жылдың ) 5мсек деп есептесек,
онда бұл қондырғының орташа пайдалы әсер коэффициенті 46 процентке тең,
ал тұщы су өндірудің тәуліктік өнімділігі 5л. Түркмен ССР-інде және
еліміздің оңтүстік аудандарында жүргізілген зерттеулер бұл қондырғының
мүлтіксіз жұмыс істейтіндігін дәлелдеді.
Тасымалды регенеративті тұщы су өндіретін қондырғы. Мемлекеттік
оптикалық институт (МОИ) жобалаған тұщы су өндіруші тәжірибелік қондырғы
алғаш рет 1939 жылы жасалды. Қондырғының салмағы 132килограмм. Қондырғы
бу қазанынан (бұл бірінші сатылы буландыру қызметін атқарады) және
конденсатордан (екінші сатылы буландырғыш қызметін атқарады) тұрады. Бу
қазанының пайдалы 2,42м2 , электрополимерленген аллюминийден жасалынған,
парабало - цилиндр формалы шағылыстырушы беттен, тұзды су құйылатын
темір құбырдан тұрады. Конденсатор негізінен төрт бөлімнен тұрады:
изоляцияланған төменгі латун корпустан, латуннан жасалған үш ыдыстан
жоғары изоляцияланған латун корпустан және қақпақтан тұрады. Қондырғының
жұмыс істеу принципі мына төмендегідей: күн энергиясы бу қазанындағы
тұзды суды қайнатады. 1 атмосфералық қысымда қаныққан бу конденсаторға
келіп құйылып, температурасы төмен ыдысқа келіп соқтыққан кезде
конденсацияланып, (жасырын булану есебінде бөлінетін жылу мөлшерін
екінші ыдыстағы тұзды суға береді), осы жылудың есебінен 2-ші ыдыстағы
тұзды су булана бастайды. 1-ші ыдыста пайда болған бу 2-ші ыдыспен
жанасқан кезде өзінің жылуын алмасады, нәтижеде конденсацияланады. Бұл
типтес қондырғымен жүргізілген зерттеулер оның орташа п.ә.к 30-40
процент болатындығын көрсетті. Айналы бетке келіп түсетін күн
энергиясының орташа мәні 700 ккалм2 с болса, онда қондырғы 1,3 кгс бу
бере алады. Бұл будың есебінен конденсатордағы қосымша, булану бу қазаны
өнімділігінің 74 процентіне тең. Сонымен қондырғының сағатпен алған
өнімділігі 1,3*1,74 – 2,26кг тұщы су мөлшері болады. Ал тәуліктік
өнімділігі ЛЗ.
Бұл қондырғымен жүргізілген зерттеулер, бу қазанының өнімділігі 4,9-
2,1 кгсағ. сәйкес үйлесімді регенерациялау коэффициенті 1,84
болатындығын көрсетеді. Сол себептен бу қазанының өнімділігі 1,9-2,1кгсағ.
аралықта болу үшін шағылыстырушы беттің ауданын 3,5м2 дейін ұлғайту тиімді
болып есептеледі. Бұл кезде қондырғының тәуліктік өнімділігі 35-40 литрге
дейін жетеді.
Үш сатылы регенеративті қондырғы. Қондырғы мына бөліктерден: диаметрі
10 м парабалоид формалы конденсатордан, бу қазаны, тұзды суды қыздыратын
аспаптан, үш буландырғыш корпус және конденсатордан тұрады. Көп сатылы
тұщы су өндіретін қондырғының жұмыс істеу принципі мына төмендегідей:
қазанынан шыққан бу 1-ші сатылы буландырғышқа жіберіліп онда
конденсацияланып, өзінің жылуын тұзды суға береді. Егер де тұзды су беті
қабатынан пайда болған буды (2-ші бу) 2-ші сатылы буландырғышқа жіберіп
және 2-ші будың температурасы 1-ші буландырғыштағы тұзды судың қайнау
температурасынан жоғары болатындай етіп тұзды судың төменгі жағынан
қысыммен ұстап тұратын болсақ, онда 2-ші буландырғышқта 1-ші
буландырғыштағыдай қайнау процесі жүреді. 1-ші буландырғыштан тұзды суды
2-ші булындырғышқа жіберетін болсақ, онда екі сатылы тұщы су өндіретін
қондырғы шығарып аламыз.
1952 жылы Ташкентте жүргізілген зерттеулер үш сатылы қондырғының берік
және сенімді жұмыс істейтіндігін көрсетті.
Ыстық жәшік тиімділігіне негізделіп жасалған тұщы су өндіруші
қондырғылардың бір-бірінен өзгешелігі олардың техникалық
конструкцияларының құрылымында ғана болады. Бұл қондырғылардың мөлдір
шынымен қапталған бетін сыртқы ауа ағымы қамти ағатын болса, онда белгілі
бір мөлшерде жылу шығыны пайда болады. Қондырғының ішкі жағындағы
температура келіп түскен күн энергиясы жылу шығынын теңгергенге дейін
өсе береді.
Бұл айтылған қондырғының негізгі кемшілігі шыны беті күн спектрінің
белгілі саласына мөлдір және конденсацияланатын бу үшін салқындатқыш
қызметін атқаратындығында. Өйткені бу конденсацияланған кезде жылу бөлініп
шығады, сол себептен бұл бет арқылы өтетін жылу шығынының мөлшері арта
береді. Сонымен бірге бұл бет күннің сәулесін жарым-жартылай сіңіретін
себептен, будың конденсациялануы нашарлай түседі. Міне, осы айтылған
құбылыстарды болдырмау мақсатымен Өзбек ССР Ғылым академиясының ғылыми
қызметкерлері булану және конденсация беті бір-бірімен дараланған
қондырғының жүйесін ұсынды. Мұнда тұзды су алдымен булану камерасында
буланып, одан соң конденсация камерасына жіберіледі. Әрине, бұл жүйенің
негізгі кемшілігі жылу шығына әдеттегі қондырғыларға қарағанда әлдеқайда
көп болады. Сол себептен бұл қондырғылар болашаққа жолдама ала алмайды.
Осы жоғарыда келтірілген тұщы су өндіретін қондырғылардың техника-
экономикалық сипаттамасына қысқаша тоқталайық.
Тұщы су өндіру өнімділігі 3-5лм2 –ден өзін-өзі өтеу уақыты 3,5-4
маусым (жыл). Ал өндірілген тұщы судың өзіндік құны автомобильмен
таситын судың өзіндік құнымен салыстырғанда 1,5 есе арзан.
Алдын ала жүргізілген есептеулер бойынша, Орта Азия мен Қазақстан
республикаларында тұщы су өндіретін қондырғыға қажетті ауданы 104 шаршы
метрге тең.
Тұщы су өндіретін тасымалды қондырғының техникалық-экономикалық
сипаттамасы:
1м2 ауданға ие болған қондырғының салмағы – 10 кг. Тұщың су өндіру
өнімділігі - 9 – 10лм2 тәулік. Өндірілген тұщы судың құны - 1т (2-
3сом). Өзін-өзі өтеу уақыты – 1 жыл. 1 м2 қондырғының құны болжамды
есептеулер бойынша - 8 – 10 сом.
Өндірістік маңызы бар тұщы су өгдіретін қондырғы. Түркмен ССР Ғылым
академиясының физикалық-техникалық институты мен СССР Мелиорация және су
шаруашылығы министрлігіне қарасты Гипроводхоз ғылыми зерттеу институтының
ғылыми қызметкерлері негізгі құрылымы темір бетоннан тұратын тұщы су
өндіретін қондырғы мен суарма құрылыстарын жүзеге асырды. Бұл жұмыстар
негізінен Бахерден совхозына қарасты (Түркмен ССР-ы) Овезші батпақты
учаскесі мен жайылымды жерді игеру үшін жүргізіледі. Әуелде, бұл
территория жердің қалың қабатынан шығатын судың минералдық дәрежесі
өте жоғары болғандықтан (27гл) пайдаланылмай келген. Мұнда жылына 2400м3
тұщы су өндірілетін және сәйкес қондырғының жұмысының ауданы 2400м2
етіп жасалған. Тереңдігі 12м құдықтан тұщы су күн энергиясымен жұмыс
істейтін фотоэлектрлі су тартушы қондырғымен шығарылады. Бұл қондырғының
жобасын Бүкілодақтық жаңа ток көздерін табу ғылыми зерттеу институтының
ғылыми қызметкерлері жасаған. Жоба бойынша қондырғы әрқайсысы 600м2
ауданнан тұратын жеке 40 секциядан құралады. Ал әрбір секция өз бетінше
жұмыс істейтін 18 отсектен (бөлек жай) тұрады. Отсектің ені 1,3м,
ұзындығы 25м, екі отсектің арақашықтығы 70см. Тұзды су құйылатын
астаудың тереңдігі 8 см. Әрбір отсек батыстан шығыс бағытқа қарай шамалы
көлбеу бұрыш жасайтындай етіп жазық жерге орналастырылған. Ал қондырғыға
тұзды су құйып дайындау арнаулы бак-аккумулятордан тұзды су құйып
өздігінен ағуы арқылы іске асырылады. Жаз айларында қондырғыға тұзды су
әрбір 10 күннен кейін қайта құйылып отырылады, ал жыл мезгілінің басқа
қалған кезеңдерінде 30-45 күннен кейін қайта құйылып отырады. Әрбір
секцияға тұзды су құйып дайындау арнайы құбыр арқылы жүргізіледі. Ал
дистилят (тұщы су) әрбір отсектің оң және сол қабырғаларынан алынып,
бакта жиналады. Барлық ағызып апаратын құбырлар тұщы сумен атмосфералық
қалдықтарды жинақтайтын бак-аккумуляторға келіп қосылады. Әрбір отсектің
соңына кедергі қойылған, бұл кез келген уақытта осы отсекті басқа
отсектерге тәуелсіз босатып алуға мүмкіндік береді. Әрбір бөліп және отсек
бір-біріне тәуелсіз, жеке жұмыс істейді, яғни бір отсек немесе секцияда
байқалған ақаулық (өзгешелік) басқаларға ықпалын тигізбейді. Сонымен
бірге отсектің кез келген бір учаскесінде болған олқылық сол отсектің
толығымен өнімді жұмыс атқаруына әсер етеді. Әрбір отсектердің бір-
біріне тәуелсіз жұмыс істеуі мұндай қондырғының өнімділігін (тұщы су
өндіру) секция және отсек санын көбейту арқылы өзгертуге болады. Секция
және отсек санының артуы сәйкес дистилят ағып шығатын және тұзды су
келіп құйылатын қосымша құбырлардың санының артуына алып келеді. Сол
себептен қарапайым тұщы су өндіретін қондырғының техникалық-экономикалық
көрсеткіші оның қуатына тәуелсіз болады. Бұл ерекшелік экономикалық
жағынан тиімді шағын қуаты бар дербес қондырғылар жасауға мүмкіншілік
береді. Міне, осы жоғарыда келтірілген өндірістік маңызы бар қондырғымен
1968 жылғы 15 сентябрьден бастап экспериментальдық сынаудан өткізілген
мынадай шамаларға өлшеу жүргізілген: күн радиациясы, ортаның температурасы
(ауаның) және қондырғының өнімділігі. Бір жыл бойы үзбей жүргізілген
зерттеулерге жасалған талдау және техникалық –экономикалық есептеулер
мұндай қондырғыларды мал жайылымдарын суландыру үшін кеңінен қолдануға
болатындығын көрсетеді. Тағы да айта кететін мәселе, темірбетоннан жасалған
қондырғының инерция қабілеті өте жоғары, ал олай болса, бұл қондырғының
түнгі өнімділігі едәуір жақсарады деген сөз. Өйткені күн бойына
қондырғыда аккумуляцияланған энергия сыртқы ортамен жылу алмасу
нәтижесінде өзінің жылуын қайтадан суға береді, соның нәтижесінде ол
буланады. Қондырғы жер бетіне орналасқандықтан күн бойына оның жермен
жанасқан учаскесінде энергия аккумуляцияланады. Егерде отсектердің
аралығы алшақ болса, онда бұл аккумуляцияланған энергияның көп мөлшері
түнгі кезде сыртқы конвекцияның әсерінен ортаға таралып кетеді. Ал
отсектер жақын орналасатын болса (10-20см), онда – сыртқы ортаға
берілетін жылу тек қана шеткі отсектерден ғана болады.
Құмды шөл жағдайында темірбетон тапшы материал және ол қымбатқа
түседі. Сол себептен темірбетонді материалды құмбетонмен алмастырсақ
онды қондырғы 2-3 есе арзандайды. Соңғы кеззе шетелдерде және біздің
елімізде әр түрлі өндірістерде пайдаланылған жылуды тұщы су өндіру үшін
пайдалану мәселесі жөнінде жұмыстар жүргізіліп келеді. Мысалы, дизель
қозғалтқышында барлық жылудың 30 проценті ғана пайдалы жұмсалынады, ал
қалған 70 проценті сыртқа шығарылып тасталынады. Егер де суытқыш есебінде
су пайдаланылатын болса, онда осы сыртқы шығын болатын жылудың 40
процентін қайтадан пайдаға асыруға болады. Міне, осы атмосфераға пайдасыз
шығарылып тасталған жылудың тұщы су өндіру процесінде пайдалансақ,
онда біздер қазіргі қолданылып жүрген күн-тұщы су өндіретін
қондырғылардың тиімділігін арттырған болар едік. Өндірісте пайдаланылған
жылу және термальды жылу көздерін күн энергиясымен тұщы су өндіретін
қондырғыда пайдаланудың негізінен мынадай артықшылықтары бар:
1) өндірілген тұщы судың өзіндік құны төмендейді;
2) қондырғының алатын орны (ауданы) әлдеқайда азаяды (15 шамаға);
3) метеорологиялық факторлардың өзгеруі қондырғының жұмыс істеу
режиміне ықпал етпейді.
Енді осы бағытта Қазақстан гелиотехник ғалымдары (Жамалов А.,
Джубалиева П.А.) жүргізіп жатқан жұмыстарына тоқталайық. Қазақтың
мемлекеттік Абай атындағы педагогикалық институтының жанындағы гелиотобы
1970 жылдан бері күн энергиясымен және тұщы су өндіру мәселесімен
айналысып, зерттеу жұмыстарын жүргізіп келеді. Маңғышлақ облысына қарасты
Шағырлы учаскесінде тұщы су өндіретін тәжірибелік қондырғы орнатылып,
оның жұмыс істеу режимі 1973-74 жылдар аралығында сынаудан өткізілді. Енді
осы қондырғының жұмыс істеу режимін әңгімелейік.
Термальды су жылуын тұщы су өндіруге пайдалану
Күн-тұщы су өндіретін қондырғы жоғары жағы шынымен қапталған, ал ішкі
жағы қара түске боялған жылу өткізбейтін қабыршақты қабаттан жасалған.
Перпендикуляр және диффузиялы күн сәулесі шыны бетке сіңеді, шағылады, ал
қалған бөлігі тұзды судың қыздыруға жұмсалады. Судың булану нәтижесінде
су мен шыны бет аралығындағы кеңістікте бу-ауа қоспасы пайда болады және
бұл қоспа шыны бетпен жанасқан кезде конденсацияланып, шыны бетпен жұқа
пленка түрінде төмен ағып түсіп, бақ-жинағышқа барып құйылады.
Термальды су жылуын пайдаланған кезде қондырғы ағып өтетін схема да
жұмыс істейді. Бұл кезде қондырғы әрі жұмыстық зат есебінде пайдаланып
отырған – термальды судың оптималь ағып өту (булану және конденсация
процесі үздіксіз жүріп тұру үшін) жылдамдығын қамтамасыз ету үшін арнаулы
тетіктермен жабдықталады. Термальды су жылуын пайдалану қондырғының,
бұлыңғыр күндері және түнгі кезде үздіксіз істеуіне мүмкіндік береді.
Қозғалыстағы бу-газ қоспасынан бу конденсациялану процесі жүре ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Күн энергетикасы туралы жалпы түсініктер
Қазіргі уақыттағы, жер
бетіндегі барлық энергия -
өзгертілген күн жылуы болып
табылады
Ф. Энгельс
Күн сәулесі - тіршілік көзі
Шынында да, энергетика - өндірісті, ауыл шаруашылығын, транспорт пен
үй шаруашылығын энергиямен қамтамасыз етуді көздейтін техниканың ірі және
күрделі саласы. Энергетика туралы сөз болғанда, мына дәйекті мәселені
еске алу керек: біздің дәуірімізде әр жылы 30 миллиард (3.1013) квт. сағ.
энергия пайдаланылады. Мұндай орасан көп энергияны өндіру үшін жер
жүзіндегі ең ірі Братск ГЭС-і (қуаты 4 миллион 500 мың квт.) 700 жыл
үздіксіз жұмыс істеуі керек! Энергия пайдалану жылдан-жылға жедел өсіп
келеді, оның соңғы жүз жылдағы (1860-1960жж.) өсуі 30 есе болып отыр.
Егерде соғыс болмастан энергетиканың өсуі тоқталмаған жағдайда, қазіргі
уақытта энергияны пайдалану 2 есе артқан болар еді.
Халықтардың экономикалық жағдайлары мен өмір сүруінің жақсаруы
тікелей энергетикаға байланысты. Осыған орай энергияны пайдалану өте
үлкен шамаға жетіп отыр. Ғалымдардың есептеуінше, жер жүзі халықтарының
пайдаланылатын энергиясының 80 проценті минерал отындардан (торф, көмір,
газ, т.б.), ал 20 проценті гидроэлектростанциялардан өндіріледі. Халықтарды
қажетті энергиямен қамтамасыз етіп отыру үшін, энергия өндіруді әр жылы
5-7 процентке арттырып отыру қажет. Энергияның өсуі тек қана минерал
отындардан өндірілсе, онда олардың қазіргі қоры тарихи аз уақытта таусылар
еді. Энергияның өсуі жаңадан табылған энергия көздерінен өндірілсе, әлгі
минерал отындардың қоры көп жылға созылар еді және оларды химиялық зат
ретінде пайдаланудың мүмкіндіктері ашылар еді. Сондықтан жаңа энергия
көзін ашу дүние жүзі ғалымдарының ежелгі мақсаты болып келеді. Мұндай
энергия көздері табылып та жатыр. Соның бірі – атом ядросы ішінен зор
қуатпен бөлініп шығатын атом энергиясы. Бірақ ертелі-кеш минерал отындардың
қоры таусылатыны сияқты, жер қыртысындағы радиоактивті элементтердің
де қоры таусылады. Одан басқа, атом энергиясын пайдаланғанда көп мөлшерде
атмосфера тазалығы бұзылады. Соңғы уақытта атмосфераны табиғи күйінде
сақтаудың өзі проблемаа айналып отыр. Дегенмен, қоры таусылып бара жатқан
энергия көздерінің орнына жылу шығарғыштық қабілеттілігі мол қуаттың жаңа
түрлері табылатындығы даусыз.
Мына таблицада табиғаттағы энергия көздері және олардың қуаты (квс –
сағ.) келтірілген.
3 – таблица
Энергия түрлері Отынның қуаты
А. Қайта қалпына келмейтін
энергия көздері (жалпы қоры):
1. Термоядорлық энергия 100 000 000*1012
2. Ядролық энергия 547 000*1012
3. Химиялық энергия 55 000*1012
4. Жердің ішкі жылу энергиясы 134*1012
Б. Әр жылы қайта қалпына келетін
энергия көздері:
1. Теңіз толқынындағы (тасып, 70 000*1012
қайтуы) 580 000*1012
2. Жер бетіне түсетін күн энергиясы0,012*1012
3. Жоғары атмосферада сақталатын
күн энергиясы 1,700*1012
4. Жел энергиясы 18*1012
5. Өзендердің энергиясы
Бұл таблицадан жер бетіне әр жылы түсетін күн энергиясының мөлшері
қайта жаңармайтын энергия көздерінің қуаттарының қосындысынан да көп
екені көрінеді
(термоядролық энергияны есептемегенде). Негізінен алғанда күн
энергиясының әсерінен жер бетіндегі энергияның түрлері пайда болады.
Партиямыздың программасында ғалымдардың алдында тұрған мақсат жайында:
Еліміздің энергетикалық және отын балансын зерттеу, энергияның табиғи
көздерін игерудің ең тиімді жолын және жылу, ядро, күн, химия энергиясын
тікелей электр-энергиясына айналдырудың әдісін іздеу, термоядролық
реакцияны басқару проблемасын шешу болып табылады делінген. Бірақ,
термоядролық реакцияны, күн энергиясын пайдаланудың маңызы еліміздің
энергетикалық қорын арттыратыны анық.
Шын мәнінде, таусылмайтын энергияны бізден 150 миллион километр
қашықтықта орналасқан Күн бере алады. Жер атмосферасының беткі қабатына,
күн радиациясының миллионнан бір бөлігінің жартысы ғана түседі, оның 40
проценті кері космос кеңістігіне шағылады, ал қалған 60 проценті
атмосферада жұтыла отырып, жер бетіне келіп жетеді. Жер бетіндегі күн
энергиясының қуаты 600 – 800втм2 болса, космоста (жер орбитасында) – 1-
1,5квтм2-қа жетеді. Жер бетіне жылына түсетін күн энергиясының шамасы
58*1016 квт-сағ. – қа тең.
Жер мен күн арасындағы жылу балансын салыстыру үшін ең үлкен өлшем
бірліктер алынады, оны былай белгілейік.
Q- 1021 дж – 300.000 млрдквт.сағат энергия.
Әр жылы жер бетіне 2780 Q күн энергиясы түседі. Ол энергия
төмендегі таблицада көрсетілгендей таралады.
Күннен жер бетіне түскен энергия 2780
Атмосферамен алмасатын жылу 280
Булануға кеткен жылу -1300
Жерден кеңістікке таралатын жылу -1200
Қорытынды 0
Дүние жүзі бойынша энергия пайдаланудың динамикасын мына таблицадан
көруге болады.
Жылдар 100 жылда Жылдар 1 жылда
пайдаланған пайдаланған
энергия Q энергия
бірлігінде бірлігінде
1850 дейін 0,3 – 0,5 1860 0,017
1850-1950 4 1946 0,093
1950-2050 100-200 1960 0,14
(болжау)
Алдағы 100 жылда 300-30000 1967 0,19
1970 0,21
2050 2,8-15
(болжам)
Бұл бүкіл халықтың пайдаланатын энергиясынан 20 мың есе көп немесе
шамамен секундына 585 вагон тас көмірді жаққанда өндірілетін энергиямен
эквивалентті (әр вагонда 100 тонна көмір көмір бар деп есептегенде). Жер
минутына 40 мың миллион литр суды қайнататындай жылу алады. Күн - жер
бетіндегі барлық биологиялық, физикалық-химиялық құбылыстардың негізі.
Қазіргі қаман астрономдары мен астрофизиктері: Күн басқа планета бетіндегі
тіршіліктің де көзі деген пікірді теріске шығармайды.
Күннің беті үлкен экранмен жабылып, оның сәулесі жер бетіне бірнеше
күн түспей тұрсын делік. Бұл жағдайда жер бетінде қандай құбылыстар болар
еді?
Жер бетінің температурасы жылдам-ақ 00С-ға төмендеп (бәлкім, аяз
басталатын шығар) қараңғылық басталар ма еді, өзендердің ағысы тоқталады.
Жел тынады, мұхиттар түбіне дейін қатады. Атмосфераның өзі де сұйыққа
айналады, тіршіліксіз дүние басталады. Жерді қалыңдығы бірнеше метрге
дейін баратын мұз қаптар еді. Мұндай суықта өсімдіктер, микроорганизмдер,
жануарлар т.б. тірі жәндіктер өмір сүруін тоқтатады (мүмкін, анаэроб
бактериясының тірі қалуы). Күн тұтылған уақытта, күннің беті айдың
көлеңкесінде қалқаланып қалады, сол сәтте жер бетінде ауа температурасының
аз да болса төмендегені, жел тұруы, т.б. құбылыстар байқалады. Бірақ, Күн
сәулесі жер бетіндегі толық тұтылған аймақтарға ғана түспейді. Бұл аймақтың
ауданы жер ауданының 6 процентіне тең болады да, Күн тұтылу ұзақтығы
бірнеше минутқа дейін созылады. Сондықтан Күн тұтылғанда, Жер
атмосферасының температурасы өте аз шамаға төмендейді.
Табиғатта, күн сәулесінің әсерінен өсімдіктердің көк жапырақтарында
фотосинтез процесі жүреді, яғни көмірқышқыл газы мен су қосыла келіп
органикалық заттардың молекуласы түзіледі де, өсімдіктердің өсуі
басталып, тірі организмдер мен адамдардың өмір сүруіне жағдай жасалынады.
Фотосинтез құбылысының салдарынан жер қыртысында көмір, торф, газ т.б.
заттар пайда болған, оларды жылу энергетикада және химия өндірісінде
шикізат ретінде мол пайдаланудамыз. Күн сәулесінің әсерінен судың буланып
жаңбыр, қар, бұлттың шығуы, жер бетінің бір қалыпты қызбауынан желдің
пайда болып, су буларын алыс жаққа алып кету құбылыстары байқалады. Бұл
құбылыстардың жер бетіндегі маңызы өте зор, өйткені бұл процестерсіз
тіршіліктің шырқы бұзылған болар еді.
Жер бетіндегі тіршілік үшін биогеносфера қабатының маңызы зор.
Биогеносфера - жерді қоршап тұрған атмосфераның жұқа қабаты. Оның жоғары
шекарасында адам ауадағы оттегін сіңіре алмайды, ал оның төменгі
шекарасы - мұхиттың түбінще де өмір сүре алмайды. Биогеносфера күн
сәулесінің атмосфераға әсерінен пайда болған қабат. Фантастардың
айтуынша, мұнан миллиардтаған жылдар бұрын, жер астероид – Икарға ұқсас,
тұрақты атмосферасы болмаған. Күн сәулесі таудың төбелерін қыздырған.
Атмосфера ішіндегі сутегі және көмір қышқыл газынан газ және су қабаты
пайда болып, сондай-ақ олар планетаның температурасын реттеп тұрған.
Атмосферада жаңа компоненттердің пайда болуы, ондағы құбылыстарды
күрделендіреді де жердің экваторлық бөлігіндегі мұхитта, өмірдің
басталуына себепші болды.
Тірі жәндіктер топырақ құрамын байытып, әр түрлі торф, көмір, т.б.
сияқты заттарды құрайды. Көмірқышқыл газының атмосферада кемуі оттегінің
көбеюіне әкеліп соқты. Тірі жәндіктердің өмір сүруіне органикалық заттар
жетіспеді. Сондықтан өсімдіктер пайда болды да олар күн жарығын өз бойына
дарытып, оны атмосферадағы көмір қышқыл газымен араластырып, органикалық
заттардың пайда болуына тиісті әсер етті. Бұл құбылыста фотосинтездің
маңызы зор. Биогеносфера қабаты біздің планетамызды қолайсыз космостық
құбылыстардан да сақтап тұрады.
Ауа қабаты жерді қоршай орналасқан және ол екі жақты сүзгінің
қызметін атқарады: бізге зиян келтіретін қысқа толқынды жер бетіне
түсірмейді және керісінше космос кеңістігіне қыздырылған жерден
таратылатын ұзын толқынды жібермейді. Бірнеше қабатты осындай көрпеден
құралған атмосфера парник әсерлі құбылыс тудырады. Атмосфераның өзі
күннен қызу ала отырып, жерді қалыптан тыс қызып кетуден сақтайды және
қызып тұрған жерді суынудан қорғайды. Сондықтан біздің планетамыздың
күндізгі және түнгі температураларының айырымы айта қалаларлықтай көп
емес. Біздің планета климатына парник тәрізді құбылыстың тигізетін
әсері мол. Қазіргі өндірістерден атмосфераға жылына 6 миллиард тонна
оттегі бөлініп шығады. Адам баласы өндірісті игергелі және қазбалы
отынды жағудың технологиясын үйренгелі атмосфераға бөлініп шыққан
оттегінің мөлшері 400 миллиард тоннаға тең болар еді. Бұл газдың басым
көпшілігін өсімдіктер сіңіріп алатындықтан, оның атмосферадағы қоры онша
көп емес. Сол қалдықтың өзі жерден таралатын инфрақызыл сәулелерді
(жылулық толқындарды) жиі сіңіріп, ауаның орташа температурасын
жоғарылатуға ықпалын тигізеді. Осы құбылыстың әсерінен кейбір теңіздердің
суы жылып, балықтардың ауысуына әсерін тигізіп отыр.
Кейбір оқымыстылар, ауаның әр жылғы температурасы 3-5 градусқа артып
отырса, онда жер бетіндегі қарлар және полюстегі мұздар еріп, жер бетін
тереңдігі 80-90метрлік су қатпайтынын айтады. Өмірге түңіле қарайтындар,
болашақта ауаны тазартататын шаралар қолданбаса, келесі ғасырдың
ортасында жер бетін су қаптайтындығын ескертеді. Әрине, олардың пікірі
шамадан асып кеткен, ағат болжамдар. Шын мәнінде, техникалық прогрестің
өсуі планетаның жылу режиміне белгілі мөлшерде әсер етеді.
Күн сәулесі жер бетіне түскенде, атмосфераның динамикасы физика заңына
толық бағынатын қозғалыста болады. Күн жылуының жер бетінде біркелкі
таралмауынан атмосфера қозғалысқа түседі. Жер бетіндегі ендігі аз
белдеулерде жылу көп, ал полюстерде суық болады. Себебі полюстерге
түсетін күн сәулесінің тығыздығы экваторға қарағанда көп. Бірақ,
полюстегі мұз және қар қабаттарынан инфрақызыл сәулелер кері шағылып
атмосфераға таралады. Егерде экваторлық аймақ полюстерден оңашаланған
болса, онда олардың арасындағы температураның айырымы уақытқа байланысты
артар еді. Бірақ жел арқылы жылу алмасуы болғандықтан әлгі температуға
айырымы белгілі шектен аспайды. Жылы ауа ағымы жоғары биіктікте полюске
қарай, ал ондағы суынған ауа жер беті бойынша экваторға қарай қозғалады.
Осындай желдің әсерінен жылына 520 текше километр су тасымалданады екен.
Күн сәулесінің әсерінен жер бетіндегі сулардан секундына 45 миллион
тонна бу пайда болады. Желдің әсерінен ол бу қайтадан су немесе қар болып
жер бетіне жауады.
Күн энергиясын пайдаланудың зерттейтін жылу – энергетика ғылымының
саласын - гелиотехника деп атайды. Гелиотехника проблемасымен ғалымдар
ғасырлар бойы айналысып келеді, ал олардың негізгі ойлары мен идеялары іс
жүзінде асырылу мен қатар жаңа идеялар туып гелиотетехниканың салалары
көбейіп келеді. Осыған байланысты, американ инженері Дж. Эриксон былай
дейді: Архимед рычагтың жәрдемімен жерді көтермекші болды. Мен, күн
жылуын шоғырландыра отырып, жердің қозғалысын бірден тоқтата алатындай
күшті алуға болатынын қуаттаймын. Осындан барып: не себепті күн
энергиясын пайдалану соңғы уақытқа дейін із жүзінде кеңінен
пайдаланылмай келеді? - деген заңды сұрақ туады. Бұл сұрақтың жауабын
оқымыстылар, біріншіден, былай түсіндіреді: соңғы уақытқа дейін, дүние
жүзі бойынша пайдаланатын энергияның мөлшері, жер қыртысында орасан көп
қоры бар отындар таусылып қалатын қорқынышты халге жете қойған жоқ.
Сонымен қатар жаңа энергия көзін игеру, зерттеу жұмысына көптеген
материал шығын болады. Екіншіден, күн энергиясын ауыл шаруашылығында,
өндірісте, техникада пайдалану физика, химия, автоматика, т.б. ғылым
салаларының жетістіктеріне тікелей байланысты.
Соңғы уақытта, гелиотехниканың кейбір мәселелері, ертеректе қиял
сияқты болғанымен автоматика, оптика, космонавтиканың тез және жедел
қарқынмен өсуіне байланысты жүзеге асып отыр. Бұл туралы академик
М.Стыркович былай дейді: Біз электроэнергетиканы да, жылу энергетикасын
да және электрохимия энергетикасын да алға қарай дамыту табалдырығында
тұрмыз. Энергетика басқа ғылым мен техниканың саласына қарағанда жаңа
күштер мен әр түрлі бағыттардағы мамандарды біріктіруді талап етеді,
олар энергетикада өздерінің білімдерін іске асыруға мүмкіндік алады. Жаңа
энергетиканың аса қызық өркендеуі, ғылымның әр саласындағы талапты
жастарды еліктіретінінде дау жоқ. Біз энергетиканың одан әрі табысты
болуының ең негізгі шарттарының бірі осы екенін көреміз.
ІІ тарау
Төмен температуралы гелиоэнергетикалық қондырғылар
Жылу жәшігі принципінде жұмыс істейтін қондырғылар
Күн энергиясымен жұмыс істейтін қондырғыларды температураға
байланысты мынадай екі топқа бөлуге болады.
1. Төменгі температура 0-1500 С аралығында, жұмыс істейтін
қондырғылар;
2. Жоғары температурада (150-35000 С аралығында) жұмыс істейтін
қондырғылар.
Күннің сәулелік энергиясынан жылу және электр энергиясын өндіру
мәселесі соңғы жылдары көптеген елдерде зерттеле бастады. Бұл мәселеге
көбірек көңіл аударылуы дүние жүзінде энергия тұтыну мұқтаждығы күн сайын
артып және қайта жаңармайтын энергетикалық ресурстар қорының шектелуіне
байланысты жаңа энергетикалық көздер табу керек болып отыратындығымен
сипатталады.
Өндірістің, халық шаруашылығының көптеген салаларын және халықтың
ыстық суға мұқтаждығын күн энергиясымен өтеу экономикалық зор маңызы бар
мәселе.
Әр түрлі энергия қорларынан алынатын (мегакалория) жылу мөлшерінің
құны (соммен):
Котельді қондырғанда газ жаққанда -2,5-3,0
Өнеркәсіптен шыққан жылу қалдықтарын
пайдалану -0,5-1,0
Геотермальды ыстық су көздері -0,6-0,7
Күн энергиясынан алынатын жылу -0,3-0,4
Ысытылған суды технологиялық процестерде айналым зат есебінде
қолданылатын, химия және консерві кәсіпорындары, сонымен бірге сирек
металдар өндіретін өндіріс орындардың мұқтаждығын жаз айларында күн
энергиясынан алынатын жылу есебінен толық қамтамасыз етуге болады. Күн
энергиясын пайдалану жөнінде жүргізілген экспериментальды және теориялық
зерттеудің қорытындылары тек қана халықтың ыстық суға мұқтаждығын
өтеуге ғана емес, сонымен бірге кәсіпорындарда және ауыл шаруашылығының
ыстық суды қажет ететін барлық салаларында қолдану қазірдің өзінде
тиімді екені көрініп отыр.
Әр түрлі мақсатта қолданылатын күн энергиясымен жұмыс істейтін
қондырғылардың ішінде, күн энергиясын шоғарландыруды қажет етпейтін,
конструкция құрылымының қарапайымдылығы жағынан Жылу жәшігі деп аталатын
су қыздырғыш күн қондырғысын ерекше атап өтеміз.
Жылу жәшігі принципін 1770 жылы Сосюр ұсынған.
Егер күн сәулесі энергиясын қабылдайтын беті қара түске боялған
ағаштан жасалған төрт бұрышты жәшікке орналастырып, беткі жағын шынымен
қаптап мүмкіншілігі болғанша күн сәулесінің бағытына перпендикуляр
орналастырсақ, онда жәшіктің ішкі жағында температура көтеріле бастайды.
Бір өлшем ауданға келіп түсетін күн сәулелік радиациясының қуаты неғұрлым
зор болып, қоршаған ортаның температурасы жоғары және жәшіктің бүйір
қабырғалары мен түпкі жағы жылу өткізбейтіндей етіп жасалынса, оның ішкі
жағындағы температура да соғұрлым жоғары болады. Шыны қабаты толқын
ұзындығы 0,8-ден 3,0 мк аралығындағы инфрақызыл сәулелерді шамалы
сіңіреді. Сіңіруден өткен күн сәулесі қара бояумен боялған металл бетіне
келіп түскеннен кейін сіңеді. Қызған металдың беті - жылу өткізгіштік,
сәуле түріндегі жылу шығару және конвекция арқылы жарым-жартылай жылу
мөлшерін шығындайды. Металл сыртының температурасы 70-900 С-қа дейін
көтеріледі, бұл кезде сәуле түріндегі жылу шығару ұзын толқын
ұзындығына шыны сырты буылдыр, конвекция түрінде шығындалатын жылу
мөлшерінің шамасы көп емес, өйткені металдың үстіңгі қабаты сыртқа
жылу алмастырмайтындай етіп бөлінген. Сол себептен мұндай қарапайым жылу
жәшігімен жеткілікті шамада күн энергиясын жинақтауға болады. Қорғаныш
шыны қабатын арттыру арқылы жәшіктің ішкі жағындағы температураны едәуір
жоғарылатуға болады. К.Г.Трофимов Жылу жәшігінің ішкі жағына 8 қабат
шыны бет орналастырып, оның ішкі жағындағы температураны 2500 С-ге
жеткізген.
Міне, осы Жылу жәшігі тиімділігіне сүйеніп қарапайым күн-су ысытқыш
қондырғылары жасалған. Жоғарыда көрсетілгендей күн сәулесі шыны
қабатына сіңеді. Олай болса, іс жүзінде қажетті мөлшерде ысытылған су алу
үшін шыны қабатының қолайлы түрі қарастырылады, яғни екі немесе үш шыны
қабаты қойылу керек, ал бұл мәселе тікелей тәжірибеде анықталады.
Қазіргі уақытта күн сәулесі түсетін ысытқыш қондырғылардың әр түрлі
конструкциялары жасалынған, дегенмен бұл қондырғылардың негізгі бөлігі
жылу өткізгіштігі нашар әр түрлі құрылыс материалынан жасалған жәшіктен
және ішіне қыздырылатын су жүретін темір немесе пластмассадан жасалған
тұтас металл бетке орналастырылады. Қондырғыштың түп жағы фанермен
қапталады. Фанер мен металл бет аралығына жылу өткізбейтін зат төселеді.
Бұл су ысытқыш – су жүретін құбырлар темір табақшалармен берік жылу
қосылған жағдайда ғана тиімді жылу машинасы болып табылады. Тағы бір айта
кететін мәселе – су жүретін құбыр мен тұтас металл табақшалар берік
жылулық байланыста болу үшін оларды бір-біріне дәнекерлеу керек. Бұл,
әрине, күрделі жұмыс. Сонымен бірге су жүретін металл құбырлар мен металл
табақшаның (металл бет) бос кеңістігінде белгілі бір температура айырымы
(градиенті 160-180 шамасында) пайда болады. Осының нәтижесінде бұл
кеңістікте жылу сәуле түрінде сыртқа шығындалады.
Демек, бұл айтылған фактілер І-ші жүйенің негізгі кемшіліктері болып
табылады.
Бұл жүйенің басқа осы типтес конструкциялармен салыстырғанда мынадай
негізгі артықшылықтары бар:
1) су жүретін құбырлар жазық металл бетке дәнекерленетіндіктен
берік жүйе құрады.
2) жүйе тұтасымен жоғары қысымға төзімді.
Егер екі жазық металл бетті периметрі бойынша электр-контакт әдіспен
дәнекерлеп, сонымен бірге көлденең немесе бойлық бағытта белгілі бір
аралық тастап, нүктелік дәнекерлеу әдіспен дәнекерлесек, онда су жүретін
құбырлары (саңлауы) бар күн-су ысытқыш қондырғының сәулелік энергиясын
сіңіретін қабылдағышын (қазан) жасаймыз. Мұндай типті күн-су ысытқыш
қондырғының өзіндік кемшіліктері де бар. Мәселен, шамалы гидростатикалық
қысымда 0,2-0,2кгсм2 –лік жеткілікті шамада кернеу пайда болып, жазық
металл беттегі жапсарлар сөгіле бастайды.
Көлбеу орналасқан науа тәрізді элементтерден тұратын күн-су ысытқыш
қондырғының жылу қабылдайтын бөлегінен су ағып өте бастаса, онда белгілі
уақыт өткен соң су булана бастайды. Су булары конденсациялық сыртқы
қабықша қызметін атқаратын мөлдік қабықшаға конденсациялана бастайды. Соның
нәтижесінде қондырғыда қосымша жылу шығыны пайда болады. Сонымен бірге
мөлдір қабықшада конденсаттың пайда болуы, оның үстіне келіп түсіп
жатқан күн сәулесіне шағылысу қасиетін төмендетеді. Осының салдарынан
судың тепе-теңдік қалыптағы температурасы да төмендейді. Нәтижеде
қондырғының пайдалы әсер коэффициенті мен жылу өндіріп шығару өнімділігі
кемиді.
Соңғы кезде біздің елімізде және шетел мамандарының жүргізген
зерттеулері бойынша күн энергиясын пайдалану ұсынылып отыр. Мұндай Күн
тоғанды күн-су ысытқыш бассейні деп атайды. Күн тоғанда - суға тұздарды
белгілі мөлшерде қосу арқылы тығыздығы өзгеріп отыратын қабат жасайды.
Тік бағытта тығыздық градиенттің пайда болуы ысыған су қабаттарының
конвекция түрінде араласуына кедергі жасайды және булану нәтижесінде
шығындалатын жылу мөлшерін азайтады. Әрине, мұнда, ең төмен орналасқан су
қабатының температурасы жоғары болады. Теориялық есептеу арқылы мұндай
су ысытқыш бассейндердің қолайлы көлемі анықталған: ауданы 1600м2 ,
тереңдігі 1м. Алдын ала жүргізілген экспериментальді зерттеулер бұл
есептеулердің дұрыс екендігін көрсетіп отыр. Осындай көлеммен жасалған
күн тоғандарындағы төменгі қабаттағы судың температурасы 900 С-ға
жеткен. Бұл жылу энергияны жылу алмастырғыштардың немесе төмен
температурада қайнайтын заттар арқылы алуға болады.
Міне, осы айтылғандардан күн адамның сан алуыан тұрмыстық және
өмірлік мұқтаждығын өтеуі мүмкін бе деген сұрақ туады. Алдымен күн
котеджінің құрылысымен танысайық. Бұл өте қарапайым және оның үлгі-жоба
бойынша салуға болады. Әрине, бұл кезде котедждің төбесі - оңтүстікке
бағытталған горизонтпен 500 бұрыш жасай орналасқан өзімізге белгілі Жылу
жәшігімен қапталады. Мұндай қабылдағыш - үй шатыры күн энергиясын жылу
энергиясына түрлендіреді.
Өзбек ССР Ғылым академиясы физика-техникалық институтының ғалымдары
ұсынған жазық-рифлефті қабылдағыштан тұратын күн-су ысытқыш қондырғысы
жылулық техникалық сипаттамасы жағынан біздің елімізде және шетелдерде
жасалған күн қондырғыларымен салыстырғанда әлдеқайда тиімді екендігі
көрсетіледі. Егер де үйлердің төбесіне қойылатын черепица немесе басқа
да құрылыс материалын немесе басқа құрылыс материалдарымен және сыртын
мөлдік шынымен қаптасақ, онда әр үйдің төбесі және қарапайым күн-сі ысытқыш
қондырғысы даяр болады. Күн сәулелерін толық сіңіру үшін жазық-рифлефті
беттер қара бояумен боялады. Ал оның ішкі каналдарымен су айналысқа түседі.
Мұндай конструкция қарапайым, арзан және тиімді жұмыс істейтін болады.
Осындай қондырғылармен жүргізілген экспериментальды зерттеулер пайдалы
әсер коэффициентінің жоғары болатынын көрсетті. Бұл қарапайым
қондырғылардың пайдалы әсер коэффициенті мына төмендегі қатынаспен
анықталады.
η = QnQж
Мұндағы Qn – қондығыда өндірілетін пайдалы жылу.
Qж – қондырғының бір өлшем ауданы келіп түсетін күннің
сәулелік энергиясы (ккалм2сағ).
Ал қондырғының жылу шығару өнімділігі (тәуліктік)
G = Qncγ (t1-t2) лм2 күн
Мұндағы G - жылу шығару өнімділігі;
С – судың меншікті жылу сыйымдылығы 1ккалкг0С;
γ – судың меншікті салмағы 1кгл;
t1 – қыздырылған судың температурасы 0С;
t2 – суық судың яғни қондырғыға келіп түсетін судың
температурасы 0С;
Qn – пайдалы жылу. Ккал м2 күн;
Qn – пайдалы жылу қондырғыға келіп түсетін күн сәулелік
энергиясына су және ортаның температурасына сонымен бірге қондырғының
конструкция мен орналасуына байланысты шама. Мұндай қондырғылардың
жәрдемімен температурасы 60-700 С және қондырғының 1м2 ауданынан жұмыстық
уақытта 80-100л (80-100лм2 күн) ыстық су алуға болады. Судың
температурасын одан әрі көтеру үшін қондырғыны екі немесе үш қабат мөлдір
шынымен қаптау қажет. Сонымен күн энергиясын ысыту су радиаторлары арқылы
өтіп, бөлмелерді жылытады. Гелиоқондырғының көлемі тұтынушыға байланысты
әр түрлі болуы мүмкін. Есептеулер жеке бір адамның ыстық суға қажеттігін
өтеу үшін күн сәулесін қабылдайтын қондырғы бетінің ауданы 1-1,5м2
болуы жеткілікті екенін көрсетеді. Қарапайым Гелиоқондырғылар алдағы таяу
уақыттарда күнделікті үй тұрмысында, сонымен бірге балалар бақшаларын,
пионер лагеьлерін, стадион, дала қырмандарын, гараждар және сүт фермаларын
ыстық сумен қамтамасыз ететін болады.
Жоғарыда айтқанымыздай қазіргі кезде жасалынған күн-су ысытқыш
қондырғыларының ішінще жазық-рифлефті қабылдағыштың тұратын қондырғы
барлық техникалық-экономикалық жағынан жоғары көрсеткішке ие болып отыр.
Қорыта келгенде бұл қондырғының техникалық-экономикалық сипаттамасы мына
төмендегіше:
Жылу өнімділігі 1м2 аудан температурасы 60-700 С, 80-90литр ыстық су
алуға болады. Пайдалы әсер коэффициенті – 40-60 процент.
1м2 ауданнан маусымда үнемделетін отын – 0,2т шартты отынға тең.
Қондырғының 1м2 жұмысының ауданы шамамен 15-16 сом тұрады. Қондырғының
өзін-өзі өтеу уақыты 2-3 маусым. Ауаның тазарту үшін пайдаланғанда
қондырғының 1м2 ауданнан суық өндіру өнімділігі – 150 ккал (180 квт-
электр энергиясына эквивалент).
Гелиоқондырғы тұрғын үйлерді жылыту және салқындату үшін пайдаланылған
кезде оның бастапқы құны бір қабатты тұрғын үйлер үшін – 15-20 процент, ал
төрт қабатты үйлер үшін 4-6 процентке артады.
Пайдалану шығыны 2-3 үш есе азаяды (гелиоқондырғысыз жылынатын және
салқындатылатын тұрғын үйлер үшін), жұмсалған күрделі қаржы үнемделген
электр энергия және отын ресурстарының есебінен 2-3 жылды қайта өтеледі.
Алдын ала жүргізілген есептеулер Орта Азия және Қазақстан
республикаларында күн-су ысытқыш қондырғыларының ауданы шамамен 40млн м2
тең.
Күн-су ысытқыш қондырғыларын Орта Азия, Қазақстан, Молдавия, Кавказ
республикаларында және РСФСР мен Украина ССР-інің оңтүстік аудандарында
халық шаруашылығының әр түрлі салаларында кеңінен қолдануға болады.
Күн энергиясымен тұщы су өндіру мәселелері
Күн энергиясын пайдаланудың ең негізгі бағыты – ащы суды тұщы суға
айналдыру. Тұщы суды өндіретін қондырғылардың жұмыс істеу принципі
жоғарыдағы Ыстық жәшіктегідей күн сәулесін сіңіріп, суды жылыту емес,
мұндағы сіңірілген жылу – су молекулаларын тұздан бөліп шығарады. Ыстық
жәшік төбесі көлбеу шынымен жабылады. Осы шыныдан өткен күн сәулесі
жәшіктің түбіндегі суды қыздырады. Ұшып шыққан су буы шыныға келіп
конденсацияланады да, көлбеу шынының астыңғы бетімен ағып ыдыста жиыла
береді. Осындай қондырғының 1м2 ауданынан бір тәулікте 5 литрден көбірек
тұщы су алуға болады. Қазіргі кезде Түркменстандағы Бахерден және
Өзбекстандағы Шафрикан совхоздарында күн энергиясының жәрдемімен ащы
суды тұщы суға айналдырып, совхоздың барлық малдарын тұщы сумен суарады.
Әрине, бұл қондырғының жұмыс істеу принципі жоғарыда біз қарастырған
қондырғылар жұмысынан күрделірек.
Енді осы бағыттағы кейбір жасалған және зерттелген мәселелерге қысқаша
тоқталайық.
Еліміздің көптеген аудандарында тұщы судың тапшылығына байланысты
электр энергиясв, органикалық отындар мен атом энергиясын пайдаланып
тұзды судан тұщы су өндіру үшін кең көлемде зерттеулер жүргізілуде.
Мысалы, Батыс Қазақстанда ең ірі өндірістік маңызы бар су тұщылайтын
қондырғы жұмыс істейді. Айта кететін бір мәселе, жер шарының көптеген
елдерінде тұщы су өндіру күрделі мәселелердің бірі болып отыр. Қазіргі
кезде СССР мен АҚШ мемлекеттерінің аралығында энергия ресурстарының кез
келген түрлерін пайдаланып тұщы су өндіру мәселесі бойынша келісім шарт
жасалды.
Тұщы суға қойылатын талаптар және оны өндірудің тәсілдері. Санитарлық-
гигиеналық зерттеулерге сәйкес адам пайдаланатын тұщы судың жалпы
минералдылығы 1000-1500мгл, құрамындағы хлор және сульфат-иондарының
мөлшері 300-400мгл, ал кальций және магний мөлшері 100-200мгл-ден артық
болмауы керек.
Егер де судың құрамында жеке иондардың мөлшері және минералдылығы
жоғарыда келтірілген мөлшерден артық болса, онда организмнің
гипереммерализациялануы, нерв жүйесінің функциональдық жұмысы бұзылады.
Ал әр түрлі мал (қой, сиыр, жылқы, т.б.) суарылатын судың
минералдылығы жоғарыдағы келтірілген мөлшермен салыстырғанда жоғары
болады. Мысалы, көктемде – 7, жаз айларында – 5, күзде – 7 және қыста
83гл болуы керек. Өндіріс және халық шаруашылығының басқа салаларында
технологиялық шикі зат есебінде қолданылатын суға қойылатын талап басқаша
болады, яғни жоғары минералданған суларды ондағы тұздың мөлшерлері 500-
1000мгл мөлшерге жеткенге дейін тұщыту шаралары жүргізіледі. Атап,
айтқанда электр станцияларында пайдаланылатын судың минералдылығы ең
төменгі шамаға дейін, яғни 0,3-0,1мгл жеткізіледі.
Тұщы су алудың тәсілдері. Мұның бірнеше жолдары бар: термиялық
дистеляция немесе қайнанып буландыру, электролиз, мұздату, ионды және
биологиялық жолдары бар. Бұл айтылған тәсілдердің ішінде өндіріс
жағдайында тексерілгені және орнықты жұмыс істейтіне термодистиляциялы
қондырғы болып табылады.
Бұл қондырғыны іске қосу үшін орасан көп мөлшерде энергия
шығындалады. Орталық қатынас немесе мұндай қондырғыны пайдалану өте
тиімсіз болды. Бұл қиыншылықтарды күн энергиясын пайдалану арқылы жеңуге
болады. Тұщы суға мұқтаждық мөлшеріне байланысты күн термодистиляциялық
қондырғының тұщы су өндіру өнімділігі сағатына бірнеше литрден
мыңдаған литр мөлшерінде болуы мүмкін. Шағын күн термодистиляциялық
қондырғылар, экспедициялық партиялар аккумулятор батареяларын және шағын
өндіріс орындарын тұщы сумен қамтамасыз ету үшін қолданылады. Қазіргі
кезде ең үлкен термодистиляциялық қондырғы Аруба аралында (Кариб теңізі)
жұмыс істейді. Оның тәуліктік өнімділігі 12 500 текше метр. Аралдың
55 000 тұрғындары мен мұнай тазарту заводын тұщы сумен қамтамасыз
етеді. Біз алдымен қарапайым, күн-тұщы су өндіретін қондырғының жалпы
құрылысымен және жұмыс істеу принципімен танысайық.
Ыстық жәшік принципінде жасалған тұщы су өндіретін қондырғының
көрінісі 1-суретте көрсетілген. Біз осы қондырғыда өтетін физикалық
процеске қысқаша тоқталайық: перпендикуляр және шашыранды (диффузиялы) күн
сәулесі қондырғының көлбеу орналасқан мөлдір бетіне келіп түседі, онда
жарым-жартылай сіңіріледі және сәулесі шыныдан өтіп кетіп жәшіктің
түбіндегі суды ысытады. Су ыси бастаған соң бет жағынан булану процесі
жүре бастайды, яғни мөлдір бет пен судың үстіңгі қабаты аралығы бу-газ
қоспасына тола бастайды. Ал мөлдір шыны беттің температурасы бу газ қоспа
температурасымен салыстырғанда төмен, олай болса ұшып шыққан су булары
мөлдір шыны беттің төменгі жағында конденсацияланады және шыны бетпен
төмен ағып, арнаулы науа тәріздес каналмен ыдыстарға жинала береді.
Біздің елімізде және шетелдерде жасалынған тұщы су өндіретін
қондырғылардың конструкциялық құрылымы жағынан бір-бірімен
салыстырғандағы олардың негізгі өзгешілігі жәшіктің түпкі жағында
орналасқан тұзды су құйылатын астау формасы мен олардың мөлдір шыны бетке
қарағанда салыстырмалы орналасуында ғана болып табылады.
Күн сәулесін шоғырландырушы айналмалы концентратор жәрдемімен тұщы су
өндіру. Конструкция құрылымының қарапайымдылығы және алғашқы шығынның
қоры аз мөлшерде болғандықтан ыстық жәшік принципімен жұмыс істейтін
тұщы су өндіретін күн қондырғылары шоғырландыру жүйесі бар қондырғыларға
қарағанда өндірісте бірінші болып қолданылады. Дегенмен мұндай
қондырғылардың негізгі кемшілігі жылу қабылдайтын беттің (мөлдір шыны
қабаты) қозғалмайтындығы себептен күн энергиясын толығымен пайдалана
алмайды (күннің азимуттық қозғалысына байланысты) және көп сатылы
қайнату процесін қамтамасыз ете алмайды. Міне, сол себептен қарапайым
бұл қондырғылардағы кемшіліктерді түзету үшін айналмалы шоғырландырғыш-
конденсатор жәрдемімен тұщы су өндіру мәселесін Москва энергетикалық
институтының ғалымдары тасымалды тұщы су өндіретін қондырғы жасады.
Бұл қондырғы негізенен: айналы – конденсатор, бу қазаны, буландырғыш
батареясы және конденсатордан тұрады. Мұнда парабало формалы айналы
конденсатор ауданы 1,13м2 тең. Қондырғының жалпы салмағы 40килограмм.
Жұмыс істеу принципі мына төмендегіше. Күн сәулесі айналы беттен
шағылысп, қара түске боялған буландырғыштың түбіне түседі. Буландырғышқа
тұзды су құйылады және ол атмосфералық қысымда буландырылады.
Буландырғыштан бу резеңке шлангымен конденсаторға жіберіледі, мұнда бу
конденсацияланады және конденсация кезінде бөлініп шығатын жылу мөлшерін
суытқыш қызметін атқаратын конденсаторға қойылған суға береді.
Жүргізілген экспериментальды зерттеулердің нәтижесі қондырғының
жұмыс істеу режиміне сыртқы ортадағы ауаның температурасының өзгерісі
оншалықты әсер етпейтіндігін көрсетеді. Мұның себебі шоғырланған күн
сәулесі келіп түсетін беттің ауданы концентратор ауданымен салыстырғанда
әлдеқайда кіші болатындығына байланысты (3 процент). Егер де Орта Азия
республикаларында желдің орташа жылдамдығын (жылдың ) 5мсек деп есептесек,
онда бұл қондырғының орташа пайдалы әсер коэффициенті 46 процентке тең,
ал тұщы су өндірудің тәуліктік өнімділігі 5л. Түркмен ССР-інде және
еліміздің оңтүстік аудандарында жүргізілген зерттеулер бұл қондырғының
мүлтіксіз жұмыс істейтіндігін дәлелдеді.
Тасымалды регенеративті тұщы су өндіретін қондырғы. Мемлекеттік
оптикалық институт (МОИ) жобалаған тұщы су өндіруші тәжірибелік қондырғы
алғаш рет 1939 жылы жасалды. Қондырғының салмағы 132килограмм. Қондырғы
бу қазанынан (бұл бірінші сатылы буландыру қызметін атқарады) және
конденсатордан (екінші сатылы буландырғыш қызметін атқарады) тұрады. Бу
қазанының пайдалы 2,42м2 , электрополимерленген аллюминийден жасалынған,
парабало - цилиндр формалы шағылыстырушы беттен, тұзды су құйылатын
темір құбырдан тұрады. Конденсатор негізінен төрт бөлімнен тұрады:
изоляцияланған төменгі латун корпустан, латуннан жасалған үш ыдыстан
жоғары изоляцияланған латун корпустан және қақпақтан тұрады. Қондырғының
жұмыс істеу принципі мына төмендегідей: күн энергиясы бу қазанындағы
тұзды суды қайнатады. 1 атмосфералық қысымда қаныққан бу конденсаторға
келіп құйылып, температурасы төмен ыдысқа келіп соқтыққан кезде
конденсацияланып, (жасырын булану есебінде бөлінетін жылу мөлшерін
екінші ыдыстағы тұзды суға береді), осы жылудың есебінен 2-ші ыдыстағы
тұзды су булана бастайды. 1-ші ыдыста пайда болған бу 2-ші ыдыспен
жанасқан кезде өзінің жылуын алмасады, нәтижеде конденсацияланады. Бұл
типтес қондырғымен жүргізілген зерттеулер оның орташа п.ә.к 30-40
процент болатындығын көрсетті. Айналы бетке келіп түсетін күн
энергиясының орташа мәні 700 ккалм2 с болса, онда қондырғы 1,3 кгс бу
бере алады. Бұл будың есебінен конденсатордағы қосымша, булану бу қазаны
өнімділігінің 74 процентіне тең. Сонымен қондырғының сағатпен алған
өнімділігі 1,3*1,74 – 2,26кг тұщы су мөлшері болады. Ал тәуліктік
өнімділігі ЛЗ.
Бұл қондырғымен жүргізілген зерттеулер, бу қазанының өнімділігі 4,9-
2,1 кгсағ. сәйкес үйлесімді регенерациялау коэффициенті 1,84
болатындығын көрсетеді. Сол себептен бу қазанының өнімділігі 1,9-2,1кгсағ.
аралықта болу үшін шағылыстырушы беттің ауданын 3,5м2 дейін ұлғайту тиімді
болып есептеледі. Бұл кезде қондырғының тәуліктік өнімділігі 35-40 литрге
дейін жетеді.
Үш сатылы регенеративті қондырғы. Қондырғы мына бөліктерден: диаметрі
10 м парабалоид формалы конденсатордан, бу қазаны, тұзды суды қыздыратын
аспаптан, үш буландырғыш корпус және конденсатордан тұрады. Көп сатылы
тұщы су өндіретін қондырғының жұмыс істеу принципі мына төмендегідей:
қазанынан шыққан бу 1-ші сатылы буландырғышқа жіберіліп онда
конденсацияланып, өзінің жылуын тұзды суға береді. Егер де тұзды су беті
қабатынан пайда болған буды (2-ші бу) 2-ші сатылы буландырғышқа жіберіп
және 2-ші будың температурасы 1-ші буландырғыштағы тұзды судың қайнау
температурасынан жоғары болатындай етіп тұзды судың төменгі жағынан
қысыммен ұстап тұратын болсақ, онда 2-ші буландырғышқта 1-ші
буландырғыштағыдай қайнау процесі жүреді. 1-ші буландырғыштан тұзды суды
2-ші булындырғышқа жіберетін болсақ, онда екі сатылы тұщы су өндіретін
қондырғы шығарып аламыз.
1952 жылы Ташкентте жүргізілген зерттеулер үш сатылы қондырғының берік
және сенімді жұмыс істейтіндігін көрсетті.
Ыстық жәшік тиімділігіне негізделіп жасалған тұщы су өндіруші
қондырғылардың бір-бірінен өзгешелігі олардың техникалық
конструкцияларының құрылымында ғана болады. Бұл қондырғылардың мөлдір
шынымен қапталған бетін сыртқы ауа ағымы қамти ағатын болса, онда белгілі
бір мөлшерде жылу шығыны пайда болады. Қондырғының ішкі жағындағы
температура келіп түскен күн энергиясы жылу шығынын теңгергенге дейін
өсе береді.
Бұл айтылған қондырғының негізгі кемшілігі шыны беті күн спектрінің
белгілі саласына мөлдір және конденсацияланатын бу үшін салқындатқыш
қызметін атқаратындығында. Өйткені бу конденсацияланған кезде жылу бөлініп
шығады, сол себептен бұл бет арқылы өтетін жылу шығынының мөлшері арта
береді. Сонымен бірге бұл бет күннің сәулесін жарым-жартылай сіңіретін
себептен, будың конденсациялануы нашарлай түседі. Міне, осы айтылған
құбылыстарды болдырмау мақсатымен Өзбек ССР Ғылым академиясының ғылыми
қызметкерлері булану және конденсация беті бір-бірімен дараланған
қондырғының жүйесін ұсынды. Мұнда тұзды су алдымен булану камерасында
буланып, одан соң конденсация камерасына жіберіледі. Әрине, бұл жүйенің
негізгі кемшілігі жылу шығына әдеттегі қондырғыларға қарағанда әлдеқайда
көп болады. Сол себептен бұл қондырғылар болашаққа жолдама ала алмайды.
Осы жоғарыда келтірілген тұщы су өндіретін қондырғылардың техника-
экономикалық сипаттамасына қысқаша тоқталайық.
Тұщы су өндіру өнімділігі 3-5лм2 –ден өзін-өзі өтеу уақыты 3,5-4
маусым (жыл). Ал өндірілген тұщы судың өзіндік құны автомобильмен
таситын судың өзіндік құнымен салыстырғанда 1,5 есе арзан.
Алдын ала жүргізілген есептеулер бойынша, Орта Азия мен Қазақстан
республикаларында тұщы су өндіретін қондырғыға қажетті ауданы 104 шаршы
метрге тең.
Тұщы су өндіретін тасымалды қондырғының техникалық-экономикалық
сипаттамасы:
1м2 ауданға ие болған қондырғының салмағы – 10 кг. Тұщың су өндіру
өнімділігі - 9 – 10лм2 тәулік. Өндірілген тұщы судың құны - 1т (2-
3сом). Өзін-өзі өтеу уақыты – 1 жыл. 1 м2 қондырғының құны болжамды
есептеулер бойынша - 8 – 10 сом.
Өндірістік маңызы бар тұщы су өгдіретін қондырғы. Түркмен ССР Ғылым
академиясының физикалық-техникалық институты мен СССР Мелиорация және су
шаруашылығы министрлігіне қарасты Гипроводхоз ғылыми зерттеу институтының
ғылыми қызметкерлері негізгі құрылымы темір бетоннан тұратын тұщы су
өндіретін қондырғы мен суарма құрылыстарын жүзеге асырды. Бұл жұмыстар
негізінен Бахерден совхозына қарасты (Түркмен ССР-ы) Овезші батпақты
учаскесі мен жайылымды жерді игеру үшін жүргізіледі. Әуелде, бұл
территория жердің қалың қабатынан шығатын судың минералдық дәрежесі
өте жоғары болғандықтан (27гл) пайдаланылмай келген. Мұнда жылына 2400м3
тұщы су өндірілетін және сәйкес қондырғының жұмысының ауданы 2400м2
етіп жасалған. Тереңдігі 12м құдықтан тұщы су күн энергиясымен жұмыс
істейтін фотоэлектрлі су тартушы қондырғымен шығарылады. Бұл қондырғының
жобасын Бүкілодақтық жаңа ток көздерін табу ғылыми зерттеу институтының
ғылыми қызметкерлері жасаған. Жоба бойынша қондырғы әрқайсысы 600м2
ауданнан тұратын жеке 40 секциядан құралады. Ал әрбір секция өз бетінше
жұмыс істейтін 18 отсектен (бөлек жай) тұрады. Отсектің ені 1,3м,
ұзындығы 25м, екі отсектің арақашықтығы 70см. Тұзды су құйылатын
астаудың тереңдігі 8 см. Әрбір отсек батыстан шығыс бағытқа қарай шамалы
көлбеу бұрыш жасайтындай етіп жазық жерге орналастырылған. Ал қондырғыға
тұзды су құйып дайындау арнаулы бак-аккумулятордан тұзды су құйып
өздігінен ағуы арқылы іске асырылады. Жаз айларында қондырғыға тұзды су
әрбір 10 күннен кейін қайта құйылып отырылады, ал жыл мезгілінің басқа
қалған кезеңдерінде 30-45 күннен кейін қайта құйылып отырады. Әрбір
секцияға тұзды су құйып дайындау арнайы құбыр арқылы жүргізіледі. Ал
дистилят (тұщы су) әрбір отсектің оң және сол қабырғаларынан алынып,
бакта жиналады. Барлық ағызып апаратын құбырлар тұщы сумен атмосфералық
қалдықтарды жинақтайтын бак-аккумуляторға келіп қосылады. Әрбір отсектің
соңына кедергі қойылған, бұл кез келген уақытта осы отсекті басқа
отсектерге тәуелсіз босатып алуға мүмкіндік береді. Әрбір бөліп және отсек
бір-біріне тәуелсіз, жеке жұмыс істейді, яғни бір отсек немесе секцияда
байқалған ақаулық (өзгешелік) басқаларға ықпалын тигізбейді. Сонымен
бірге отсектің кез келген бір учаскесінде болған олқылық сол отсектің
толығымен өнімді жұмыс атқаруына әсер етеді. Әрбір отсектердің бір-
біріне тәуелсіз жұмыс істеуі мұндай қондырғының өнімділігін (тұщы су
өндіру) секция және отсек санын көбейту арқылы өзгертуге болады. Секция
және отсек санының артуы сәйкес дистилят ағып шығатын және тұзды су
келіп құйылатын қосымша құбырлардың санының артуына алып келеді. Сол
себептен қарапайым тұщы су өндіретін қондырғының техникалық-экономикалық
көрсеткіші оның қуатына тәуелсіз болады. Бұл ерекшелік экономикалық
жағынан тиімді шағын қуаты бар дербес қондырғылар жасауға мүмкіншілік
береді. Міне, осы жоғарыда келтірілген өндірістік маңызы бар қондырғымен
1968 жылғы 15 сентябрьден бастап экспериментальдық сынаудан өткізілген
мынадай шамаларға өлшеу жүргізілген: күн радиациясы, ортаның температурасы
(ауаның) және қондырғының өнімділігі. Бір жыл бойы үзбей жүргізілген
зерттеулерге жасалған талдау және техникалық –экономикалық есептеулер
мұндай қондырғыларды мал жайылымдарын суландыру үшін кеңінен қолдануға
болатындығын көрсетеді. Тағы да айта кететін мәселе, темірбетоннан жасалған
қондырғының инерция қабілеті өте жоғары, ал олай болса, бұл қондырғының
түнгі өнімділігі едәуір жақсарады деген сөз. Өйткені күн бойына
қондырғыда аккумуляцияланған энергия сыртқы ортамен жылу алмасу
нәтижесінде өзінің жылуын қайтадан суға береді, соның нәтижесінде ол
буланады. Қондырғы жер бетіне орналасқандықтан күн бойына оның жермен
жанасқан учаскесінде энергия аккумуляцияланады. Егерде отсектердің
аралығы алшақ болса, онда бұл аккумуляцияланған энергияның көп мөлшері
түнгі кезде сыртқы конвекцияның әсерінен ортаға таралып кетеді. Ал
отсектер жақын орналасатын болса (10-20см), онда – сыртқы ортаға
берілетін жылу тек қана шеткі отсектерден ғана болады.
Құмды шөл жағдайында темірбетон тапшы материал және ол қымбатқа
түседі. Сол себептен темірбетонді материалды құмбетонмен алмастырсақ
онды қондырғы 2-3 есе арзандайды. Соңғы кеззе шетелдерде және біздің
елімізде әр түрлі өндірістерде пайдаланылған жылуды тұщы су өндіру үшін
пайдалану мәселесі жөнінде жұмыстар жүргізіліп келеді. Мысалы, дизель
қозғалтқышында барлық жылудың 30 проценті ғана пайдалы жұмсалынады, ал
қалған 70 проценті сыртқа шығарылып тасталынады. Егер де суытқыш есебінде
су пайдаланылатын болса, онда осы сыртқы шығын болатын жылудың 40
процентін қайтадан пайдаға асыруға болады. Міне, осы атмосфераға пайдасыз
шығарылып тасталған жылудың тұщы су өндіру процесінде пайдалансақ,
онда біздер қазіргі қолданылып жүрген күн-тұщы су өндіретін
қондырғылардың тиімділігін арттырған болар едік. Өндірісте пайдаланылған
жылу және термальды жылу көздерін күн энергиясымен тұщы су өндіретін
қондырғыда пайдаланудың негізінен мынадай артықшылықтары бар:
1) өндірілген тұщы судың өзіндік құны төмендейді;
2) қондырғының алатын орны (ауданы) әлдеқайда азаяды (15 шамаға);
3) метеорологиялық факторлардың өзгеруі қондырғының жұмыс істеу
режиміне ықпал етпейді.
Енді осы бағытта Қазақстан гелиотехник ғалымдары (Жамалов А.,
Джубалиева П.А.) жүргізіп жатқан жұмыстарына тоқталайық. Қазақтың
мемлекеттік Абай атындағы педагогикалық институтының жанындағы гелиотобы
1970 жылдан бері күн энергиясымен және тұщы су өндіру мәселесімен
айналысып, зерттеу жұмыстарын жүргізіп келеді. Маңғышлақ облысына қарасты
Шағырлы учаскесінде тұщы су өндіретін тәжірибелік қондырғы орнатылып,
оның жұмыс істеу режимі 1973-74 жылдар аралығында сынаудан өткізілді. Енді
осы қондырғының жұмыс істеу режимін әңгімелейік.
Термальды су жылуын тұщы су өндіруге пайдалану
Күн-тұщы су өндіретін қондырғы жоғары жағы шынымен қапталған, ал ішкі
жағы қара түске боялған жылу өткізбейтін қабыршақты қабаттан жасалған.
Перпендикуляр және диффузиялы күн сәулесі шыны бетке сіңеді, шағылады, ал
қалған бөлігі тұзды судың қыздыруға жұмсалады. Судың булану нәтижесінде
су мен шыны бет аралығындағы кеңістікте бу-ауа қоспасы пайда болады және
бұл қоспа шыны бетпен жанасқан кезде конденсацияланып, шыны бетпен жұқа
пленка түрінде төмен ағып түсіп, бақ-жинағышқа барып құйылады.
Термальды су жылуын пайдаланған кезде қондырғы ағып өтетін схема да
жұмыс істейді. Бұл кезде қондырғы әрі жұмыстық зат есебінде пайдаланып
отырған – термальды судың оптималь ағып өту (булану және конденсация
процесі үздіксіз жүріп тұру үшін) жылдамдығын қамтамасыз ету үшін арнаулы
тетіктермен жабдықталады. Термальды су жылуын пайдалану қондырғының,
бұлыңғыр күндері және түнгі кезде үздіксіз істеуіне мүмкіндік береді.
Қозғалыстағы бу-газ қоспасынан бу конденсациялану процесі жүре ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz