太陽(yáng)能制冷技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用探究

朱成楊

摘要：文章通過(guò)結(jié)合筆者的工作實(shí)踐，主要闡述了太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)的現(xiàn)狀及類(lèi)型，從中提出了太陽(yáng)能制冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。并通過(guò)結(jié)合工程實(shí)例，探討了太陽(yáng)能制冷技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，旨在為太陽(yáng)能制冷空調(diào)系統(tǒng)的推廣和發(fā)展提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；制冷空調(diào)；設(shè)計(jì)原理；應(yīng)用

1引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，空調(diào)系統(tǒng)在各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，由此給能源、電力和環(huán)境帶來(lái)很大的壓力。因此，清潔安全的太陽(yáng)能制冷空調(diào)技術(shù)成為人們首要關(guān)注的焦點(diǎn)。

上世紀(jì)70年代，我國(guó)開(kāi)始對(duì)太陽(yáng)能制冷技術(shù)進(jìn)行研究。1987年，在深圳建成了國(guó)內(nèi)首個(gè)太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)制冷能力為14kW。1995年又分別在廣東江門(mén)市和山東乳山市建立了100kW的太陽(yáng)能空調(diào)熱水系統(tǒng)和100kW的太陽(yáng)能吸收式空調(diào)及供熱綜合系統(tǒng)。目前，我國(guó)至少有10套太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)工程投入使用，其中包括太陽(yáng)能吸收式制冷系統(tǒng)和太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)。鑒于此，本文結(jié)合筆者的工作總結(jié)，主要論述了太陽(yáng)能制冷技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2 太陽(yáng)能制冷空調(diào)系統(tǒng)概述

2.1 太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)

太陽(yáng)能制冷，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能，再利用熱能使系統(tǒng)達(dá)到并維持所需的低溫。

目前利用太陽(yáng)能制冷主要有四種方法：一是吸收式制冷，主要是利用太陽(yáng)輻射能驅(qū)動(dòng)溴化鋰水溶液或水溶液的吸收式制冷系統(tǒng)；二是吸附式制冷；通過(guò)利用吸附中的固體吸附劑對(duì)制冷劑的周期性吸附、解吸附過(guò)程實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)；三是利用太陽(yáng)能加熱通過(guò)集熱器內(nèi)低點(diǎn)介質(zhì)，經(jīng)氣化后通入氣輪機(jī)驅(qū)動(dòng)制冷，即壓縮式制冷；四是太陽(yáng)能經(jīng)集熱器產(chǎn)生一定壓力的蒸汽實(shí)現(xiàn)噴射制冷。由于壓縮式制冷需要的集熱器溫度高，集熱器成本高，而蒸汽噴射式制冷不但集熱器成本高，效率也低，目前很少采用。而吸收式制冷系統(tǒng)因其設(shè)備較簡(jiǎn)單，加工要求較低，又可以在較低的熱源溫度下運(yùn)行，一般使用平板式集熱器就可滿(mǎn)足要求，所以在空調(diào)方面應(yīng)用較多，

2.2 吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)

吸收式制冷是利用兩種物質(zhì)所組成的二元溶液作為工質(zhì)來(lái)運(yùn)行的。這兩種物質(zhì)在同一壓強(qiáng)下有不同的沸點(diǎn)，其中高沸點(diǎn)的組分稱(chēng)為吸收劑，低沸點(diǎn)的組分稱(chēng)為制冷劑。吸收式制冷就是利用溶液的濃度隨著溫度和壓力的變化而變化這一物理性質(zhì)，將制冷劑與溶液分離，通過(guò)制冷劑的蒸發(fā)而制冷，又通過(guò)溶液實(shí)現(xiàn)對(duì)制冷劑的吸收。

常用的吸收劑（制冷劑組合有2種：一種是溴化鋰——水，適用于大中型中央空調(diào)。另一種是水——氨，適用于小型家用空調(diào)。目前使用較多的是溴化鋰——水這組吸收劑。兩者比較氨-水吸收式制冷系統(tǒng)與溴化鋰-水吸收式制冷系統(tǒng)比較

從吸收式制冷循環(huán)角度看，目前有兩級(jí)、單效、雙效、三效以及單效/兩級(jí)等復(fù)合式循環(huán)，單效、雙效制冷機(jī)熱力系數(shù)較低，而三效乃至四效等仍處于試驗(yàn)研究階段。

2.3 太陽(yáng)能吸收式制冷空調(diào)

太陽(yáng)能吸收式制冷主要是利用太陽(yáng)集熱器將水加熱，為吸收式制冷機(jī)的發(fā)生器提供其所需要的熱媒水，從而使吸收式制冷機(jī)正常運(yùn)行，達(dá)到制冷的目的。理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果都已經(jīng)證明，熱媒水的溫度越高，制冷機(jī)的性能系數(shù)COP，這樣空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率也就越高。例如若熱媒水溫度60℃左右則制冷機(jī)COP約0～40%；若熱媒水溫度90℃左右則制冷機(jī)COP約0～70%；若熱媒水溫度120℃左右，則制冷機(jī)COP可達(dá)110%以上。

各種循環(huán)類(lèi)型吸收式制冷系統(tǒng)COP（如表2所示）。不同類(lèi)型的吸收式制冷系統(tǒng)對(duì)應(yīng)著不同的熱源溫度范圍，對(duì)于兩級(jí)和單效型制冷機(jī)，采用價(jià)格低廉的平板型集熱器比較適合，而對(duì)于雙效或三效型則必須采用聚光型集熱器。

常規(guī)的吸收式空調(diào)系統(tǒng)主要包括吸收式制冷機(jī)、空調(diào)箱（或風(fēng)機(jī)盤(pán)管）、鍋爐等幾部分，而太陽(yáng)能吸收式空調(diào)系統(tǒng)是在此基礎(chǔ)上再增加太陽(yáng)集熱器、儲(chǔ)水箱和自動(dòng)控制系統(tǒng)。

在夏季，被集熱器加熱的熱水首先進(jìn)入儲(chǔ)水箱，當(dāng)熱水溫度達(dá)到一定值時(shí)，由儲(chǔ)水箱向制冷機(jī)提供熱媒水。從制冷機(jī)流出并已降溫的熱水流回儲(chǔ)水箱，再由集熱器加熱成高溫?zé)崴?；制冷機(jī)產(chǎn)生的冷媒水通向空調(diào)箱，以達(dá)到制冷空調(diào)的目的。當(dāng)太陽(yáng)能不足以提供高溫?zé)崦剿畷r(shí)，可由輔助鍋爐補(bǔ)充熱量。

在冬季，同樣先將集熱器加熱的熱水進(jìn)入儲(chǔ)水箱，當(dāng)熱水溫度達(dá)到一定值時(shí)，由儲(chǔ)水箱直接向空調(diào)箱提供熱水，以達(dá)到供熱采暖的目的。當(dāng)太陽(yáng)能不能夠滿(mǎn)足要求時(shí)，也可由輔助鍋爐補(bǔ)充熱量。

3 太陽(yáng)能制冷技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

某項(xiàng)目位于城市主城區(qū)，該市是全國(guó)日照最少的地區(qū)之一，其中該地區(qū)的年平均太陽(yáng)輻射在3400MJ/m2左右。項(xiàng)目所處位置為平地，鄰近為一棟10層的居民樓，北面緊鄰城市I級(jí)主干道。

方案整體擬采用風(fēng)冷模塊機(jī)組提供夏季制冷和冬季采暖需求，僅在部分房間（約500m2）設(shè)計(jì)采用太陽(yáng)能吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)作為輔助能源供給形式。

3.2 太陽(yáng)能吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)多重考慮并結(jié)合實(shí)際情況，并未將太陽(yáng)能集熱器設(shè)計(jì)在太陽(yáng)輻射較強(qiáng)的屋頂或是南面墻體上，而是選擇在西墻面上集中安裝集熱器。鑒于西墻實(shí)體部分多于南墻并且在夏季最熱的下午2～5點(diǎn)所接受到的輻射很強(qiáng)，而突破傳統(tǒng)提出一種新的嘗試。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，太陽(yáng)能儲(chǔ)量豐富既可免費(fèi)使用又無(wú)需運(yùn)輸，清潔安全對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染，是一種值得推廣的低品位自然能源，也是未來(lái)人類(lèi)首選的最可期待的能源之一。盡管太陽(yáng)輻射的不連續(xù)性及不穩(wěn)定性將給太陽(yáng)能制冷空調(diào)系統(tǒng)帶來(lái)一些不利影響，但是因其可以發(fā)揮夏季制冷、冬季采暖、全年提供熱水的綜合優(yōu)勢(shì)，必將取得顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)和環(huán)境效益。

參考文獻(xiàn)：

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