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太阳能空调技术

摘要：太阳能空调具有环保节能的优点,是当前制冷技术研究中的热点。本文综合介绍了太阳能空调技术的开发价值,几种太阳能空调技术的原理和特点,太阳能空调的优点,并对太阳能空调技术的发展与现状做了分析。

关键词：太阳能 吸收式 吸附式 喷射式 应用与前景

Abstract: solar energy air conditioning with environmental protection and energy saving advantages, is the current hot spot in the field of refrigeration technology. This paper introduces the solar energy air conditioning technology development value, several kinds of solar air conditioning technology principle and the characteristic, the advantage of solar air conditioning, and solar air conditioning technology development and analyzes the present situation of.

Key words: solar absorption type adsorption type jet type application and Prospect

一.前言：
太阳能是人类取之不尽、用之不竭、随处可得的廉价、无污染且安全的能源。每年到达地球表面的太阳辐射能约为目前世界能耗总和的2万倍。基于太阳能源的种种优势，世界各国日益重视太阳能的研究开发和应用。在太阳能的利用中，太阳能空调技术是一个极具发展前景的领域，也是当前制冷技术研究的热点。

二.太阳能空调的技术特点：
从理论上，太阳能空调的实现有两种方式，一是先实现光电转换，再用电力驱动常规压缩式制冷机进行制冷；二是利用太阳能的热能驱动进行制冷。对于前者，由于大功率太阳能发电技术的昂贵价格，目前实用性较差。因此，太阳能空调技术一般指热能驱动的空调技术。当然，广义上的太阳能空调技术也包括热驱动和地下冷源空调技术。
由于技术、成本等原因、太阳能空调一般采用吸收式和吸附式制冷技术。吸收式制冷技术是利用吸收剂的吸收和蒸发特性进行制冷的技术，根据吸收剂的不同，分为氨---水吸收式制冷机和溴化锂---水吸收式制冷剂两种。吸附式制冷技术是利用固体吸附剂对制冷剂的吸附作用来制冷，常用的有分子筛---水、活性炭---甲醇吸附式制冷。两种制冷技术均不采用氟利昂，可以避免对臭氧层的破坏作用，具有特别的意义；并且二者采用较低能级的能源，在节能和环保方面有着光明的前景。另外，吸附式制冷系统运行费用低（或无运行费用），无运动部件，寿命长，无噪声，尤其在航空、航天等特殊领域广泛运用。
对于太阳能制冷技术，因为要照顾到集热器的效率等，就不得不采用比较低的热源温度。所以，太阳能驱动的制冷机存在效率较低的问题。随之而来的，从集热器，制冷机等相应的成本分配来看，集热温度，冷水温度及冷却水温度各应为多少，才能建立一个最为经济合理的太阳能空调系统，也是尚待解决的课题。另外，由于太阳能的收集存在实效问题，蓄热技术也必须得到很好的解决，一个较好的蓄热系统可以弥补太阳能的不可靠性和间断性。

总体来说太阳能空调技术的优点有如下：
1.节约能源。据统计 ,国际上用于民用空调所消耗的电能约占民用总电耗的 50 % ,而太阳能取之不尽、之不竭 ,利用太阳能空调将大大节约能源。
2.安全环保。根据《蒙特利尔议定书》,目前压缩式制冷机使用的 CFC类工质因为对大气臭氧层有破坏作用应停止使用。而太阳能制冷一般采用非氟氯烃类物质作为制冷剂 ,臭氧层破坏系数 (ODP)和温室效应系数 ( GWP)均为零。
3.热量的供给和冷量的需求在季节和数量上高度一致。太阳辐射越强、温度越高 ,冷量需求也越大 ,这是人与自然和谐的理想境界。基于太阳能空调技术种种优点 ,世界各国日益重视对它的研究开发和应用。
三.太阳能吸收式空调技术
吸收式制冷是根据吸收剂强烈的吸收制冷剂的特性，利用热能驱动溶液进行制冷。吸收式制冷是利用溶液浓度的变化来获取冷量的装置，即制冷剂在一定压力下蒸发吸热，再利用吸收剂吸收冷剂蒸汽。根据吸收剂的不同，可分为氨---水吸收式制冷和溴化锂---水吸收式制冷两种。将太阳能引入吸收式制冷系统作为驱动热能，可大大降低系统的运行成本，改善其运行性能。
目前，国内所研究、开发的吸收式太阳能空调系统大都采用常规的闭式循环。Alizadeh[1]提出一种由太阳能驱动的三效压缩的吸收式冷却器，这种吸收制冷技术减小了集热器的面积，在发生温度为140℃时，冷却器的COP值为1.5。为了测定太阳能吸收式制冷中管子内部沸腾的混合溶液的传热系数，Rivera等[2]提出了一种以氨水---硝酸锂为混合同业的间歇式制冷系统，这个系统由发生器、吸收器、冷凝器、真空管和蒸发器组成，试验结果表明，此系统在发生温度为120℃，冷凝温度为40--44℃时，系统的效率在0.15—0.4之间。陈亚平等[3]对溴化锂溶液的回热流程加以改进，提出一种适合于太阳能和其他低温热源的新型1.x级溴化锂吸收式制冷循环之间，故称此循环为1.x级循环的性能指标明显高于两级循环。李新梅[4]设计的5kw吸收式制冷机组为板式换热器的管壳式换热器的结合体，经过数值计算模拟，在板式预冷器中，液体对流换热系数可达到2—10kw/（㎡·k）。万忠民等[5]提出了一种新型太阳能混合吸收式制冷空调系统，在混合吸收式制冷循环增设附加高压发生器，克服了传统吸收式系统整体效率低的弊端，制冷系数高达0.61，整体效率比两级吸收式太阳能空调系统提高幅度最大为94.5%。
四.太阳能吸附式空调技术
固定床吸附式制冷技术
吸附式制冷是利用固体吸附剂对制冷剂的吸附作用来制冷，常用的有分子筛—水。活性炭—甲醇吸附式制冷。由于太阳能吸附式制冷系统一般在负压下工作，使用一段时间后，制冷性能会变坏，最终停止工作，为了避免这种现象的发生，李云苍等[6]提出用化学性能稳定的玻璃做吸附床和太阳能集热器，试验结果证明是可行的。
根据吸附剂与吸附质之间作用关系不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是依靠吸附剂与吸附质分子之间的弱范德华力来实现吸附过程的。化学吸附是吸附质分子与吸附剂表面原子发生化学反应，生成表面络合物的过程。一个基本的吸附式制冷系统由吸附床（集热器）、冷凝器、蒸发器和阀门等构成。基本循环过程是利用太阳能或者其他热源，使吸附剂和吸附质形成的混合物在吸附器中发生解吸，放出高温高压的制冷剂气体进入冷凝器，冷凝出来的制冷剂液体由节流阀进入蒸发器。制冷剂蒸发时吸收热量，产生制冷效果，蒸发出来的制冷剂气体进入媳妇发生器，被吸附后形成新的混合物，从而完成一次吸附制冷循环过程。基本循环是一个间歇式的过程，循环周期长，COP值低，一般可以用两个吸附床实现交替连续制冷，通过切换两床的工作状态及相应的外部加热冷却状态来实现循环连续工作。常有的吸附对主要有：活性炭—甲醇、沸石—水、硅胶—水、金属氢化物—氢（物理吸附）等，目前应用较多的是前两者。各工质对的吸附动力学特性是吸附制冷的基础研究内容。
吸附式制冷具有结构简单、一次投资少、运行费用低、实用寿命长、无噪音、物污染环境、能有效利用低品位热源等一系列有点。与吸收式制冷系统相比，吸附式系统不存在结晶问题和分馏问题，且能用于振动、倾颠或旋转的场所。一个设计良好的固体吸附式制冷系统，其价格效用比可优于蒸汽压缩式制冷系统。
五.太阳能喷射式空调技术
制冷剂在换热器中吸热后汽化、压 ,产生饱和蒸汽 ,蒸汽进入喷射器 ,经喷嘴高速喷出膨胀 ,在喷嘴附近产生真空 ,将蒸发器中的低压蒸汽吸入喷射器 ,经喷射器出来的混合气体进入冷凝器放热、晶 ,然后冷凝液的一部分通过节流阀进入蒸发器吸收热量后汽化 ,这部分工质完成的循环是制冷循环。另一部分通过循环泵升压后进入换热器 ,重新吸热汽化 ,这一部分循环称为动力循环。循环泵是此系统唯一的运动部件 ,结构简单、行稳定、靠性好 ;但 COP值较低。
对于太阳能空调技术 ,因为要考虑到集热器的效率等 ,就不得不采用比较低的热源温度 ,所以太阳能驱动的制冷机存在效率较低的问题。同时 ,从集热器、冷机等相应的成本分配来看 ,集热温度、水温度及冷却水温度应各为多少 ,才能建立一个最为经济合理的太阳能空调系统 ,也是尚待解决的课题。另外 ,由于太阳能的收集存在着时效问题 ,蓄热技术也必须得到很好地解决 ,一个较好的蓄热系统可以弥补太阳能的不可靠性和间断性。
虽然与压缩式制冷相比 ,太阳能制冷技术目前还不是很成熟 ,但是因为其环保节能的特点 ,决定了它良好的发展前景。因此 ,太阳能空调要得到广泛应用 ,一方面要大力开发高效太阳能集热板 ,提高热力学性能 ;另一方面要走产业化发展的道路 ;同时 ,政府从财政和金融方面采取刺激措施 ,是促进可再生能源技术商业化 ,提高市场渗透率和经济竞争力的重要政策手段。特别是在商业化初级阶段 ,由于新技术的价格承受力与政府推广目标之间存在差距，政府的支持往往是市场发育的关键因素。
六.太阳能空调技术的应用前景
在世界能源日益紧张。空调能耗逐年增加的情况下，采用更为节能的空调系统是人类共同需求。以太阳能为驱动热源的空调制冷系统，既节约了能源，还不使用破坏大气层的氟利昂等有害物质，是名符其实的绿色空调。在节能和环保方面有很大的发展潜力。
太阳能空调技术多是建立在太阳能集热器基础上，一方面，由于太阳能的利用效率低、价格高、并且受时效影响，对于居住相对集中的楼房来说，如果楼房的设计没有考虑到太阳能空调，集热器的安装将受到很大的限制；另一方面，太阳能制冷有多种形式，但就目前的研究现状来看，各种不同形式的制冷系统都多少存在着不足，所有限制了太阳能系统的运行效率，以及各种制冷循环的联合运行都是将来研究的重点领域。随着太阳能空调系统设计制造的软硬件系统、技术标准、配套设备的发展，并依托绿色建筑这个发展的建筑市场，太阳能在空调制冷中的研究应用一定会有很大的发展。

七.结语
太阳能用于空调技术很有发展前景，并且是大势所趋，但用于太阳能转换的设备投资较高，其技术尚需进一步完善，并且还缺乏一些对系统的操作运行有实际经验的建筑师。施工者和设计者，这将给太阳能空调技术的发展和应用带来一定的困难。因此，目前急需解决的问题有：降低系统成本，减小系统体积，提高系统运行的稳定性和可靠性，提高系统的效率和运行系数，提高系统自动化程度等。
我国是发展中国家，地域辽阔，人口众多，电力资源分布严重不均衡，但是大多数地方，特别是西部地区阳光照射充足，随着人们生活水平的提高，对空调的需求将大大增加，而太阳能空调技术正好满足这种需求，因此必有广阔的发展和应用前景。

参考文献

[1] Shahab Alizadeh ,Multi - pressure absorption cycles in solar refrigeration :A technical and economical study ,Solar Energy , 2007年 3月 2000 ,69 (1) :37 - 44

[2]C.O.Rivera and W.Rivera，modeling of intermittent solar absorption refrigeration system operating with ammonia-lithium nitra mixture,solar energy materials and solar cells,2003,76(3):417-427

[3]陈亚平，等.太阳能1.x级溴化锂吸收式制冷循环性能分析[J].东南大学学报，2005，35（1）：90-94

[4]李新梅.小型溴化锂吸收式制冷系统的优化设计[J].能源研究与利用，2006，（4）：14-16

[5]万忠民，等.太阳能混合吸收式制冷空调系统的性能研究[J].华中科技大学学报，2006,34（8）：62-64

[6]李云苍，eric，J.Hu，等.新型太阳能吸附式制冷系统研究[J].新能源，2000，22（11）：1-5