浅析太阳能空调技术的开发与应用

第20卷　第4期中州大学学报2003年10月

　　　　　　　　　　　　　　　　　　

Vol. 20　　No. 4JOURNAL 　OF 　ZHON GZHOU 　UN IV ERSIT Y Oct. 2003　

浅析太阳能空调技术的开发与应用

李金伟1, 秦玉涛1, 马利军1, 杜学峰2

(1. 新飞集团空调研究所;2. 新飞集团空调工艺处, 河南新乡453002)

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的开发价值, 几种太阳能空调技术的原理和特点, , 分析。

关键词:太阳能; 吸收制冷; 吸附制冷; 喷射制冷

中图分类号:TM925　　(2003) 04-0111-02

　　1. 当前, 大部分空调技术是以电能为动力, 依靠制冷循环介质氟里昂等氟化物把室内热量加以吸收排到室外。这种传统的压缩式空调技术存在以下缺点:其一、耗能问题严重。其二、氟里昂等氟化物的大量使用, 导致了大气臭氧层的破坏, 恶化了生态环境。其三、排到室外的热量提高了城市的大气温度, 使得热岛效应加剧。

太阳能是人类取之不尽、用之不竭、随处可得的廉价、环保且安全的能源。每年到达地球表面的太阳辐射能高达1. 8×1018Kw. h , 为目前世界能耗总和的2万倍。世界能源危机所带来的严重问题使人们意识到:太阳能是人类近期急需的补充能源、是未来能源结构的基础。在我国, 一至三类地区是太阳能资源丰富地区, 面积约占全国总面积的三分之二以上, 其中有些地区燃料资源非常缺乏. 随着我国能源结构的调整, 开发太阳能空调具有重要的现实意义。

2. 太阳能空调技术的原理和特点

太阳能制冷系统不同于压缩式制冷系统, 从理论上讲, 太阳能空调的实现有两种形式, 一是先实现光电转换, 再用电力驱动压缩制冷; 二是利用太阳的热能驱动制冷。对于前者, 由于发电技术的昂贵价格, 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。常用的有吸收式、吸附式、喷射式等。下面分别介绍其原理和特点。

2. 1　吸收式空调系统是利用溶液浓度的变化来获取冷量的。

自蒸发器出来的低压蒸汽进入吸收器, 被吸收剂强烈吸收, 吸收过程中放出的热量被冷却水带走, 形成的溶液由泵送入发生器中, 被热源加热后蒸发, 产生高压蒸汽, 进入冷凝器冷却, 而稀溶液减压回流到蒸发器, 完成一个循环。系统简图如图1所示。

它的特点与系统使用的制冷剂有关, 常用于吸收式制冷系统的制冷剂有水系、氨系

、乙醇系、氟里昂系四大类。水系

收稿日期:2003-03-09

工质对是目前研究最热门的课题之一。对它的研究主要是

针对现今大量生产的商用LiBr 吸收式制冷机存在的易结

图1　太阳能吸收式制冷系统简图

晶、腐蚀性强、蒸发温度只能在0°C 以上等缺陷; 对氨系工质对的研究主要是针对它的一些致命缺陷, 如:制冷性能系数(COP ) 比溴化锂小; 工作压力高, 具有一定的危险性; 有毒; 氨和水之间沸点相差不够大,

需要精馏等。吸收式空调虽然技术相对成熟, 但系统成本较压缩式高, 主要用于中央空调等大型空调。

图2　太阳能吸附式制冷系统简图

2. 2　吸附式空调系统根据吸附剂与吸附质之间作用关系不同, 可分为物理吸附和化学吸附。

工作过程由热解吸和冷却吸附组成。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

作者简介:李金伟(1974—) , 男, 河南新乡人, 新飞集团助理工程师, 主要从事家用空调器的开发。

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器吸收热量, 产生制冷效果, 蒸发出来的制冷剂气体进入吸附发生器, 被吸附后形成新的混合物, 完成一个循环。系统简图如图2所示。

它的特点是结构简单、一次性投资少、使用寿命长、无结晶等, 且能用于振动、倾颠、旋转的场所。但与压缩式和吸收式系统相比, 该技术还很不成熟。主要问题在于:固体吸附剂为多微孔介质, 导热性能低。因而吸附和解吸所需时间长; 制冷功率小;COP 值不够高。

2. 3　喷射式空调系统的原理如图3所示

。

图3　, , 蒸汽进入喷射器, , 在喷嘴附近产生真空, , 经喷射器出来的混合气体进入冷凝器放热、结晶, 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、运行稳定、可靠性好; 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、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。

3　太阳能空调技术的优点3. 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、用之不竭, 利用太阳能空调将大大节约能源。

3. 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(G WP ) 均为零。

3. 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、气温越高, , 这是人与自。

, 就空调行业而言, 美国家用空调的持有量为40%, 而我国大中城市家庭的空调器普及率仅在20%以下, 在中小城镇和农村地区普及率更低, 市场潜力十分巨大。目前, 空调器的市场正处于发展和完善阶段, 随着人们生活水平的大幅度提高, 对空调的需求越来越多。现在, 阻碍空调进入家庭的主要原因是耗能和价格因素; 另外, 目前大量生产的大型商用中央空调和家用壁挂、立式空调不太适合人们日益追求的高档住宅, 急需一种小型户式中央空调来填充这一空白。而从太阳能空调的优点和技术特点来看, 太阳能空调最适合于上述矛盾的解决和应用。以上因素给太阳能空调技术的发展和应用带来了难得的机遇, 太阳能空调的应用, 必定会为广大制冷企业带来无限商机。

经过几十年的发展, 太阳能空调技术已经开始迈入实用化阶段。现在, 科技的进步和经济的发展对能源与环境提出了更高的要求, 在世界能源日益紧张的今天, 采用更为节能的空调系统是人类的共同需要, 相信在政府和社会的大力支持下, 太阳能空调技术一定有广阔的应用前景。参考文献:

[1]卢允庄, 王如竹, 姜周曙. 固体吸附式制冷技术及其研究进展[J].能源技术,2001, (22) .

[2]方承超, 赵军. 太阳能增强型喷射式制冷系统的研究[J].太阳能学报,1994, (2) .

[3]李戬洪, 马伟斌, 江晴. 我国首座大型太阳能空调系统[J].制冷学报,1992

, (2) .

(责任编辑　路志宏)

An Analysis of Application and Development of Solar Air -condition

L I Jin -wei ,Qin Yu -tao ,MA Li -jun ,DU Xue -feng

(Air -condition Research Department of Xinfei Group ,Xinxiang 453002,China )

Abstract :Nowadays , solar air -conditions receive considerable attention as they are energy savers and envi 2

ronmentally benign. The advantages , mechanism and characteristics of several types of solar air -conditions , as well as their developing value , are introduced in this paper. The promising prospect of the development and ap 2plication is also analyzed.

K ey w ords :solar air -condition ;absorption refrigeration ;adsorption refrigeration ;eject refrigeration

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