淺談太陽能空調(diào)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

1、淺談太陽能空調(diào)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望摘要 隨著溫室效應(yīng)的加劇，生活水平的提高，人類對空調(diào)的需求急劇上升。普通空調(diào)發(fā)展很快，但耗電大、熱島效應(yīng)嚴重，太陽能空調(diào)雖然發(fā)展慢，但它以不需電能、節(jié)約能源、沒有污染、工作壽命長等優(yōu)點引起世界學(xué)者的重視。本文綜合介紹了太陽能空調(diào)技術(shù)的開發(fā)價值、幾種太陽能空調(diào)技術(shù)的原理和特點、太陽能空調(diào)的優(yōu)點，并對太陽能空調(diào)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀做了分析。 關(guān)鍵詞：太陽能 吸收式 吸附式 噴射式 應(yīng)用與前景 Abstract :As the aggravate that the greenhouse effect, improvement of living standards, hu

2、man a sharp rise in demand for air conditioning.Common air conditioning development soon, but big power consumption, severe heat island effect.Solar energy air conditioning, though slow, but it does not need electricity, energy saving, no pollution, long working life, cause the attention of the scho

3、lars.Thispaperintroducesthesolarenergyairconditioningtechnologydevelopmentvalue,severalkindsofsolarairconditioningtechnologyprincipleandthecharacteristic,theadvantageofsolarairconditioning,andsolarairconditioningtechnologydevelopmentandanalyzesthepresentsituationof. Keywords:solarabsorptiontypeadsor

4、ptiontypejettypeapplicationandProspect0引言在世界能源日益緊張、空調(diào)能耗逐年增多的情況下，人們致力于尋找更為節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)。太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，以其清潔無污染、來源廣的特點獲得人們的青睞。而且利用太陽能作為能源的空調(diào)系統(tǒng)，越是太陽能輻射強烈的時候，環(huán)境氣溫越高，人們的生活越需要空調(diào)，此時，太陽能空調(diào)的制冷能力就越強。以太陽能為驅(qū)動熱源的空調(diào)制冷系統(tǒng)，既節(jié)約了能源，還不使用破壞大氣層的氟利昂等有害物質(zhì)，是名副其實的綠色空調(diào)。就我國的空調(diào)行業(yè)而言，空調(diào)器的市場正處于發(fā)展和完善階段，目前，大中城市家庭的空調(diào)器普及僅在20%以下，市場潛力

5、十分巨大。隨著人們生活水平的大幅提高，空調(diào)器已逐漸成為家庭必備的家用電器，阻礙空調(diào)進入家庭的主要矛盾是耗能和價格因素。從太陽能空調(diào)的特性和技術(shù)特點來看，太陽能空調(diào)最適合于上述矛盾的解決和應(yīng)用，當(dāng)前空調(diào)行業(yè)的需求也給太陽能空調(diào)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用帶來了難得的機遇。1發(fā)展太陽能空調(diào)應(yīng)用的基礎(chǔ)和意義（1）太陽能利用的合理性。一般的太陽能熱利用項目，如采暖、熱水等，在需求上其實與太陽能的提供并不完全一致：當(dāng)天氣越冷、人們越需要溫暖的時候，太陽能量的提供往往不足從這個角度來看，太陽能空調(diào)的應(yīng)用是最合理的：當(dāng)太陽輻射越強。天氣越熱的時候，我們需要空調(diào)的負荷也越大。這是太陽能空調(diào)應(yīng)用最有利的客觀因素。 （2）太

6、陽能空調(diào)的市場基礎(chǔ)。太陽能熱水器在國內(nèi)市場迅猛發(fā)展，全國太陽能熱水器的使用量已超過1000萬平方米近年來每年增長超過200萬平方米，由此可見，太陽能熱水器的使用量和需求量都非常大，市場前景非常好。另一方面，空調(diào)的需求也是一個巨大的市場。如果把供熱與空調(diào)結(jié)合起耘將是一個更加理想的方案。這是太陽能空調(diào)實現(xiàn)推廣應(yīng)用的市場基礎(chǔ)。（3）太陽能空調(diào)的技術(shù)基礎(chǔ) 太陽能制冷空調(diào)的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)成熟。在太陽能集熱器方面，真空管集熱器、平板集熱器都已經(jīng)在市場上推廣應(yīng)用；在制冷機方面，溴化鋰吸收式制冷機在九十年代大量地進入了市場。中國科學(xué)院廣州能源研究所研制的低溫?zé)崴蛢杉壩帐降吨评錂C，熱源溫度只需60以上，特

7、別適合于太陽能的利用；在系統(tǒng)方面，已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗。因此，太陽能空調(diào)應(yīng)用在技術(shù)上是可行的。（4）太陽能空調(diào)的經(jīng)濟性。太陽能熱水器的經(jīng)濟性問題，市場已經(jīng)作了很好的說明。太陽能空調(diào)建立在太陽能熱水應(yīng)用的基礎(chǔ)上，利用的是夏天用不完的能源，使太陽能得到充分的利用。增加的投資是制冷機部分，而這部分的投資在常規(guī)空調(diào)方面也是需要的。因此，太陽能空調(diào)與太陽能熱水相結(jié)合，有更好的經(jīng)濟性。 （5）環(huán)境保護，可持續(xù)發(fā)展的要求。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，空調(diào)的需求量越來越大。在一般民用建筑物，空調(diào)的能耗占了一半以上，給能源、電力和環(huán)境帶來很大的壓力。電力的發(fā)展同時帶來廢氣階放，溫室效應(yīng)和酸雨等環(huán)境問題，

8、空調(diào)機的制冷劑（CFCs）還會對大氣臭氧層造成破壞。切時龜空調(diào)用的是清潔的太陽能，制冷過程也沒有污染的危險，系統(tǒng)本身是符合環(huán)境保護要求的。另一方面，節(jié)省了電力和燃料，間接上也減輕了環(huán)境的壓力，太陽能空調(diào)的應(yīng)用完全降合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。 2太陽能制冷系統(tǒng)的基本類型 目前的太陽能空調(diào)制冷技術(shù)從原理上大致可分為兩種實現(xiàn)途徑：一是太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再以電能來驅(qū)動壓縮式制冷，其產(chǎn)生電能的方式又分為光伏式和光熱式兩種，原理簡單，容易實現(xiàn)；二是直接利用太陽能集熱器收集熱量，以熱推動制冷，技術(shù)要求高，但成本低、無噪聲、無污染。這種方式的太陽能空調(diào)一般又可分為吸收式和吸附式兩種。 吸收式制冷技術(shù)是利用吸收劑

9、的吸收和蒸發(fā)特性進行制冷的技術(shù)，根據(jù)吸收劑的不同，分為氨-水吸收式制冷和溴化鋰-水吸收式制冷兩種。它以太陽能集熱器收集太陽能產(chǎn)生熱水或熱空氣，再用太陽能熱水或熱空氣代替鍋爐熱水輸入制冷機中制冷。由于造價、工藝、效率等方面的原因，這種制冷機不宜做得太小。所以，采用這種技術(shù)的太陽能空調(diào)系統(tǒng)一般適用于中央空調(diào)，系統(tǒng)需要有一定的規(guī)模。 吸附式制冷技術(shù)是利用固體吸附劑對制冷劑的吸附作用來制冷，常用的有分子篩-水、活性炭-甲醇吸附式制冷。 其中以太陽能熱轉(zhuǎn)化驅(qū)動的空調(diào)系統(tǒng)一般不僅能夠在夏季制冷使用，而且全年可以方便地采暖和提供熱水等，大大降低了系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟成本，是未來空調(diào)系統(tǒng)的理想形式。 2.1吸收式空

10、調(diào)系統(tǒng) 吸收式空調(diào)系統(tǒng)是利用溶液濃度的變化來獲取冷量的。 自蒸發(fā)器出來的低壓蒸汽進入吸收器,被吸收劑強烈吸收,吸收過程中放出的熱量被冷卻水帶走,形成的溶液由泵送入發(fā)生器中,被熱源加熱后蒸發(fā),產(chǎn)生高壓蒸汽,進入冷凝器冷卻,而稀溶液減壓回流到蒸發(fā)器,完成一個循環(huán)。 它的特點與系統(tǒng)使用的制冷劑有關(guān),常用于吸收式制冷系統(tǒng)的制冷劑有水系、氨系、乙醇系、氟里昂系四大類。水系工質(zhì)對是目前研究最熱門的課題之一。對它的研究主要是針對現(xiàn)今大量生產(chǎn)的商用溴化鋰吸收式制冷機存在的易結(jié)晶、腐蝕性強、蒸發(fā)溫度只能在0C以上等缺陷;對氨系工質(zhì)對的研究主要是針對它的一些致命缺陷,如:制冷性能系數(shù)(COP)比溴化鋰小;工作壓力

11、高,一定的危險性;有毒;氨和水之間沸點相差不夠大,需要精餾等。吸收式空調(diào)雖然技術(shù)相對成熟,但系統(tǒng)成本較壓縮式高,主要用于中央空調(diào)等大型空調(diào)。 吸收式太陽能空調(diào)系統(tǒng)之所以成為最接近商業(yè)化的太陽能空調(diào)方式，是因為它除了擁有一般太陽能空調(diào)都具有的季節(jié)匹配性好、環(huán)境友好等優(yōu)點外，另一個重要的原因是它可與商品化的大型溴化鋰吸收式質(zhì)量冷機組配套，大幅度降低了投資運行費用，切運行較可靠。因此目前太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)較適宜辦公樓、賓館等公共建筑的中央空調(diào)系統(tǒng)。為了提高太陽能吸收式空調(diào)的競爭力，可在以下幾方面取得突破：一是太陽能集熱器。作為太陽能熱利用的核心部件，高溫高集熱效率、低成本和可靠性都是目前的研究重心

12、。二是太陽能化的制冷主機。目前市場上很少有針對太陽能等低溫?zé)嵩吹匿寤囍评錂C組，此外，與空調(diào)系統(tǒng)相配套的蓄熱方式和自動控制方式也需要進一步改進和突破。2.2吸附式空調(diào)系統(tǒng)吸附式空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)之間作用關(guān)系不同,可分為物理吸附和化學(xué)吸附。 工作過程由熱解吸和冷卻吸附組成。吸附劑和吸附質(zhì)形成的混合物在吸附器中發(fā)生解吸,放出高溫高壓的制冷劑氣體進入冷凝器,冷凝出來的制冷劑液體由節(jié)流閥進入蒸發(fā)器吸收熱量,產(chǎn)生制冷效果,蒸發(fā)出來的制冷劑氣體進入吸附發(fā)生器,被吸附后形成新的混合物,完成一個循環(huán)。 與太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)相比，太陽能吸附式空調(diào)具有兩個主要優(yōu)勢：一時所需熱源溫度較低，其太陽能集熱部分

13、一般采用平板式集熱器，成本大大降低；二是吸附式系統(tǒng)的制冷功率相對較小，并且由于其工作特性決定吸附式增加制冷量時勢必大幅度增加成本和系統(tǒng)重量，因此吸附式尤其適合針對普通住宅的小型化戶室空調(diào)系統(tǒng)，具有較大的市場發(fā)展?jié)摿?。目前太陽能吸附式空調(diào)的最大缺陷是系統(tǒng)COP值偏低，不僅低于傳統(tǒng)壓縮式空調(diào)，而且遠低于太陽能吸收式空調(diào)，這使得吸附式制冷的競爭力大打折扣。吸附式系統(tǒng)的COP值不高除了與工質(zhì)的選擇有關(guān)，主要原因是吸附系統(tǒng)中的傳熱傳質(zhì)性能較低，這也是限制傳統(tǒng)吸附式制冷產(chǎn)業(yè)化的瓶頸之一。為了改善吸附式系統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)性能，提升系統(tǒng)整體的COP值，國內(nèi)外學(xué)者一般在以下方向做研究和努力：（1） 對工質(zhì)的合理選擇

14、和優(yōu)化。作為吸附式制冷的核心，選擇合適的工質(zhì)不僅能大大提高制冷效率還能節(jié)省成本，增強可靠性。（2） 吸附式制冷循環(huán)方式的研究。如基于吸附式制冷基本循環(huán)發(fā)展而來的各種先進的連續(xù)回?zé)峄刭|(zhì)型、多級復(fù)疊型、熱波型和對流熱波型。（3） 改善吸附床傳熱傳質(zhì)性能的研究。吸附床是吸附制冷系統(tǒng)的心臟，對整個系統(tǒng)性能的影響至關(guān)重要。2.3噴射式空調(diào)系統(tǒng) 典型的太陽能噴射制冷系統(tǒng)主要由發(fā)生器、噴射器、冷凝器、蒸發(fā)器、工質(zhì)泵及膨脹閥等組成。發(fā)生器內(nèi)的工質(zhì)吸收太陽能集熱器收集的熱能產(chǎn)生高壓蒸汽，而后進入噴射器噴嘴進行絕熱膨脹，在噴嘴出口形成低壓，抽吸蒸發(fā)器的低壓制冷蒸汽，并與之在噴射器的混合室內(nèi)混合，混合蒸汽經(jīng)噴射器擴

15、壓段減速增加后，將壓力提升至冷凝壓力，隨后混合蒸汽進入冷凝器冷卻冷凝成液體，一部分經(jīng)工質(zhì)泵升壓后進入發(fā)生器，另一部分經(jīng)節(jié)流閥降壓后進入蒸發(fā)器蒸發(fā)制冷，完成制冷循環(huán)。在太陽能噴射制冷系統(tǒng)中，循環(huán)泵是唯一的運動部件，系統(tǒng)設(shè)置簡單，并且具有運行穩(wěn)定、可靠性較高的優(yōu)點。然而系統(tǒng)制冷量取決于蒸發(fā)器支路中的制冷工質(zhì)，即被噴射器工作流體抽吸的部分，因此系統(tǒng)的COP較低。3太陽能空調(diào)技術(shù)的優(yōu)點（1）節(jié)約能源。據(jù)統(tǒng)計,國際上用于民用空調(diào)所消耗的電能約占民用總電耗的50%,而太陽能取之不盡、用之不竭,利用太陽能空調(diào)將大大節(jié)約能源。 （2）安全環(huán)保。根據(jù)蒙特利爾議定書,目前壓縮式制冷機使用的CFC類工質(zhì)因為對大氣臭

16、氧層有破壞作用應(yīng)停止使用。而太陽能制冷一般采用非氟氯烴類物質(zhì)作為制冷劑臭氧層破壞系數(shù)(ODP)和溫室效應(yīng)系數(shù)(GWP)均為零。 （3）太陽能空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用前景 據(jù)統(tǒng)計,就空調(diào)行業(yè)而言,美國家用空調(diào)的持有量為40%,而我國大中城市家庭的空調(diào)器普及率僅在20%以下,在中小城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)普及率更低,市場潛力十分巨大。目前,空調(diào)器的市場正處于發(fā)展和完善階段,隨著人們生活水平的大幅度提高,對空調(diào)的需求越來越多?，F(xiàn)在,阻礙空調(diào)進入家庭的主要原因是耗能和價格因素;另外,目前大量生產(chǎn)的大型商用中央空調(diào)和家用壁掛、立式空調(diào)不太適合人們?nèi)找孀非蟮母邫n住宅,急需一種小型戶式中央空調(diào)來填充這一空白。而從太陽能空調(diào)的優(yōu)

17、點和技術(shù)特點來看,太陽能空調(diào)最適合于上述矛盾的解決和應(yīng)用。以上因素給太陽能空調(diào)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用帶來了難得的機遇。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,太陽能空調(diào)技術(shù)已經(jīng)開始邁入實用化階段?，F(xiàn)在,科技的進步和經(jīng)濟的發(fā)展對能源與環(huán)境提出了更高的要求,在世界能源日益緊張的今天,采用更為節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)是人類的共同需要,相信在政府和社會的大力支持下,太陽能空調(diào)技術(shù)一定有廣闊的應(yīng)用前景4存在的問題及可能的解決辦法 （1）因受太陽能集熱器的影響，太陽能空調(diào)普遍存在著效率低、價格高的問題。但是太陽能空調(diào)是建立在太陽能熱水應(yīng)用基礎(chǔ)上的，太陽能空調(diào)中的太陽能集熱器可以與太陽能熱水器相通用，隨著太陽能熱水器的發(fā)展，太陽能集熱器的效率也

18、會提高。 （2）從集熱器、制冷機等相應(yīng)的成本分配來看，集熱溫度、冷水溫度及冷卻水溫度應(yīng)各為多少，才能建立一個最為經(jīng)濟合理的太陽能空調(diào)系統(tǒng)，也是尚待解決的課題。（3）由于太陽能的收集存在著時效問題，蓄熱技術(shù)也必須得到很好地解決?，F(xiàn)存的蓄熱方法主要采用增加熱水容量，增強保溫效果，隨著蓄熱技術(shù)和蓄熱載體的研究開發(fā)，太陽能空調(diào)系統(tǒng)的不可靠性和間斷性也會有所改善。 （4）對于居住相對集中的樓房來說，集熱器的安裝受到很大的限制。這主要是因為太陽能空調(diào)的安裝不普遍，樓房的設(shè)計沒有考慮到太陽能空調(diào)。 （5）沒有太陽能空調(diào)系統(tǒng)的計算機設(shè)計軟件、控制芯片、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的配套設(shè)備和零部件。這是科技與市場結(jié)合的問題

19、，需要太陽能空調(diào)形成一定的規(guī)模，占領(lǐng)一定的市場，還需要一定的時間和政府、科技部門的支持。 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，太陽能空調(diào)技術(shù)已經(jīng)開始邁入實用化階段，并逐漸走入了市場；科技的進步和經(jīng)濟的發(fā)展對能源與環(huán)境也提出了更高的要求，相信在政府和社會的大力支持下，緊緊依托太陽能熱水器這個成熟的大市場，太陽能空調(diào)一定會有很大的發(fā)展。5太陽能空調(diào)技術(shù)的發(fā)展前景 在世界能源日益緊張?？照{(diào)能耗逐年增加的情況下，采用更為節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)是人類共同需求。以太陽能為驅(qū)動熱源的空調(diào)制冷系統(tǒng)，既節(jié)約了能源，還不使用破壞大氣層的氟利昂等有害物質(zhì)，是名符其實的綠色空調(diào)。在節(jié)能和環(huán)保方面有很大的發(fā)展?jié)摿Α?太陽能空調(diào)技術(shù)多是建立在太陽能集熱器基礎(chǔ)上，一方面，由于太陽能的利用效率低、價格高、并且受時效影響，對于居住相對集中的