太陽能空調(diào)制冷技術

太陽能空調(diào)制冷技術2023/2/11/19太陽能空調(diào)技術1.太陽能空調(diào)技術的優(yōu)勢當前，大部分使用的空調(diào)技術是一種以電能為動力，把室內(nèi)熱量加以吸收排除到室外的循環(huán)系統(tǒng)。耗能的嚴重問題，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。太陽能空調(diào)解決了這個問題，它運行費用低，壽命長，無噪聲。而且利用太陽能作為能源的空調(diào)系統(tǒng)，它的誘人之處還在于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。這是人和自然和諧的理想境界。使用太陽能空調(diào)的結(jié)果，既創(chuàng)造了室內(nèi)宜人的溫度，又能降低大氣的環(huán)境溫度，還減弱了城市中的熱島效應。更為可取的是，它既節(jié)約了能源，還不使用破壞大氣層的氟里昂等有害物質(zhì)，是名副其實的綠色空調(diào)。在節(jié)能和環(huán)境方面有很大的發(fā)展?jié)摿Α?023/2/12/19太陽能空調(diào)技術2.太陽能空調(diào)介紹太陽能制冷空調(diào)，就是將太陽能系統(tǒng)與制冷機組相結(jié)合，利用太陽能集熱器產(chǎn)生的熱量驅(qū)動制冷機制冷的系統(tǒng)。利用太陽能做能源，整個系統(tǒng)沒有任何氟利昂類化學產(chǎn)品，達到完全無污染和接近零運行費用。另外，太陽能空調(diào)的應用正好與季節(jié)相吻合。溫度升高，室內(nèi)需要的冷負荷變大，此時日照強，太陽能空調(diào)提供的冷量也變大。2023/2/1太陽能空調(diào)技術3/193.太陽能空調(diào)的技術特點目前太陽能空調(diào)的實現(xiàn)方式主依靠太陽的熱能進行制冷和供熱，一般又可分為吸收式和吸附式兩種。吸收式制冷技術是利用吸收劑的吸收和蒸發(fā)特性進行制冷的技術，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。吸收式制冷技術是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，采用這種技術的太陽能空調(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；但是普通家用空調(diào)通過該技術改造成太陽能空調(diào)，改造成本低、簡便可行。吸附式制冷技術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。2023/2/1太陽能空調(diào)技術4/193.太陽能空調(diào)的技術特點利用太陽能作為能源的空調(diào)裝置，一般可以分成三部分：其一是太陽能集熱器。集熱器形式多樣，性能各異。集熱器采用真空管型最多，真空管型最基本的種類有三種：熱管式真空集熱管（簡稱熱管）全玻、璃真空集熱管和直通式真空集熱管。熱管式真空集熱管是繼傳統(tǒng)平板式真空集熱管之后開發(fā)出的高科技節(jié)能產(chǎn)品，它將熱管技術和真空技術融為一體，將太陽能集熱器的工作溫度從70℃提高到120℃以上，大大提高了集熱器的熱性能，是一種溫熱利用的理想產(chǎn)品。2023/2/1太陽能空調(diào)技術5/193.太陽能空調(diào)的技術特點其二是制冷系統(tǒng)。利用低溫熱源作為動力的制冷系統(tǒng)不同于壓縮式制冷系統(tǒng)，它必須能滿足充分利用低溫熱冷技術較為成熟。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)來進行的。這兩種物質(zhì)在同一壓強下有不同的沸點，其中高沸點的組分稱為吸收劑，低沸點的組分稱為制冷劑。采用溴化鋰－水、氨－水等作為工質(zhì)對，有較好的經(jīng)濟性，特別是采用溴化鋰－水作為工質(zhì)對，能滿足對安全性要求很高的空調(diào)裝置，是一種較為理想的工質(zhì)對。2023/2/1太陽能空調(diào)技術6/193.太陽能空調(diào)的技術特點其三是自動化控制系統(tǒng)，即對裝置的各種工作參數(shù)進行控制和安全保護的控制系統(tǒng)。以熱管為太陽能集熱管，溴化鋰－水為工質(zhì)對的吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)，不管是作為制冷量大的大型空調(diào)，還是作為家用空調(diào)都有著現(xiàn)實意義和發(fā)展前途，特別是目前人們環(huán)境保護意識的提高，對環(huán)境的要求越來越高，無污染、低能耗、利用太陽能作為動力的空調(diào)將會受到人們的青睞。2023/2/1太陽能空調(diào)技術7/194.工作原理4.1熱管式集熱管的工作原理4.2溴化鋰水溶液(LiBr-H2O)吸收式制冷裝置的工作原理4.3系統(tǒng)構造及工作原理2023/2/1太陽能空調(diào)技術8/19

4.1熱管式集熱管的工作原理

當陽光射在真空管內(nèi)的吸熱片上，熱管內(nèi)的工質(zhì)受熱沸騰汽化，蒸汽不斷沖向頂部的冷凝端，在冷凝端冷凝變成液體，冷凝的工質(zhì)沿管壁流回熱管的蒸發(fā)端，完成一個循環(huán)。這種在一端吸熱汽化而在另一端凝結(jié)放熱，通過內(nèi)部相變實現(xiàn)熱量傳遞的熱管，習慣稱為重力熱管。熱管的內(nèi)部沒有吸熱芯，凝結(jié)的液體從凝結(jié)端回流到蒸發(fā)端是依靠凝結(jié)2023/2/1太陽能空調(diào)技術9/194.1熱管式集熱管的工作原理液自身的重力，不需要外部動力而自動循環(huán)，這就是熱管式真空管的集熱過程。由于熱管是依靠重力使工質(zhì)循環(huán)的，在使用中必須將蒸發(fā)段置于凝結(jié)段的下方。若蒸發(fā)段置于凝結(jié)段的上方，重力對凝結(jié)液的回流會起阻礙作用，這時沒有動力使凝結(jié)液返回到蒸發(fā)段，熱管就不能工作。所以熱管也可以稱之為單向傳熱的熱二極管。熱管的這種特性2023/2/1太陽能空調(diào)技術10/194.1熱管式集熱管的工作原理非常適用于太陽能集熱器，它可以將吸收的太陽能熱量傳送至水箱，將水加熱，而反向不可逆。也就是說，白天吸熱，晚上不放熱。這對減少集熱器的熱損失，提高集熱器的保溫性能是十分有益的。由于熱管主要依靠工質(zhì)相變時吸收和釋放潛熱以及蒸汽流動傳輸熱量，而大多數(shù)工質(zhì)的汽化潛熱是很大的，因此不需要很大的蒸發(fā)量就能傳遞大量的熱。熱管的安裝傾角對傳熱性能有一定的影響。當傾角為20°C～45°C時，傳熱效率最高，其中以40°C時為最佳。熱管還具有啟動工作溫度低、熱損少、管內(nèi)不結(jié)垢、不炸管、全年使用不結(jié)凍、集熱效率高、使用壽命長等特點2023/2/1太陽能空調(diào)技術11/194.2溴化鋰水溶液(LiBr-H2O)吸收式制冷裝置的工作原理溴化鋰吸收式制冷機主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器組成。當發(fā)生器中的溶液被工作蒸汽或熱水加熱后，由于水的沸點遠低于溴化鋰，因此，溶液中的水分就會不斷地蒸發(fā)出來，成為制冷劑水蒸汽，同時使發(fā)生器中剩余溶液的濃度增高。制冷劑水蒸汽經(jīng)分離器將其夾帶的液滴分離后進2023/2/1太陽能空調(diào)技術124.2溴化鋰水溶液(LiBr-H2O)吸收式制冷裝置的工作原理入冷凝器，被冷卻水冷卻，凝結(jié)成制冷劑水，再經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓，然后進入蒸發(fā)器中蒸發(fā)汽化，吸取蒸發(fā)器管中冷媒水的熱量，使冷媒水的溫度降低，產(chǎn)生冷效應。為使水蒸汽還原成液態(tài)，同時也為了使發(fā)生器中由于析出了水分而濃縮的溶液(濃溶液)能繼續(xù)發(fā)揮作用，就需將發(fā)生器中的濃溶液和蒸發(fā)器中生成的水蒸汽部分送進吸收器中，2023/2/1太陽能空調(diào)技術134.2溴化鋰水溶液(LiBr-H2O)吸收式制冷裝置的工作原理并用冷卻水降低它們的溫度，使得濃溶液具備“吸收”水分的條件。于是，當水蒸汽與節(jié)流后的濃溶液濕蒸汽接觸時，水蒸汽便被吸收，同時使?jié)馊芤鹤兂蔀橄∪芤?。然后由溶液泵加壓，再送回發(fā)生器中加熱，從而完成一個封閉的制冷循環(huán)。同時，在發(fā)生器和吸收器之間的溶液管路上裝有溶液熱交換器，來之吸收器的冷稀溶液與來自發(fā)生器的熱濃溶液在此進行熱交換。這樣，既提高了進入發(fā)生器的冷稀溶液溫度，減少發(fā)生器所需耗能量；又降低了進入吸收器的溫度，減少了吸收器的冷卻負荷，所以溶液熱交換器大大提高了能量利用率。2023/2/1太陽能空調(diào)技術14/194.3系統(tǒng)構造及工作原理熱管式太陽能空調(diào)制冷系統(tǒng)由太陽能集熱器、溴化鋰吸收制冷系統(tǒng)、數(shù)臺循環(huán)泵、蓄熱的水箱、輔助電加熱器、冷卻器和連接管路等輔助器件以及控制系統(tǒng)組成。循環(huán)水由循環(huán)泵輸入水箱，熱管吸收太陽能在水箱加熱循環(huán)水，水的溫度升高，由另一臺循環(huán)泵輸送到溴化鋰吸收式制冷裝置的發(fā)生器，將熱量釋放給發(fā)生器，返回水箱。水吸收器和冷凝器的冷卻水由循環(huán)水泵輸送到空氣冷卻器循環(huán)冷卻，整個空調(diào)系統(tǒng)由三個流通環(huán)路組成，即發(fā)生器流通環(huán)路、制冷水流通環(huán)路和冷卻水流通環(huán)路。各流通環(huán)路流量、溫度都由流量計與溫度傳感器測定。輔助電加熱器則是在夜間或集熱器工作不正常時加熱水以保證制冷效果。2023/2/1太陽能空調(diào)技術15/194.3系統(tǒng)構造及工作原理在夏季，被集熱器加熱的熱水首先進入儲水箱，當熱水溫度達到一定值時，由儲水箱向制冷機提供熱媒水；從制冷機流出并已降溫的熱水流回儲水箱，再由集熱器加熱成高溫熱水；制冷機產(chǎn)生的冷媒水通向空調(diào)箱，以達到制冷空調(diào)的目的。當太陽能不足以提供高溫熱媒水時，可由輔助熱源補充熱量。在冬季，同樣先將集熱器加熱的熱水進入儲水箱，當熱水溫度達到一定值時，由儲水箱直接向空調(diào)箱提供熱水，以達到供熱采暖的目的。當太陽能不能夠滿足要求時，也可由輔助熱源補充熱量。在非空調(diào)采暖季節(jié)，只要將集熱器加熱的熱水直接通向生活用儲水箱中的熱交換器，就可將儲水箱中的冷水逐漸加熱以供使用2023/2/1太陽能空調(diào)技術16/195.性能分析太陽能集熱器是利用太陽能制冷的關鍵部件，它的集熱性能好壞在很大程度上決定了系統(tǒng)制冷過程總的COP值。實用性好的太陽能集熱器除了要考慮制冷過程的COP值，還要考慮工作時的穩(wěn)定性、安全性、維護管理難度以及使用壽命等因素。冷凝器與蒸發(fā)器的性能對系統(tǒng)的高效運行亦非常重要。對于冷凝器，可以采用較大口徑的高肋翅片管來強化冷卻制冷劑氣體，提高冷凝器冷凝效果。對蒸發(fā)器而言，其設計的好壞直接影響制冷效果。必須使蒸發(fā)器具有足夠的換熱面積，保證蒸發(fā)器與冷媒水充分換熱。太陽能高溫平板吸收熱管式空調(diào)制冷系統(tǒng)是間歇式系統(tǒng)，不能夠連續(xù)制冷，不能滿足連續(xù)用能的需求，系統(tǒng)中加入一個輔助能源以保證夜間也能連續(xù)制冷，但也增加了能耗，因而系統(tǒng)制冷過程總的COP值較低。但是，與純粹利用電能為動力的壓縮式制冷系統(tǒng)相比，可以非常明顯節(jié)約電耗。2023/2/1太陽能空調(diào)技術17/196.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用基礎上的，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會提高；對于原來有太陽能熱水器的用戶可以改造，先制冷再用余熱洗澡，使其有更好的經(jīng)濟性。(2)集熱溫度、冷水溫度及冷卻水溫度應各為多少，才能建立一個最為經(jīng)濟合理的太陽能空調(diào)系