太陽能空調(diào)制冷技術(shù)論文

1、太陽能利用技術(shù)論文 姓 名： 范繼偉 學(xué) 號： A 院 系： 工程學(xué)院 班 級： 能源1102班太陽能空調(diào)制冷技術(shù) 摘要：隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，節(jié)能環(huán)保顯現(xiàn)的尤為重要，而太陽能是最為環(huán)保的能源之一。而太陽能用于空調(diào)制冷, 最大的優(yōu)點是季節(jié)匹配性好, 天氣越熱、越需要制冷的時候, 系統(tǒng)制冷量越大。并且太陽能制冷系統(tǒng)一般采用非氟氯烴類物質(zhì)作為制冷劑，不會造成對大氣臭氧層的破壞而產(chǎn)生環(huán)境溫室效應(yīng)，符合當(dāng)前的全球環(huán)保要求。本文介紹了不同形式的太陽能吸收式和吸附式制冷系統(tǒng)的工作原理及工作特性, 分析了當(dāng)今以吸收式和吸附式為主流的太陽能制冷系統(tǒng)的優(yōu)缺點，并分析了制冷機效率及提高效率的措施。關(guān)鍵詞：太陽能

2、空調(diào)；吸收制冷；吸附制冷；制冷效率；改進措施Abstract:with the rapid development of social economy,energy saving and environmental protectionappearsparticularly important,solar energy isone of the mostenvironmentally friendlyenergy.And the solar energyused forair conditioning and refrigeration,the biggest advantageis the

3、seasonmatchis good,more hot weather,the needwhen refrigeration,the refrigeration systemmore.Andsolar refrigerationsystem generally adopts thenonCFCsas refrigerants,will not cause thedestruction of the ozone layerand theenvironment inthe greenhouse effect,the globalenvironmental protectionrequirement

4、s ofthe current.This paper introducesthe working principles and characteristicsof different forms ofsolarabsorption refrigerationand adsorptionrefrigeration system,analysis of the currentmainstreamsolarrefrigeration systemusingabsorption type andadsorption typeas theadvantages and disadvantages,and

5、analyzes theefficiency of refrigeratorandmeasures toimprove the efficiency of the.Keywords:solar air conditioning;absorption refrigeration;adsorption refrigeration;refrigerationefficiency;improvement measures0、引言當(dāng)前, 人類面臨著臭氧層破壞、全球變暖以及能源危機等諸多能源和環(huán)境問題,“節(jié)約常規(guī)能源、積極開發(fā)環(huán)保型新能源”是被普遍認同的解決方案。因太陽能有“取之不盡、用之不竭、綠色環(huán)?！?/p>

6、等諸多優(yōu)點, 于各種新能源中脫穎而出,成為研究重點。其中太陽能制冷與空調(diào)技術(shù)又成為研究的亮點。太陽能是一種輻射能, 不帶任何化學(xué)物質(zhì), 是最潔凈, 最可靠的巨大能源寶庫。經(jīng)測算表明, 太陽能釋放出相當(dāng)于10 億千瓦的能量, 而輻射到地球表面的能量, 雖然只有它22 億分之一, 但也相當(dāng)于全世界目前發(fā)電總量的八萬倍。人類利用太陽能有三個途徑: 光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化轉(zhuǎn)換。光熱轉(zhuǎn)換即用各種集熱器把太陽能收集起來, 然后用收集到的熱能來制熱水、供熱或供冷; 光電轉(zhuǎn)換即將太陽能轉(zhuǎn)換成電能; 光化轉(zhuǎn)換即先將太陽能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能, 再轉(zhuǎn)換為電能等其他能量。太陽能空調(diào)系統(tǒng)是一種光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。這種系統(tǒng)直接利用

7、集熱器收集到的熱能, 因此效率較高。如果將太陽能供冷系統(tǒng)與常規(guī)的電制冷系統(tǒng)相比較,可以發(fā)現(xiàn)前者節(jié)省了將熱能轉(zhuǎn)換為電能時所浪費的能量。 1、 太陽能制冷的概況1、1 太陽能進行空調(diào)制冷的方式把太陽能用于制冷主要技術(shù)途徑大致包括兩種類型，一是把太陽能轉(zhuǎn)變成熱能，然后再利用熱能制冷；二是利用太陽能提供的熱能，將其轉(zhuǎn)換成電能，再使用電能進行制冷系統(tǒng)的驅(qū)動。根據(jù)要求，太陽能的供冷也能夠滿足從空調(diào)至冷凍溫區(qū)的各種要求。太陽能的采集和轉(zhuǎn)換步驟，主要是把太陽能集熱裝置利用太陽輻射轉(zhuǎn)化為熱能的設(shè)施，當(dāng)下主流使用的是平板式、聚焦極熱裝置與真空熱管這三樣設(shè)備。通過這些裝置當(dāng)下可以實現(xiàn)熱水供應(yīng)和采暖，還能夠進行噴射式

8、、吸附式以及除濕空調(diào)等獲取冷能量，同時還可以把太陽能經(jīng)由光伏效應(yīng)與熱發(fā)電等方式轉(zhuǎn)換成電能，然后再使用特林循環(huán)與熱電效應(yīng)進行制冷，此外，再經(jīng)由專門可逆吸熱與放熱反應(yīng)，把太陽能作為熱能進行特定情況下制冷需求。在各種各樣太陽能轉(zhuǎn)換為冷能量方式之中，太陽能熱驅(qū)動制冷空調(diào)最符合現(xiàn)在太陽能供熱系統(tǒng)，能夠有效的和采暖與熱水系統(tǒng)結(jié)合，把太陽能綜合利用最大化。實現(xiàn)與季節(jié)變換最佳匹配。就是把太陽能有效利用到夏天空調(diào)制冷，冬天供暖。全年供應(yīng)熱水等，因此，可以把太陽能集熱和建筑節(jié)能給有效的融合在一起，可以把這當(dāng)做實現(xiàn)太陽能使用規(guī)模化、降低成本的主要途徑。1、2 太陽能的熱驅(qū)動制冷太陽能利用熱驅(qū)動進行制冷，是當(dāng)下太陽能

9、使用的最普遍模式。以空調(diào)系統(tǒng)進行判斷，有吸附式空調(diào)、吸收式空調(diào)、除濕空調(diào)以及噴射式制冷空調(diào)四樣，這當(dāng)中前三種空調(diào)系統(tǒng)運用最為廣泛。其工作原理就是使用太陽能集熱裝置供應(yīng)的熱能進行制冷裝置的驅(qū)動從而產(chǎn)生冷能力或者冰凍水向建筑物室內(nèi)輸送。具體有以下幾種：1、2、1 吸收式吸收式制冷空調(diào)，是使用太陽能集熱裝置來進行吸收式制冷空調(diào)的驅(qū)動，這是到現(xiàn)今為止應(yīng)用最為廣泛太陽能空調(diào)技術(shù)，使用大多是溴化鋰- 水系統(tǒng)，另外也有使用氨- 水系統(tǒng)。1、2、2 吸附式使用吸附式原理，把太陽能作為熱源，使用工質(zhì)對一般是分子篩- 水以及活性炭- 甲醇等等，能夠使用太陽能集熱裝置把吸熱床進行加熱過后給用在脫附制冷劑，經(jīng)由加熱脫

10、附然后進行冷凝再吸附導(dǎo)致蒸這幾個步奏來實現(xiàn)制冷。1、2、3 除濕空調(diào)這屬于一種循環(huán)的吸附式供冷方式，除濕空調(diào)本質(zhì)就是干燥劑進行除濕與蒸發(fā)冷卻，這也是符合太陽能利用的空調(diào)系統(tǒng)。1、2、4 蒸汽噴射式這種制冷系統(tǒng)是經(jīng)由太陽能集熱器讓沸點供職轉(zhuǎn)變成高壓蒸汽，在利用噴管時因流產(chǎn)生高速度、壓力低、在進行吸入室周圍導(dǎo)致蒸發(fā)器內(nèi)部產(chǎn)生低壓蒸汽融入混合式，另一方面蒸發(fā)器當(dāng)中制冷劑進行氣化來實現(xiàn)制冷效果。綜上所述，把太陽能集熱裝置的熱能用來驅(qū)動空調(diào)制冷的方法中，到現(xiàn)在都是溴化鋰- 水吸收方式的制冷空調(diào)被應(yīng)用最為廣泛，多以歐美地區(qū)為主。除此之外，吸附式制冷空調(diào)系統(tǒng)對于驅(qū)動熱能需求偏低，近段時間在國內(nèi)與歐洲被開發(fā)的

11、也很完善。除濕空調(diào)在技術(shù)方面要求較高，其開放循環(huán)的工作模式，穩(wěn)定性極高，在進行空調(diào)潛熱負荷處理的時候占有一定優(yōu)勢。 同時，就空調(diào)特點來說，除濕空調(diào)空調(diào)主要是空氣進行控制的方式，可以把空氣直接處理到合適濕度。然而吸附制冷系統(tǒng)、吸收制冷系統(tǒng)與噴射制冷系統(tǒng)本質(zhì)是取得冰凍水為目標(biāo)，更深入的在使用風(fēng)機盤管或者是輻射末端實現(xiàn)對環(huán)境溫度和濕度的調(diào)節(jié)。前者具有處理潛熱負荷的優(yōu)勢，但是對于空氣降溫方面控制手段不足，在特定環(huán)境下，需要和別的制冷方法結(jié)合才能實現(xiàn)顯熱與潛熱分級處理，從而實現(xiàn)理想空調(diào)的目的。2、太陽能空調(diào)系統(tǒng)的組成太陽能空調(diào)系統(tǒng)主要由太陽能集熱裝置、熱驅(qū)動制冷裝置和輔助熱源組成。太陽能集熱裝置的主要構(gòu)

12、件就是太陽能集熱器, 還包括儲熱罐和調(diào)節(jié)裝置。太陽能集熱器是用特殊的吸收裝置將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能。太陽能集熱器主要有三種: 平板式、真空管式、空氣式。平板式和真空管式都是采用水和防凍液作為介質(zhì), 空氣式是采用空氣作為介質(zhì)。其中真空管式集熱器的吸熱管是放在抽真空的玻璃管內(nèi), 熱損耗相對來說最小, 效率相對較高,介質(zhì)溫度可以達到150; 而空氣式集熱器相對來說熱損失最大, 效率最低, 可以獲得的介質(zhì)溫度也最低; 平板式集熱器的吸熱管被放在平的保溫材料中, 它的效率和介質(zhì)溫度介于真空管式和空氣式之間。熱驅(qū)動制冷裝置主要有三種: 吸收式制冷機、吸附式制冷機和除濕冷卻裝置。吸收式制冷機采用溴化鋰溶液

13、為制冷介質(zhì), 制冷量從20 kW 到5MW。其中單效吸收式制冷機的熱力系數(shù)為0.6 到0.75,驅(qū)動溫度為85以上; 雙效吸收式制冷機的熱力系數(shù)為1.1 到1.3, 驅(qū)動溫度為150以上。吸附式制冷機以硅膠等固體吸附劑作為制冷介質(zhì), 制冷量從50 kW 到430 kW, 熱力系數(shù)為0.3 到0.7, 驅(qū)動溫度為60到90。除濕冷卻裝置采用硅膠等物質(zhì)為除濕劑, 制冷量從20 kW 到350 kW, 熱力系數(shù)為0.5 到1, 驅(qū)動溫度為45到95。在除濕冷卻裝置中, 熱能是用來使除濕劑再生。輔助熱源是在太陽能不足時為熱驅(qū)動制冷裝置提供熱能的常規(guī)供熱裝置。圖1所示為太陽能供冷系統(tǒng)示意圖。圖1中, 太

14、陽能集熱器吸收太陽能,并轉(zhuǎn)換成為熱能, 由儲熱罐將熱能儲存, 這部份熱能同輔助熱源提供的熱能一起被用來驅(qū)動制冷機,為建筑提供冷量。另一方面, 還可以除濕轉(zhuǎn)輪對空氣進行除濕和冷卻, 經(jīng)過熱回收轉(zhuǎn)輪加熱的回風(fēng)可以對除濕轉(zhuǎn)輪進行再生。圖1太陽能空調(diào)系統(tǒng)示意圖3、太陽能空調(diào)制冷效率太陽能制冷系統(tǒng)的效率主要受兩方面因素的影響: 一個是制冷機的效率( COP) , 另一個是太陽能集熱器的效率。制冷機的COP 隨著驅(qū)動溫度和蒸發(fā)溫度的上升而上升, 太陽能集熱器的效率隨著太陽輻射強度的上升而增大, 隨著介質(zhì)溫度的上升而減小。如果將太陽能集熱器效率與制冷機的COP 值相乘就可以得到太陽能空調(diào)系統(tǒng)的總效率, 由此

15、可見, 為了獲得最高的系統(tǒng)總效率,必須合理地選擇太陽能集熱器和制冷機, 使其兩者的效率乘積為最高。在太陽能輻射強度不同的地區(qū), 采用不同的集熱器與太陽能制冷機搭配, 不僅可以提高太陽能制冷系統(tǒng)的效率, 而且可以降低太陽能制冷系統(tǒng)的造價, 這對于發(fā)揮太陽能制冷系統(tǒng)的優(yōu)勢和其推廣運用是及其關(guān)鍵的措施。3、1 太陽能集熱器分析太陽能作為一種清潔廉價的能源很早就備受關(guān)注。但是太陽能能量密度較低的事實, 一直是限制太陽能利用的最大瓶頸。因此, 太陽能集熱也就成為太陽能制冷的一個關(guān)鍵技術(shù)。太陽能集熱器的任務(wù)是為吸收式制冷機提供高溫?zé)嵩?。對于一個一定負荷的制冷機來說, 需要選擇與之匹配的太陽能集熱器, 過小

16、會影響制冷機的制冷性能, 過大又會增大成本。目前的太陽能集熱器大體可以分為兩類: 平板型太陽能集熱器和真空管型太陽能集熱器。本文以平板集熱器為例進行模擬。太陽輻射透過透明蓋板投射在吸收表面上,光能被轉(zhuǎn)換為熱能,以熱量形式傳遞給吸熱板內(nèi)的傳熱工質(zhì),使傳熱工質(zhì)溫度升高;同時,溫度升高的吸熱板不可避免的以傳導(dǎo)、對流、輻射等方式向四周散熱,形成集熱器熱量損失。由于平板型結(jié)構(gòu)不具備聚焦陽光的功能,其工作溫度一般限于100以下。集熱器吸收的太陽輻射能S,是入射輻射能與面蓋光學(xué)損失之差。集熱器傳到環(huán)境中的熱損失包括導(dǎo)熱、對流和輻射,它的大小用總傳熱系數(shù)認乘上吸熱板平均溫度和環(huán)境溫度之差來代表。因而在熱平衡條

17、件下集熱器的有效能量輸出應(yīng)當(dāng)?shù)扔谖盏妮椛淠芎蜔釗p失之差:式中： 集熱器面積，總傳熱面積，吸熱板平均溫度，環(huán)境溫度，吸熱面吸收的太陽輻射量,集熱器有效利用能量, 上式表明,由吸熱板吸收的輻射能S越大,熱損失越小,獲得的有效能就越多。影響S的主要因素有:集熱器上太陽輻射量以及太陽入射角的大小;面蓋對太陽輻射的透射率,越大越好;對吸熱面長波發(fā)射的透射率,則越小越好;吸熱面對太陽輻射的吸收率,越大越好;集熱器邊緣及面蓋支撐物對太陽的遮擋應(yīng)盡可能小等。集熱器的性能用集熱效率來衡量,它是規(guī)定時間內(nèi)吸收的有用熱能與入射在集熱器表面上的太陽輻射能之比。效率與吸熱面溫度成反比。為得到較高的集熱效率,吸熱面溫度

18、不宜太高,因為這會使工作流體的溫度跟著下降。集熱效率的計算式為:式中: 集熱器瞬時輻射量,規(guī)定時間，4、結(jié)論與展望幾種常見的太陽能熱轉(zhuǎn)換制冷空調(diào)制冷方式的優(yōu)缺點見表1。表1 常見的太陽能熱轉(zhuǎn)換制冷空調(diào)制冷方式的優(yōu)缺點優(yōu)點現(xiàn)有不足適應(yīng)場合吸收式研究較成熟，運行可靠；COP 相對較高(與傳統(tǒng)電制冷相比) 成本偏高，效率偏低辦公樓、飯店等較大規(guī)模( 100kW)的中央空調(diào)系統(tǒng)吸附式熱源溫度要求低(55)，集熱器成本大大降低；結(jié)構(gòu)簡單，選用不同工質(zhì)對可以處理不同工作溫度系統(tǒng)COP 值低；為實現(xiàn)連續(xù)制冷，需采用多個交替運行或回?zé)?、回質(zhì)等措施尤其適合針對一般住宅的小型(5kW)戶式空調(diào)等小型系統(tǒng)除濕空調(diào)再生溫度要求最低(50)；對潛熱負荷處理具有獨特優(yōu)勢，可實現(xiàn)熱濕獨立處理對環(huán)境降溫能力有限，常需輔助制冷；理論研究尚不成熟尤其適合高濕度地區(qū)，或干燥地區(qū)除濕與蒸發(fā)冷卻配合使用。或濕度要求很高的廠房(如紡織廠)相比傳統(tǒng)電力，目前的壓縮式空調(diào)系統(tǒng)尚存在投資成本、運行可靠性等方面不足，但太