暖通空調新技術

1、暖通空調新技術太陽能空調制冷技術 目錄 一. 太陽能光伏 二.太陽能光伏起源發(fā)展 三.光伏板 四.太陽能光伏的應用 五.太陽能在空調系統(tǒng)中的應用 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽電池半導體材料的光伏效應，將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。一. 太陽能光伏 太陽能發(fā)電分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電。通常說的太陽能發(fā)電指的是太陽能光伏發(fā)電，簡稱“光電”。光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電裝置 理論上講，光伏發(fā)電技術

2、可以用于任何需要電源的場合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源無處不在。太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽能電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。 薄膜太陽能電池 單晶硅太陽能電池二.太陽能光伏起源發(fā)展 早在1839年，法國科學家貝克雷爾（Becqurel）就發(fā)現(xiàn)，光照能使半導體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來被稱為“光生伏打效應”，簡稱“光伏效應”。1954年，美國科學家恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室首次制成了實用的單晶硅太陽電池，誕生了將太陽光能轉換為電能的實用光伏發(fā)電技術。 20世紀80年代后，太陽能電池的種類不斷增多、應用范圍日益廣闊、市場規(guī)

3、模也逐步擴大。 20世紀90年代后，光伏發(fā)電快速發(fā)展，到2006年，世界上已經(jīng)建成了10多座兆瓦級光伏發(fā)電系統(tǒng)，6個兆瓦級的聯(lián)網(wǎng)光伏電站。山東東營太陽能光伏發(fā)電站 2006年的光伏行業(yè)調查表明，到2010年，光伏產(chǎn)業(yè)的年發(fā)展速度將保持在30%以上。年銷售額將從2004年的70億美金增加到2010年的300億美金。許多老牌的光伏制造公司也從原來的虧本轉為盈利。三.光伏板 光伏板組件是一種暴露在陽光下便會集熱，將光能轉換為直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導體物料(例如硅)制成的薄身固體光伏電池組成。由于沒有活動的部分，故可以長時間操作而不會導致任何損耗。 簡單的光伏電池可為手表及計算機提供能源，較

4、復雜的光伏系統(tǒng)可為房屋提供照明，并為電網(wǎng)供電。 光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產(chǎn)生更多電力。天臺及建筑物表面均會使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設施通常被稱為附設于建筑物的光伏系統(tǒng)。四.太陽能光伏的應用 20世紀60年代，科學家們就已經(jīng)將太陽電池應用于空間技術通信衛(wèi)星供電，20世紀末，不僅在空間應用，在眾多領域中也大顯身手。 光伏發(fā)電產(chǎn)品主要用于三大方面： 一是為無電場合提供電源； 二是太陽能日用電子產(chǎn)品，如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草地各種燈具等； 三是并網(wǎng)發(fā)電，這在發(fā)達國家已經(jīng)大面積推廣實施。到2009年，中國并網(wǎng)發(fā)電還未開始全面推

5、廣，不過，2008年北京奧運會部分用電是由太陽能發(fā)電和風力發(fā)電提供的。 但是近幾年太陽能在暖通空調方面的應用越來越廣泛，各國也在極力研究開發(fā)這方面的技術。 太陽能路燈以太陽光為能源，白天太陽能電池板給蓄電池充電，晚上蓄電池給燈源供電使用，無需復雜昂貴的管線鋪設，可任意調整燈具的布局，安全節(jié)能無污染，無需人工操作工作穩(wěn)定可靠，節(jié)省電費免維護。太陽能路燈太陽能水泵太陽能水泵示意圖太陽能路牌太陽能通信電源太陽能發(fā)電戶用系統(tǒng)太陽能發(fā)電戶用系統(tǒng)原理圖太陽能電動汽車五.太陽能在空調系統(tǒng)中的應用 1太陽能空調制冷技術途徑 太陽能轉換為熱能，利用熱能供熱制冷；太陽能轉換為電能，利用電能驅動相關設備。 根據(jù)需求

6、，太陽能制冷過程也可以實現(xiàn)從空調到冷凍溫區(qū)的不同要求。 2太陽能熱驅動制冷 從空調系統(tǒng)講，主要有吸附式、吸收式、除濕空調和噴射式制冷四大類，其中前三種研究應用最廣。它們的工作原理是利用太陽能集熱器產(chǎn)生的熱能驅動制冷裝置產(chǎn)生冷凍水或調節(jié)空氣送往建筑環(huán)境內進行空調。 （1）太陽能吸收式制冷： 用太陽能集熱器收集太陽能來驅動吸收式制冷系統(tǒng)，是目前為止示范應用最多的太陽能空調方式。應用多為溴化鋰-水系統(tǒng)，也有的采用氨-水系統(tǒng)。 （2）太陽能吸附式制冷： 利用吸附制冷原理，以太陽能為熱源，采用的工質對通常為活性炭甲醇、分子篩水、硅膠水及氯化鈣氨等，可利用太陽能集熱器將吸附床加熱后用于脫附制冷劑，通過加熱

7、脫附冷凝吸附蒸發(fā)等幾個環(huán)節(jié)實現(xiàn)制冷。 （3）太陽能除濕空調系統(tǒng)： 是一種開放循環(huán)的吸附式制冷系統(tǒng)?；咎卣魇歉稍飫┏凉窈驼舭l(fā)冷卻，也是一種適合于利用太陽能的空調系統(tǒng)。 （4）太陽能蒸汽噴射式制冷： 通過太陽能集熱器加熱使低沸點工質變?yōu)楦邏赫羝ㄟ^噴管時因流出速度高、壓力低，在吸入室周圍吸引蒸發(fā)器內生成的低壓蒸汽進入混合室，同時制冷劑在蒸發(fā)器中汽化而達到制冷效果。3太陽能制冷新技術 由于太陽能制冷具有季節(jié)匹配性好、使用清潔等突出優(yōu)點，近年來國內外在太陽能空調制冷領域的研究非?；钴S，主要體現(xiàn)在如下方面。3.1與太陽能集熱器溫位匹配的熱驅動制冷方式 目前廣泛應用的太陽能集熱器類型主要是真空管和平板

8、式集熱器，為非聚焦類集熱裝置，通常用于太陽能熱水和采暖系統(tǒng)，集熱溫度通常在40100之間。對傳統(tǒng)的單效吸收式空調而言，一個白天能夠保證85以上集熱溫度的時間有限，因此需要與輔助熱源加熱相結合。為了提高太陽能制冷過程中太陽輻射能源的貢獻率，開發(fā)適合太陽能集熱器溫位的制冷機組、特別是小容量的制冷機組是研究的熱點。3.1.1太陽能吸附式制冷機組 右圖所示為上海交通大學開發(fā)的，太陽能硅膠-水吸附式空調機組可依靠普通太陽能集熱器陣列產(chǎn)生的熱水驅動制冷循環(huán)。太陽能硅膠-水吸附式空調機組3.1.2太陽能除濕空調 除濕空調是各類空調方式中要求熱源溫度最低的，完全依靠干燥劑除濕和蒸發(fā)冷卻原理工作，環(huán)保無污染。除

9、濕空調依采用干燥劑的不同，分為溶液除濕空調和固體除濕空調兩類。目前研究主要集中在兩個方面：一是干燥劑材料強化吸濕機理和吸附表面設計，二是除濕空調循環(huán)優(yōu)化與系統(tǒng)構建與實施。太陽能兩級轉輪除濕空調機組 西班牙Mataro某圖書館的太陽能空氣集熱器驅動的除濕空調機組 以色列太陽能溶液除濕空調3.1.3氨-水吸收式太陽能空調 氨水吸收式空調也是利用太陽能獲得制冷效應的重要技術途徑。早期國內外研究報道較多，包括美國能源概念公司以及我國部分單位。其不足是要求有精餾裝置，系統(tǒng)稍復雜，優(yōu)點是能夠滿足從冷凍到空調區(qū)域的溫度要求。3.1.4溴化鋰-水吸收式太陽能空調 溴化鋰-水吸收式空調由于產(chǎn)業(yè)基礎好，技術也相對

10、成熟，目前與太陽能結合示范應用最多。我國的研究工作人員在開發(fā)結合太陽能熱水系統(tǒng)的吸收式制冷系統(tǒng)方面也做了大量工作。最有代表性的是廣州能源所研制的兩級吸收式溴化鋰空調機組廣州能源所研制的兩級吸收式溴化鋰空調機組長沙遠大公司研制了利用槽式太陽能集熱器驅動的雙效吸收式空調 太陽能空調制冷技術的另一方面重要進展是集熱器技術。 在提高太陽能集熱器集熱溫度方面，非跟蹤式聚焦太陽能集熱器能夠在較高集熱溫度條件下具有較高的轉換效率，結合單效吸收式空調機組應用比目前太陽能真空管集熱器具有更好的轉換效果。3.2與現(xiàn)有熱驅動制冷裝置匹配的太陽能集熱器非跟蹤式CPC太陽能集熱器 熱管式集熱器陣列流動阻力小、承壓能力強

11、，是一種適合工程化的集熱器類型。另外真空管式金屬直流管、U形管太陽能集熱器適合閉式承壓雙循環(huán)系統(tǒng)運行，也是一種能夠在高溫下保持較高集熱效率的集熱方式，適合用于太陽能空調系統(tǒng)。熱管式太陽能集熱器3.3太陽能空調、供熱復合能量利用系統(tǒng) 單純的太陽能制冷空調系統(tǒng)由于要用較多的集熱器面積，往往初投資較大，改善系統(tǒng)經(jīng)濟性的途徑就是想辦法提高太陽能集熱器的利用率，如冬季用于建筑采暖、全年供應熱水，夏季空調等。3.4其他太陽能制冷技術 上述太陽能空調制冷技術是目前國內外應用示范和推廣的主流技術。此外，太陽能噴射制冷、太陽能驅動的熱聲制冷、太陽能光伏電池驅動的半導體制冷和蒸汽壓縮制冷等也不斷有研究報道。值得注

12、意的是，一些被動式太陽能冷卻技術，如太陽能強化自然通風、夜間輻射等的應用對降低環(huán)境熱負荷也有積極的作用，與前述主動式太陽能制冷手段結合也是改善太陽能制冷的重要技術途徑。發(fā)展展望 太陽能空調制冷是夏季太陽能有效利用的最佳方案，有著良好的應用前景。從提高太陽能全年利用率和運行經(jīng)濟性角度而言，目前理想的太陽能空調方式應該是與普通平板式和真空管式太陽能熱水系統(tǒng)結合的熱驅動型空調制冷機組。兩者的結合，可以較好地解決太陽能供熱采暖系統(tǒng)冬季采暖、四季熱水供應與夏季空調應用的匹配，最大幅度提高太陽能利用率。特別是與建筑結合，能夠在建筑用能環(huán)節(jié)發(fā)揮一定的作用。 太陽能空調制冷技術的發(fā)展，近期是結合建筑用能需求，與建筑一體化太陽能供熱采暖系統(tǒng)匹配，解決夏季部分建筑空間太陽能制冷空調的問題。特別應該走與普及型太陽能集熱器結合的太陽能空調制冷技術路線，如吸附式、吸收式、除濕空調等，并進一步提高效率、降低成本、減少尺寸，不斷提高太陽能綜合利用效率。 下下一步目標是實現(xiàn)與普通太陽能集熱系統(tǒng)結合的太陽能空調制冷技術與產(chǎn)品定型化、規(guī)?；瘧茫A計各類太陽能制冷空調技術成熟和發(fā)展，能夠