太陽(yáng)能制冷ppt

1、太陽(yáng)能制冷吸收式制冷吸收式制冷蒸汽噴射式制冷蒸汽噴射式制冷溶液除濕冷卻制冷溶液除濕冷卻制冷太陽(yáng)能集熱器太陽(yáng)能集熱器吸附式制冷吸附式制冷太陽(yáng)能制冷技術(shù)概述及研究進(jìn)展太陽(yáng)能制冷技術(shù)概述及研究進(jìn)展124563太陽(yáng)能制冷技術(shù)的展望太陽(yáng)能制冷技術(shù)的展望7 太陽(yáng)能是分布廣泛、使用清潔的可再生能源,有望在未來社會(huì)能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮更加重要的作用。其中利用太陽(yáng)能進(jìn)行供熱、采暖和制冷是實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、低成本利用太陽(yáng)能的重要途徑。各國(guó)學(xué)者都在積極尋找能夠?qū)崿F(xiàn)夏季利用太陽(yáng)能進(jìn)行空調(diào)制冷的有效方法,目的在于提高太陽(yáng)能集熱器的全年利用效率,同時(shí)可以開辟一條利用太陽(yáng)能解決空調(diào)制冷需求的嶄新技術(shù)途徑。1.太陽(yáng)能及制冷技術(shù)概述及研究

2、進(jìn)展太陽(yáng)能及制冷技術(shù)概述及研究進(jìn)展研究背景研究背景u 節(jié)能：國(guó)際上用于民用空調(diào)所耗電能占民用總電耗的50%，太陽(yáng)能制冷用于空調(diào)，將大大的減小電力消耗，節(jié)約能源；u 良好的季節(jié)匹配性,天氣越熱、越需要制冷的時(shí)候,太陽(yáng)輻射條件越好,太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)的制冷量也越大。u 環(huán)保：太陽(yáng)能制冷一般采用非氟烴類的物質(zhì)作為制冷劑，臭氧層破壞系數(shù)和溫室效應(yīng)系數(shù)均為零，適合當(dāng)前環(huán)保要求。太陽(yáng)能制冷的優(yōu)點(diǎn)太陽(yáng)能制冷的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能制冷有兩條途徑：實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能制冷有兩條途徑： 太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換制冷 首先通過太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，再用電能驅(qū)動(dòng)常規(guī)的制冷壓縮機(jī)。主要包括太陽(yáng)能光伏制冷和太陽(yáng)能壓縮式制冷。 太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換制

3、冷 首先將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能，再利用熱能作為外界的補(bǔ)償，使系統(tǒng)能夠達(dá)到制冷的目的。主要包括太陽(yáng)能吸收式制冷、太陽(yáng)能吸附式制冷和太陽(yáng)能噴射式制冷，太陽(yáng)能溶液除濕冷卻制冷。我國(guó)的研究工作人員在開發(fā)結(jié)合太陽(yáng)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(jí)吸收式溴化鋰空調(diào)機(jī)組,與傳統(tǒng)單效吸收制冷機(jī)相比,驅(qū)動(dòng)熱源溫度大幅降低(65以上),因而與太陽(yáng)能集熱器能夠更好地匹配工作。 廣州能源所開發(fā)的兩級(jí)吸收式空調(diào) 長(zhǎng)沙遠(yuǎn)大公司研制了利用槽式太陽(yáng)能集熱器驅(qū)動(dòng)的雙效吸收式空調(diào),與常規(guī)燃?xì)饨Y(jié)合,提高了太陽(yáng)能制冷的轉(zhuǎn)化效率并在天津等地進(jìn)行了示范應(yīng)用。另外,國(guó)內(nèi)有關(guān)單位,如北京太陽(yáng)能研究所

4、、天普公司、海爾集團(tuán)等也分別進(jìn)行了太陽(yáng)能吸收式空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用。 國(guó)外最有名的太陽(yáng)能吸收式空調(diào)產(chǎn)品是日本Yasaki公司的系列產(chǎn)品,報(bào)道最小制冷量為5k w,是目前用于太陽(yáng)能空調(diào)領(lǐng)域最多的產(chǎn)品。 上海交通大學(xué)應(yīng)用了采用復(fù)合干燥劑材料的兩級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)機(jī)組(圖7),由于采用了物理吸附、化學(xué)吸附耦合的復(fù)合干燥劑材料,同時(shí)經(jīng)過對(duì)吸附表面的處理,使得除濕空調(diào)循環(huán)的動(dòng)態(tài)吸濕率大幅提高,同時(shí)對(duì)再生熱源溫度的要求得以降低。另一方面采取了級(jí)間冷卻的方法,提高了系統(tǒng)效率。系統(tǒng)可利用5 0以上的熱源驅(qū)動(dòng),熱力COP大于1,與普通太陽(yáng)能集熱器結(jié)合,能夠?qū)? 0%以上的太陽(yáng)輻射能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭照{(diào)能力輸出。系統(tǒng)目前已在江蘇江

5、陰萬(wàn)龍?jiān)刺?yáng)能科技公司示范運(yùn)行。太陽(yáng)能兩級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng) 此外,德國(guó)SolarNext A G公司,日本Nishyodo和Mayekawa公司也報(bào)道了他們的太陽(yáng)能吸附式空調(diào)產(chǎn)品，下圖為德國(guó)某建筑使用的Nishyodo公司105KW的硅膠一水吸附式制冷機(jī)組。這些機(jī)組的最大特點(diǎn)是要求驅(qū)動(dòng)熱源溫度低,與集熱器工作溫度匹配好。 德國(guó)Freiberg應(yīng)用的日本Nishyodo公司吸附空調(diào)機(jī)組 吸收式制冷是利用溶液濃度的變化來獲取冷量的裝置,即制冷劑在一定壓力下蒸發(fā)吸熱,再利用吸收劑吸收制冷劑蒸汽。自蒸發(fā)器出來的低壓蒸汽進(jìn)入吸收器,被吸收劑強(qiáng)烈吸收,吸收過程中放出的熱量被冷卻水帶走,形成的濃溶液由泵送入發(fā)生

6、器中,被熱源加熱后蒸發(fā),產(chǎn)生高壓蒸汽,進(jìn)入冷凝器冷卻,而稀溶液減壓回流到吸收器,完成一個(gè)循環(huán)。2 2. . 吸收式制冷吸收式制冷熱交換器用冷需求蒸發(fā)器冷水回水吸收器燃料發(fā)生器冷凝器吸收式制冷機(jī)工作原理吸收式制冷機(jī)工作原理荏原吸收式制冷機(jī)原理圖 吸收式制冷機(jī)使用的工質(zhì)是 2 種沸點(diǎn)相差較大的物質(zhì)組成的二元溶液， 其中沸點(diǎn)低的物質(zhì)是制冷劑， 沸點(diǎn)高的物質(zhì)是吸收劑。 以水作為制冷劑的工質(zhì)對(duì)：水溴化鋰、水氯化鋰、水碘化鋰、水氯化鈣。 以氨作為制冷劑的工質(zhì)對(duì)：氨水、乙胺水、甲胺水以及硫氰酸鈉氨等。 以醇作制冷劑的工質(zhì)對(duì)：制冷劑通常選用甲醇，主要有甲醇溴化鋰、甲醇溴化鋅、及甲醇溴化鋰溴化鋅三元溶液工質(zhì)對(duì)等

7、。 以氟利昂作為制冷劑工質(zhì)對(duì)：其中主要是R21、R22與四乙醇二甲基乙醚等有機(jī)物組成的工質(zhì)對(duì)。2.1 吸收式制冷吸收式制冷常用的工質(zhì)對(duì)常用的工質(zhì)對(duì)u 吸收式制冷以自然存在的水或氨等為制冷劑，對(duì)環(huán)境和大氣臭氧層無害。u 制冷機(jī)在真空狀態(tài)下運(yùn)行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，安裝方便。u 以熱能為驅(qū)動(dòng)能源，除了利用鍋爐蒸氣、燃料產(chǎn)生的熱能外，還可以利用余熱、廢熱、太陽(yáng)能等低品位熱能以實(shí)現(xiàn)制冷的目的。u 整套裝置除了泵和閥件外，絕大部分是換熱器，運(yùn)轉(zhuǎn)安靜，振動(dòng)小。u LiBr吸收式制冷機(jī)依然存在的易結(jié)晶、腐蝕性強(qiáng)及蒸發(fā)溫度只能在零度以上等缺陷。2.2太陽(yáng)能吸收式制冷系統(tǒng)特點(diǎn)太陽(yáng)能吸收式制冷系統(tǒng)特點(diǎn) 基本循環(huán)過

8、程是利用太陽(yáng)能或者其他熱源,使吸附劑和吸附質(zhì)形成的混合物(或絡(luò)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(jìn)入冷凝器,冷凝出來的制冷劑液體由節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器。制冷劑蒸發(fā)時(shí)吸收熱量,產(chǎn)生制冷效果,蒸發(fā)出來的制冷劑氣體進(jìn)入吸附發(fā)生器,被吸附后形成新的混合物(或絡(luò)合物),從而完成一次吸附制冷循環(huán)過程?；狙h(huán)是一個(gè)間歇式的過程,循環(huán)周期長(zhǎng),COP值低,一般可以用兩個(gè)吸附床實(shí)現(xiàn)交替連續(xù)制冷,通過切換兩床的工作狀態(tài)及相應(yīng)的外部加熱冷卻狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)循環(huán)連續(xù)工作。3 3. .吸附式制冷吸附式制冷 下圖所示為上海交通大學(xué)開發(fā)的太陽(yáng)能硅膠一水吸附式空調(diào)機(jī)組,可依靠普通太陽(yáng)能集熱器陣列產(chǎn)生的熱水驅(qū)動(dòng)制冷循環(huán)。

9、機(jī)組是由兩個(gè)單吸附床結(jié)構(gòu)復(fù)合而成的雙床連續(xù)制冷系統(tǒng),為了提高系統(tǒng)的制冷功率及低溫?zé)嵩打?qū)動(dòng)下的工作性能,機(jī)組采用了回質(zhì)與回?zé)嵫h(huán)措施,同時(shí)采用了雙蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)制冷量輸出。在額定工況下(對(duì)應(yīng)于8 5的熱水,冷凍水出口溫度10),機(jī)組制冷功率為8.5k w,熱力COP為0.4，用于太陽(yáng)能制冷?？捎?080熱水驅(qū)動(dòng),典型晴天條件下,能實(shí)現(xiàn)連續(xù)8 h制冷。 各國(guó)學(xué)者們對(duì)吸附式制冷也進(jìn)行了長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)研究， 循環(huán)工質(zhì)對(duì)通常選擇活性炭甲醇，少數(shù)也采用硅膠-水。 孫志堅(jiān)等對(duì)以硅膠水作為工質(zhì)對(duì)的可行性進(jìn)行了研究， 認(rèn)為將硅膠水工質(zhì)對(duì)用于吸附式空調(diào)系統(tǒng)在技術(shù)上是可行的。 Anyanwu E. E.等對(duì)活性炭

10、-氨、沸石-水以及活性炭-甲醇三種工質(zhì)對(duì)作研究后認(rèn)為，沸石-水是用于太陽(yáng)能吸附式空調(diào)系統(tǒng)的最佳工質(zhì)，而活性炭-氨則更適合作制冰機(jī)、食物貯藏之用。吸附式制冷缺點(diǎn)吸附式制冷缺點(diǎn) 固體吸附劑為多微孔介質(zhì),比表面大, 導(dǎo)熱性能很低 ,因而吸附/解吸所需時(shí)間長(zhǎng); 單位質(zhì)量吸附劑的制冷功率較小 ,使得吸附制冷機(jī)尺寸較大 ; 吸附制冷雖然可以采用回?zé)?,然而仍有大量的熱量損失, 使得系統(tǒng)制冷性能系數(shù)( COP) 值不夠高。 吸附式制冷優(yōu)點(diǎn)吸附式制冷優(yōu)點(diǎn) 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、操作簡(jiǎn)便；使用壽命長(zhǎng)、無噪音； 它所使用的是無污染或少污染的工質(zhì)對(duì)； 可采用低品位熱能作為驅(qū)動(dòng)能源 ,特別是適合采用能量密度低的太陽(yáng)能；

11、 吸附式制冷不存在結(jié)晶問題和分餾問題且能用于振動(dòng)、傾顛或旋轉(zhuǎn)的場(chǎng)所； 一個(gè)設(shè)計(jì)良好的固體吸附式制冷系統(tǒng)其價(jià)格效用比可優(yōu)于蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)。 3 3 噴射式制冷噴射式制冷 噴射式制冷系統(tǒng)的原理如圖所示。制冷劑在換熱器中吸熱后汽化，增壓,產(chǎn)生飽和蒸汽,蒸汽進(jìn)入噴射器,經(jīng)過噴嘴高速噴出膨脹,在噴嘴附近產(chǎn)生真空,將蒸發(fā)器中的低壓蒸汽吸入噴射器（使用回?zé)崞?和增壓器10可以提高噴射器以及系統(tǒng)工作效率）,經(jīng)過噴射器出來的混合氣體進(jìn)入冷凝器放熱，凝結(jié),然后冷凝液的一部分通過節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器吸收熱量后汽化,這部分工質(zhì)完成的循環(huán)是制冷循環(huán)。另一部分通過循環(huán)泵升壓后進(jìn)入換熱器,重新吸熱汽化,該循環(huán)稱為動(dòng)力循環(huán)。

12、 表1列舉了噴射式制冷研究主要成果。在最初的噴射式制冷研究中,人們多使用氟里昂(氟氯烷)制冷劑,如Zeren和Holmes使用R12,Hahdi等使用了R11。雖然取得了較好的效果,但是隨著大氣臭氧層保護(hù)問題的日益緊迫,更多的人將目光投向了對(duì)環(huán)境友好的制冷劑。R142b、R141b、HCFC-123等成為了關(guān)注的焦點(diǎn)。 蒸氣噴射式制冷機(jī)除采用水作為工作介質(zhì)外，還可以用其它制冷劑做工作介質(zhì)，比如用低沸點(diǎn)的氟里昂制冷劑，可以獲得更低的制冷溫度。另外，將蒸氣噴射式制冷系統(tǒng)中的噴射器與壓縮機(jī)組合使用，噴射器作為壓縮機(jī)入口前的增壓器，這樣可以用單級(jí)壓縮制冷機(jī)制取更低的溫度。蒸氣噴射式制冷機(jī)的特點(diǎn)：蒸氣噴

13、射式制冷機(jī)的特點(diǎn)： 熱能為補(bǔ)償能量形式； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便； 沒有運(yùn)動(dòng)部件； 同其它制冷方式相比 ,其性能系數(shù)偏低。這種制冷機(jī)所需的工作蒸氣的壓力高，噴射器的流動(dòng)損失大，因而效率較低。 太陽(yáng)能液體除濕是將環(huán)境空氣或室內(nèi)回風(fēng)送入除濕器, 使之與除濕溶液接觸, 空氣中部分水分被除去, 對(duì)干燥后的空氣再絕熱加濕, 從而達(dá)到空氣調(diào)節(jié)的目的; 被稀釋的除濕溶液在再生器中得到再生, 從而完成一個(gè)循環(huán)過程。4 4、太陽(yáng)能溶液除濕冷卻制冷、太陽(yáng)能溶液除濕冷卻制冷 以色列理工學(xué)院Grossman教授等研究小組曾長(zhǎng)期示范運(yùn)行太陽(yáng)能溶液除濕空調(diào)機(jī)組,以平板太陽(yáng)能集熱器提供再生熱源,溶液除濕空調(diào)負(fù)擔(dān)潛熱負(fù)荷,熱泵系

14、統(tǒng)負(fù)責(zé)主要的顯熱負(fù)荷,在當(dāng)?shù)貧夂驐l件下運(yùn)行效果較為理想,如下圖所示。以色列海法應(yīng)用的太陽(yáng)能溶液除濕空調(diào) 太陽(yáng)能溶液除濕空調(diào)依靠溶液的濃度差可以實(shí)現(xiàn)空調(diào)除濕能力蓄存,且能量?jī)?chǔ)存不存在與周圍環(huán)境的溫差熱損失,易于長(zhǎng)期儲(chǔ)存。 太陽(yáng)能制冷技術(shù)中的另一個(gè)關(guān)鍵因素是太陽(yáng)能集熱器。目前的太陽(yáng)能集熱器主要有平板型和真空管型集熱器 ,真空管集熱器分為全玻璃真空管集熱器和熱管式真空管集熱器等多種形式 。在太陽(yáng)能吸熱材料方面的研究 ,我國(guó)清華大學(xué), 北京太陽(yáng)能研究所等單位先后研制出一系列優(yōu)良的選擇性涂層材料,如黑鈷選擇性吸收涂層和鋁氮/鋁太陽(yáng)光譜選擇性吸收涂層 。 目前國(guó)內(nèi)外所研制的選擇性吸收涂層材料正在向多層化、

15、梯度化方向發(fā)展。從已達(dá)到的水平來看 ,光熱轉(zhuǎn)換材料的性能還可進(jìn)一步提高。5.太陽(yáng)能集熱器太陽(yáng)能集熱器 平板式太陽(yáng)能集熱器是由吸熱板芯、殼體、透明蓋板、保溫材料及有關(guān)零部件組成。陽(yáng)光透過透明蓋板照射到表面涂有吸收層的吸熱體上，集熱板芯將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給流道中的工質(zhì)。這樣，從集熱器底部入口的冷工質(zhì)，在流體通道中被太陽(yáng)能所加熱，溫度逐漸升高，加熱后的熱工質(zhì)，帶著有用的熱能從集熱器的上端出口，蓄入貯水箱中待用，即為有用能量收益。5.1平板式太陽(yáng)能集熱器工作原理平板式太陽(yáng)能集熱器工作原理5.2熱管式真空管太陽(yáng)能熱水器的工作原理熱管式真空管太陽(yáng)能熱水器的工作原理 熱管式真空管分為下面的蒸發(fā)段和上面的

16、冷凝段。下面的蒸發(fā)段由內(nèi)外兩層同心玻璃圓管組成，外層圓管為透明玻璃管，太陽(yáng)能以很高的透射率穿過外層玻璃管。內(nèi)層玻璃管外表面涂有吸收太陽(yáng)能的涂層，內(nèi)外管間是被抽成真空的，以阻止內(nèi)層吸熱后的散失。內(nèi)層玻璃管內(nèi)裝有易蒸發(fā)的液體，太陽(yáng)光透過外管被內(nèi)管外表面涂層吸收，內(nèi)層管內(nèi)液體受熱成為蒸汽。冷凝段插入熱水器儲(chǔ)水箱中，與水箱的冷水接觸。蒸汽被水箱內(nèi)的冷水冷卻為液體，向冷水放出熱量加熱冷水，凝結(jié)液體在重力作用下流回下面的蒸發(fā)段進(jìn)行循環(huán)工作。5.35.3平板式集熱器和熱管式真空管集熱器的比較平板式集熱器和熱管式真空管集熱器的比較 由表1可以看出，平板型集熱器相比真空管型集熱器具有承壓性好、與建筑的結(jié)合性強(qiáng)、

17、耐用、不易結(jié)垢等優(yōu)點(diǎn)。其在低溫下的熱性能較好，而目前中國(guó)太陽(yáng)能熱水器的主要用途是洗浴和生活用熱水，其水溫要求一般低于60，在此溫度區(qū)間平板集熱器有較好的效率特性。但是真空管太陽(yáng)能熱水器冬天管內(nèi)的水在不排空的情況下基本不結(jié)冰或不凍壞（特殊情況如雪天也可能凍壞）。平板型太陽(yáng)能集熱器在我國(guó)市場(chǎng)的占有率還不足15%，相比其在國(guó)外90%以上的市場(chǎng)占有率，平板型太陽(yáng)能集熱器仍然有巨大的市場(chǎng)空間。進(jìn)一步提高太陽(yáng)能集熱器效率需要最大限度采集太陽(yáng)能的同時(shí)盡可能減少其對(duì)流和輻射熱損，這可以通過采用優(yōu)質(zhì)選擇性吸收涂。 太陽(yáng)能空調(diào)制冷是夏季太陽(yáng)能有效利用的最佳方案,有著良好的應(yīng)用前景。目前理想的太陽(yáng)能空調(diào)方式應(yīng)該是與普通平板式和真空管式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)結(jié)合的熱驅(qū)動(dòng)型空調(diào)制冷機(jī)組。兩者的結(jié)合,可以較好地解決太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)冬季采暖、四季熱水供應(yīng)與夏季空調(diào)應(yīng)用的匹配,最大