能源利用新技術(shù)分析-光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)

1、能源利用新技術(shù)分析光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)1.1 光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)八、太陽能制冷空調(diào)1、吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)溴化鋰（吸收劑）+水（制冷劑）無毒、制冷溫度不低于6、高濃度易結(jié)晶、溶液腐蝕作用水（吸收劑）+氨（制冷劑）2、蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)3、吸附式太陽能制冷空調(diào)系統(tǒng) 制冷技術(shù)是為適應(yīng)人們對低溫條件的需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。 如人體舒適性要求、食物的加工保鮮，材料的特性-超導(dǎo)現(xiàn)象，物態(tài)（氣體分離、液化）等需要利用制冷技術(shù)。 制冷幾個概念（1）制冷：用人工的方法在一定時間和一定空間內(nèi)將物體冷卻，使其溫度降低到環(huán)境溫度以下并保持這個溫度。 實質(zhì)：將熱量從被冷卻對象中轉(zhuǎn)移到環(huán)境中 制冷冷卻普冷：120K以上 深冷：2

2、0 120K低溫： 20K超低溫：以下空調(diào)用制冷技術(shù)屬于普通制冷幾個概念(2)制冷劑：在制冷機(jī)中使用的工質(zhì)稱為制冷劑。 (3)制冷機(jī)：機(jī)械制冷中所需機(jī)器和設(shè)備的總合稱為制冷機(jī)。 (4)制冷裝置：將生產(chǎn)冷量的制冷機(jī)械和消耗冷量的設(shè)備結(jié)合在一起的裝置。 (1)商業(yè)及人民生活 如人工冰廠、空調(diào)、冰箱、冷柜以及食品的冷凍冷藏、保鮮、冷藏運輸?shù)取?(2)工業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)牧業(yè) 如制藥、啤酒、精密儀器車間等； 農(nóng)作物的種子進(jìn)行低溫處理，人工氣候育秧室、蔬菜水果的保鮮等。 (3)建筑工程 如挖掘隧道、建筑河堤時采用的“凍土法”。 (4)科學(xué)實驗研究 如各種環(huán)境模擬裝置中創(chuàng)造的人工環(huán)境。 (5)醫(yī)療衛(wèi)生 如藥品、疫

3、苗及人體器官的冷藏保存，手術(shù)中采用低溫麻醉等。 (6)尖端科學(xué)領(lǐng)域等 微電子技術(shù)、能源、新型材料、宇宙開發(fā)等。 (7)氧氣、天然氣(CNG 、LNG)等液態(tài)運輸 天然氣：1立方米（液態(tài)）621立方米（標(biāo)準(zhǔn)氣態(tài)） 氧氣： 1立方米（液態(tài)）800 立方米（標(biāo)準(zhǔn)氣態(tài)）發(fā)展歷史 （1）制冷技術(shù)的發(fā)展歷史1755年 乙醚蒸發(fā)制冷-制冷技術(shù)的開始1834年 第一臺乙醚蒸汽壓縮式制冷機(jī)1875年 氨蒸汽壓縮式制冷機(jī) 壓縮式制冷機(jī) 占統(tǒng)治地位1859年 氨水吸收式制冷機(jī)1910年 蒸汽噴射式制冷機(jī)19世紀(jì) 制冷技術(shù)基本成形1910年 第一臺以氨為工質(zhì)的冰箱問世1920年 美國開利公司制造出第一臺開啟式壓縮機(jī)的

4、臥式柜型 空調(diào)器1930年 第一臺以氟利昂為工質(zhì)（R-12)的制冷機(jī)問世1951年 第一臺窗式空調(diào)器正式問世1964年 我國第一臺“雙鹿”牌窗式空調(diào)器問世80年代末 我國電冰箱產(chǎn)量占全世界第一位90年代中 我國空調(diào)器產(chǎn)量占全世界第一位 制冷技術(shù)的發(fā)展概括起來可分為兩個階段：（1）天然冷源的應(yīng)用階段 古代18世紀(jì)中期。 采用的天然冷源主要是指冬季儲存的天然冰和夏季使用的深井水。 （2）機(jī)械制冷階段 18世紀(jì)中期今。 1755年是人工制冷史的起點。 現(xiàn)代制冷技術(shù)作為一門科學(xué)是由19世紀(jì)中后期發(fā)展起來的，到20世紀(jì)具有更大的發(fā)展。 （2）近代的突破性進(jìn)展微電子和計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用新材料在制冷產(chǎn)品上的應(yīng)

5、用機(jī)器設(shè)備的發(fā)展制冷工質(zhì)開的開發(fā) （4） 制冷技術(shù)的研究方向減少能耗，如充分利用太陽能、地?zé)崮艿?；合理選擇和利用制冷劑；提高制冷機(jī)的機(jī)械熱力性能。 制冷方法 制冷的基本方法（1）相變制冷 *液體氣化 *固體溶化與升華（2）氣體膨脹制冷（3）逆向可逆循環(huán) *逆卡諾循環(huán) 制冷的具體方法 *蒸汽壓縮式制冷 *吸收式制冷 *蒸汽噴射式制冷 *壓縮式氣體制冷循環(huán) *氣體渦流制冷 *熱電制冷 *固體吸附制冷制冷工質(zhì)開的開發(fā) 1934年美國人波爾金斯試制成功了第一臺以乙醚為工質(zhì)、閉式循環(huán)的蒸氣壓縮式制冷機(jī)。 18301930，主要采取NH3、CO2、空氣等作為制冷劑； 19301990，主要采用氟里昂作為制

6、冷劑； 1990 ，積極尋找無污染的制冷劑，替代氟利昂。 蒸汽壓縮式制冷按著熱力學(xué)第二定律，把熱量從低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩葱枰饨缱龉Α?制冷劑 氟利昂 CFC 含氯氟化碳 HCFC 含氫氯氟化碳 制冷劑制冷劑 ：乙醚（1834） 水 二氧化碳（1866） 氨（1870） 二氧化硫（1876） 氯甲烷（1878） 氟利昂（Freon）（1930） 氟利昂是飽和碳?xì)浠衔锏姆?、氯、溴的衍生物的總稱 R12(1931) 、R11（1932）、R114（1933）、R113（1934） R13（1945）R14（1955） 丙烷（C3H3）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4） 丙?。–3H6）、丁烷

7、（C4H10）、戊烷（C5H12）對制冷劑的要求1、 臨界溫度較高2 、適宜的飽和蒸氣壓力3 、凝固溫度低4 、粘度和比重小5 、導(dǎo)熱系數(shù)高6 、絕熱壓縮系數(shù)小7 、液體比重小8 、循環(huán)的熱力完善度盡可能大9 、不易燃、不爆炸、無毒、無腐蝕10 、價格便宜、易于獲得CFC、HCFC的替代問題 1974年，Molina和Rowland發(fā)現(xiàn)氯氟碳化合物擴(kuò)散到上層大氣，被紫外線分解成氯原子，同溫層中的臭氧就被催化破壞使臭氧層減薄或消失。 同溫層離地面1145公里，存在臭氧層能吸收90%的紫外線。 后果（1）紫外線增強(qiáng)，皮膚癌和白內(nèi)障發(fā)病增多，人的免疫系統(tǒng)受到危害，每衰減1%，皮膚癌發(fā)病率增加46%（

8、2）生態(tài)破壞，食品鏈破壞，損傷生物的細(xì)胞，阻止發(fā)育或產(chǎn)生變異，致使農(nóng)作物和漁業(yè)減產(chǎn)。 （3）產(chǎn)生附加溫室效益。 CFC+甲烷的總和=CO2 平均氣溫上升，海平面回升，南極冰川有融化的趨勢。 CFC 含氯氟化碳 壽命 臭氧消耗潛能值 溫室效應(yīng)潛能值R11 65年 接近1 1R12 120年 接近R113 180年 接近1 4.15 R114 180年 接近1 4.15 R115 180年 接近R13 400年 接近R501 400年 接近HCFC含氫氯氟化物R22 20年 HFC含氫無氯氟化碳（R134a R152a等）禁用問題1987年 蒙特利爾協(xié)定 對二類8種CFC限制使用 CFC： R11

9、、R12、R113、R114、R115 Halon ： 1211、 1301、 24021992年 哥本哈根 CFC 1995年停止使用 HCFC 2020年達(dá)到96年的0.5% 2030年完全禁用 30年代使用氟利昂，有50年的歷史R11、R12：空調(diào)制冷、泡沫塑料、發(fā)泡劑R113：清潔劑R114、 R115：高溫制冷劑Halon ： 滅火劑 停止使用CFC后,尚有大量CFC存在和繼續(xù)逸散，至少50年后才開始恢復(fù)，200年后恢復(fù)到1970年的水平。 對策、替代（1）HFC134a可替代CFC12（2）混合工質(zhì) HFC+HCFC+HC （考慮可燃和阻燃） 410A 407C（3）天然工質(zhì) HC

10、 丙烷 碳?xì)浠衔铮╤ydrocarbon) 氨 NH3（anmonia) 二氧化碳 CO2發(fā)展新型制冷方法 汽波制冷 吸收式制冷 磁制冷單級壓縮制冷循環(huán)hp12345PkP0冷凝器蒸發(fā)器1245節(jié)流裝置壓縮機(jī)冷凝壓力Pk由冷凝溫度決定為了制取更低的溫度必然要求降低蒸發(fā)溫度冷凝溫度受冷卻介質(zhì)（環(huán)境）溫度的限制，變化范圍有限蒸發(fā)溫度的降低導(dǎo)致蒸發(fā)壓力P0下降溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)1.組成設(shè)備：蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流閥、 吸收器、發(fā)生器、溶液泵。 吸收器：吸收制冷劑蒸氣 發(fā)生器：加熱、釋放制冷劑 溶液熱交換器：內(nèi)部能量利用， 提高效率 溶液泵：加壓作用 2.循環(huán) ：制冷劑循環(huán) 溶液循環(huán)太陽能吸收式制冷

11、系統(tǒng)6 C12 C冷凍水冷卻水進(jìn)冷卻水出熱源：蒸汽或熱水tc45C95C70 Cto4CCondenserGenerator壓力大約.80 mbar (8 kPa)壓力大約.8,2 mbar (0,83 kPa)ta35CEvaporatorAbsorber50C70C27C32,5C37CRefrigerant (Water)Steam or Hot WaterDiluted Solution (LiBr)Concentrated Solution (LiBr)Tower WaterChilled Water溴化鋰吸收式制冷機(jī)泵吸收器換熱器發(fā)生器蒸發(fā)器節(jié)流閥QL載冷體水低品位蒸汽TR、QR冷

12、凝器QH水氨吸收式制冷蒸氣壓縮式與吸收式制冷機(jī)的比較吸收式制冷機(jī)是一種以熱能為主要動力的制冷機(jī) 。 蒸汽壓縮制冷循環(huán)：壓縮機(jī)（消耗機(jī)械功）吸收式制冷循環(huán)：吸收器，發(fā)生器，換熱器，泵 （消耗低品位熱量） 太陽能吸附式制冷 太陽能固體吸附式制冷是利用固體吸附劑（例如沸石分子篩、硅膠、活性炭、氯化鈣等）對制冷劑（水、甲醇、氨等）的吸附（或化學(xué)吸收）和解吸作用實現(xiàn)制冷循環(huán)的。 吸附劑的再生溫度可在80150之間，也適合干太陽能的利用。 能夠在5585oC熱源溫度下有效工作；適合太陽能以及其它低品位熱能應(yīng)用； 目前已小批量生產(chǎn)制冷機(jī)組性能性能指標(biāo)單位制冷量8.5kW冷凍水出水溫度10C冷凍水流量1.5t

13、/h冷卻水進(jìn)口溫度32C冷卻水流量5t/h熱水進(jìn)口溫度85C熱水流量3.6t/hCOP0.4冷凍水系統(tǒng)工作壓力0.6MPa冷卻水系統(tǒng)工作壓力0.6MPa熱水系統(tǒng)工作壓力0.6MPa運行重量1.5t電源2-220V-50Hz德國Freiburg示范應(yīng)用的太陽能吸附空調(diào)蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)利用聚焦式太陽能集熱器，將水加熱，產(chǎn)生蒸汽，噴射。 依靠蒸汽噴射器的作用完成制冷循環(huán)的制冷機(jī)。 它由蒸汽噴射器、蒸發(fā)器和冷凝器（即凝汽器）等設(shè)備組成，依靠蒸汽噴射器（見水蒸汽噴射真空泵）的抽吸作用在蒸發(fā)器中保持一定的真空，使水在其中蒸發(fā)而制冷。 蒸汽噴射式制冷機(jī)用水作為制冷劑,蒸發(fā)溫度在0以上，僅可用于空氣調(diào)節(jié)

14、和某些生產(chǎn)工藝過程。 蒸汽噴射式制冷機(jī)設(shè)備龐大,需要高位安裝,一般在10米以上，以便冷水泵和冷卻水泵吸入處為正壓,且需要較高壓力（5兆帕）的工作蒸汽，所以應(yīng)用日漸減少,有被溴化鋰吸收式制冷機(jī)取代的趨勢。 蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)水泵產(chǎn)生位能差熱泵產(chǎn)生溫度差低溫高溫HP熱泵(Heat Pump)熱泵134封閉式地源熱泵系統(tǒng) （傳統(tǒng)）熱泵設(shè)備基本原理內(nèi)部結(jié)構(gòu)1、壓縮機(jī)2、冷凝器3、膨脹閥（節(jié)流閥）4、蒸發(fā)器5、制冷劑節(jié)流閥蒸發(fā)器冷凝器壓縮機(jī)使制冷劑流動受阻力壓力降低低溫制冷劑與空氣換熱設(shè)備制冷系統(tǒng)的“心臟”，制冷劑流動的能量來源高溫制冷劑與水換熱設(shè)備1、壓縮機(jī)的驅(qū)動和壓縮動力下，氣態(tài)冷媒（制冷劑）被吸進(jìn)壓縮機(jī)內(nèi)并被壓縮成高溫高壓的氣態(tài)冷媒2、高溫高壓氣態(tài)冷媒流入冷凝器（即設(shè)備的散熱盤管）；此時低溫的水和流動著高溫冷媒的通過盤繞在水箱外壁的銅管（散