太陽能空調(diào)制冷技術(shù)

太陽能空調(diào)制冷技術(shù)2023/2/11/19太陽能空調(diào)技術(shù)1.太陽能空調(diào)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)當(dāng)前，大部分使用的空調(diào)技術(shù)是一種以電能為動(dòng)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(yán)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(gè)問題，它運(yùn)行費(fèi)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(qiáng)烈的時(shí)候，環(huán)境氣溫越高，人們的生活越需要空調(diào)，此時(shí)，太陽能空調(diào)的制冷能力就越強(qiáng)。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(yīng)。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(shí)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(shù)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(jī)組相結(jié)合，利用太陽能集熱器產(chǎn)生的熱量驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)制冷的系統(tǒng)。利用太陽能做能源，整個(gè)系統(tǒng)沒有任何氟利昂類化學(xué)產(chǎn)品，達(dá)到完全無污染和接近零運(yùn)行費(fèi)用。另外，太陽能空調(diào)的應(yīng)用正好與季節(jié)相吻合。溫度升高，室內(nèi)需要的冷負(fù)荷變大，此時(shí)日照強(qiáng)，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(shù)3/193.太陽能空調(diào)的技術(shù)特點(diǎn)目前太陽能空調(diào)的實(shí)現(xiàn)方式主依靠太陽的熱能進(jìn)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(shù)是利用吸收劑的吸收和蒸發(fā)特性進(jìn)行制冷的技術(shù)，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(shù)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(jī)中制冷。由于造價(jià)、工藝、效率等方面的原因，這種制冷機(jī)不宜做得太小，采用這種技術(shù)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(shù)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(shù)是利用固體吸附劑對(duì)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(shù)4/193.太陽能空調(diào)的技術(shù)特點(diǎn)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(shù)和真空技術(shù)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?zé)崂玫睦硐氘a(chǎn)品。2023/2/1太陽能空調(diào)技術(shù)5/193.太陽能空調(diào)的技術(shù)特點(diǎn)其二是制冷系統(tǒng)。利用低溫?zé)嵩醋鳛閯?dòng)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?zé)崂浼夹g(shù)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(jìn)行的。這兩種物質(zhì)在同一壓強(qiáng)下有不同的沸點(diǎn)，其中高沸點(diǎn)的組分稱為吸收劑，低沸點(diǎn)的組分稱為制冷劑。采用溴化鋰－水、氨－水等作為工質(zhì)對(duì)，有較好的經(jīng)濟(jì)性，特別是采用溴化鋰－水作為工質(zhì)對(duì)，能滿足對(duì)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(duì)。2023/2/1太陽能空調(diào)技術(shù)6/193.太陽能空調(diào)的技術(shù)特點(diǎn)其三是自動(dòng)化控制系統(tǒng)，即對(duì)裝置的各種工作參數(shù)進(jìn)行控制和安全保護(hù)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(duì)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(shí)意義和發(fā)展前途，特別是目前人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，對(duì)環(huán)境的要求越來越高，無污染、低能耗、利用太陽能作為動(dòng)力的空調(diào)將會(huì)受到人們的青睞。2023/2/1太陽能空調(diào)技術(shù)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(gòu)造及工作原理2023/2/1太陽能空調(diào)技術(shù)8/19

4.1熱管式集熱管的工作原理

當(dāng)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?zé)峁艿恼舭l(fā)端，完成一個(gè)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(shí)現(xiàn)熱量傳遞的熱管，習(xí)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(shù)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(dòng)力而自動(dòng)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(duì)凝結(jié)液的回流會(huì)起阻礙作用，這時(shí)沒有動(dòng)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(shù)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(duì)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(shí)吸收和釋放潛熱以及蒸汽流動(dòng)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(duì)傳熱性能有一定的影響。當(dāng)傾角為20°C～45°C時(shí)，傳熱效率最高，其中以40°C時(shí)為最佳。熱管還具有啟動(dòng)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(diǎn)2023/2/1太陽能空調(diào)技術(shù)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(jī)主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器組成。當(dāng)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(diǎn)遠(yuǎn)低于溴化鋰，因此，溶液中的水分就會(huì)不斷地蒸發(fā)出來，成為制冷劑水蒸汽，同時(shí)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(jìn)2023/2/1太陽能空調(diào)技術(shù)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(jìn)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(yīng)。為使水蒸汽還原成液態(tài)，同時(shí)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(jìn)吸收器中，2023/2/1太陽能空調(diào)技術(shù)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(dāng)水蒸汽與節(jié)流后的濃溶液濕蒸汽接觸時(shí)，水蒸汽便被吸收，同時(shí)使?jié)馊芤鹤兂蔀橄∪芤骸Ｈ缓笥扇芤罕眉訅?，再送回發(fā)生器中加熱，從而完成一個(gè)封閉的制冷循環(huán)。同時(shí)，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(jìn)行熱交換。這樣，既提高了進(jìn)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(jìn)入吸收器的溫度，減少了吸收器的冷卻負(fù)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(shù)14/194.3系統(tǒng)構(gòu)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(tái)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(tái)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(gè)空調(diào)系統(tǒng)由三個(gè)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(jì)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(shí)加熱水以保證制冷效果。2023/2/1太陽能空調(diào)技術(shù)15/194.3系統(tǒng)構(gòu)造及工作原理在夏季，被集熱器加熱的熱水首先進(jìn)入儲(chǔ)水箱，當(dāng)熱水溫度達(dá)到一定值時(shí)，由儲(chǔ)水箱向制冷機(jī)提供熱媒水；從制冷機(jī)流出并已降溫的熱水流回儲(chǔ)水箱，再由集熱器加熱成高溫?zé)崴?；制冷機(jī)產(chǎn)生的冷媒水通向空調(diào)箱，以達(dá)到制冷空調(diào)的目的。當(dāng)太陽能不足以提供高溫?zé)崦剿畷r(shí)，可由輔助熱源補(bǔ)充熱量。在冬季，同樣先將集熱器加熱的熱水進(jìn)入儲(chǔ)水箱，當(dāng)熱水溫度達(dá)到一定值時(shí)，由儲(chǔ)水箱直接向空調(diào)箱提供熱水，以達(dá)到供熱采暖的目的。當(dāng)太陽能不能夠滿足要求時(shí)，也可由輔助熱源補(bǔ)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(chǔ)水箱中的熱交換器，就可將儲(chǔ)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(shù)16/195.性能分析太陽能集熱器是利用太陽能制冷的關(guān)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(shí)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(shí)的穩(wěn)定性、安全性、維護(hù)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(duì)系統(tǒng)的高效運(yùn)行亦非常重要。對(duì)于冷凝器，可以采用較大口徑的高肋翅片管來強(qiáng)化冷卻制冷劑氣體，提高冷凝器冷凝效果。對(duì)蒸發(fā)器而言，其設(shè)計(jì)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(gè)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(dòng)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(shù)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(jià)格高的問題。但是太陽能空調(diào)是建立在太陽能熱水應(yīng)用基礎(chǔ)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(huì)提高；對(duì)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(jì)性。(2)集熱溫度、冷水溫度及冷卻水溫度應(yīng)各為多少，才能建立一個(gè)最為經(jīng)濟(jì)合理的太陽能空調(diào)系