太陽能制冷技術(shù)的研究現(xiàn)狀和存在的問題.ppt

1、太陽能制冷技術(shù)的研究現(xiàn)狀和存在的問題,李根制作 南京航空航天大學(xué),一、太陽能及制冷技術(shù)概述,太陽能是一種取之不盡, 用之不竭的清潔能源, 據(jù)統(tǒng)計, 到達地球表面的平均太陽輻射強度為1367 kW/ m2 , 地球表面獲得的太陽能可達173 000kW。目前, 太陽能已應(yīng)用于發(fā)電、生活用熱等領(lǐng)域, 在煤炭、石油、天然氣、礦藏等不可再生能源終將枯竭、建筑能耗日益增大、空調(diào)節(jié)能越來越受到重視的今天, 太陽能空調(diào)制冷技術(shù)的研究與應(yīng)用必有更廣闊的前景。,利用太陽能進行供熱、采暖和制冷是實現(xiàn)規(guī)?；?、低成本利用太陽能的重要途徑。特別是，近年來隨著集中式太陽能熱水和采暖系統(tǒng)的規(guī)?；瘧?yīng)用，夏季太陽能熱量過?，F(xiàn)象

2、十分突出，各國學(xué)者都在積極尋找能夠?qū)崿F(xiàn)夏季利用太陽能進行空調(diào)制冷的有效方法，目的在于可以提高太陽能集熱器的全年利用效率，另一方面可以開辟一條利用太陽能解決空調(diào)制冷需求的嶄新技術(shù)途徑。太陽能空調(diào)制冷的最大優(yōu)點在于它有很好的季節(jié)匹配性，天氣越熱、越需要制冷的時候，太陽輻射條件越好，太陽能制冷系統(tǒng)的制冷量也越大。,二、太陽能空調(diào)制冷技術(shù)途徑,利用太陽能實現(xiàn)供熱與制冷的可能技術(shù)途徑主要包括太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，利用熱能供熱制冷，以及將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，利用電能驅(qū)動相關(guān)設(shè)備供熱制冷兩大類型。根據(jù)需求，太陽能制冷過程也可以實現(xiàn)從空調(diào)到冷凍溫區(qū)的不同要求。圖的左側(cè)反映了太陽能收集與轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，其中太陽能集熱器是將

3、太陽輻射轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿难b置，目前主要有平板式、真空管式和聚焦式集熱器三種類型，獲得的集熱溫度依次升高。依據(jù)太陽能集熱器集熱溫度的不同，可直接用于熱水供應(yīng)以及采暖等，還可以驅(qū)動吸收式、吸附式、噴射式、除濕空調(diào)，朗肯循環(huán)、化學(xué)反應(yīng)等過程獲得制冷效應(yīng)。也可以將太陽輻射通過光伏效應(yīng)或通過熱發(fā)電等途徑轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，之后通過電能驅(qū)動蒸汽壓縮制冷循環(huán)、斯特林循環(huán)以及熱電效應(yīng)實現(xiàn)制冷過程。另外，通過特定的可逆吸熱和放熱反應(yīng)，以太陽能為熱源，也能夠?qū)崿F(xiàn)特定場合下的制冷要求。,在各種太陽能制冷轉(zhuǎn)換途徑當中，太陽能熱驅(qū)動空調(diào)能夠和當前廣泛應(yīng)用的太陽能熱水和采暖系統(tǒng)緊密結(jié)合，構(gòu)成太陽能綜合利用系統(tǒng)，從而實現(xiàn)太陽能利用與季

4、節(jié)變化的最佳匹配。即利用一套太陽能集熱器做到冬季采曖、夏季空調(diào)、四季熱水供應(yīng)等，因而可與建筑結(jié)合在建筑能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要的作用，這也是實現(xiàn)太陽能規(guī)?；?、低成本應(yīng)用的理想途徑之一。,三、太陽能空調(diào)制冷技術(shù)應(yīng)用研究現(xiàn)狀,近幾年, 國內(nèi)、外眾多學(xué)者在太陽能空調(diào)制冷技術(shù)方面進行了深入的研究。太陽能制冷主要有兩種方式, 一是先實現(xiàn)光- 電轉(zhuǎn)換, 再用電力驅(qū)動常規(guī)壓縮機進行制冷, 原理簡單, 容易實現(xiàn), 但成本高; 二是利用太陽的熱能為驅(qū)動力進行制冷, 技術(shù)要求高, 但成本低, 無噪聲, 無污染, 是目前太陽能在空調(diào)中應(yīng)用的主要方式。,四、太陽能吸收式空調(diào)制冷技術(shù),1、太陽能吸收式制冷技術(shù) 吸收式制冷是根

5、據(jù)吸收劑強烈的吸收制冷劑的特性, 利用熱能驅(qū)動溶液進行制冷。根據(jù)吸收劑的不同, 可分為氨-水吸收式制冷和溴化鋰- 水吸收式制冷兩種。將太陽能引入吸收式制冷系統(tǒng)作為驅(qū)動熱能, 可大大降低系統(tǒng)的運行成本, 改善其運行性能。 目前, 國內(nèi)所研究、開發(fā)的吸收式太陽能空調(diào)系統(tǒng)大都采用常規(guī)的閉式循環(huán)。,2、太陽能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)太陽能液體除濕是將環(huán)境空氣或室內(nèi)回風送入除濕器, 使之與除濕溶液接觸, 空氣中部分水分被除去, 對干燥后的空氣再絕熱加濕, 從而達到空氣調(diào)節(jié)的目的; 被稀釋的除濕溶液在再生器中得到再生, 從而完成一個循環(huán)過程。 目前在太陽能吸收式制冷系統(tǒng)中, 太陽能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)由于采用太陽能為

6、熱源, 除濕溶液可以循環(huán)使用, 因此這種系統(tǒng)環(huán)保、節(jié)能且運行成本低廉, 已經(jīng)成為現(xiàn)代太陽能空調(diào)制冷技術(shù)中研究的主要方向和熱點課題。但另一方面, 系統(tǒng)的一次性投資比較大, 所以設(shè)計結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)良的除濕和再生設(shè)備、選擇性能良好的除濕溶液、對現(xiàn)有系統(tǒng)進一步優(yōu)化和小型化都是研究的重點。,五、太陽能吸附式空調(diào)制冷技術(shù),1、固定床吸附式制冷技術(shù) 吸附式制冷是利用固體吸附劑對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。由于太陽能吸附式制冷系統(tǒng)一般在負壓下工作, 使用一段時間后, 制冷性能會變壞, 最終停止工作。,2、開式太陽能固體吸附式空調(diào)制冷系統(tǒng) 太陽能吸附式制冷是以太陽

7、能為驅(qū)動熱源, 以某種具有多孔性的固體作為吸附劑, 某種氣體作為制冷劑, 形成吸附制冷工質(zhì)對, 在固體吸附劑對氣體吸附物吸附的同時, 流體吸附物不斷地蒸發(fā)成可供吸附的氣體, 蒸發(fā)過程對外界吸熱實現(xiàn)制冷。,3、太陽能噴射式空調(diào)制冷技術(shù) 噴射式制冷系統(tǒng)中循環(huán)泵是唯一的運動部件,系統(tǒng)設(shè)置比吸收式簡單、運行穩(wěn)定, 可靠性較高。但其缺點是制冷效率較低。,六、當今制冷新技術(shù),圖1，硅膠-水吸附式空調(diào)機組,圖2 德國Freiberg應(yīng)用的日本Nishyodo公司吸附空調(diào)機組,圖3 太陽能兩級轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng),圖4 班牙Mataro太陽能空氣集熱器驅(qū)動除濕空調(diào)機組,圖5 以色列海法應(yīng)用的太陽能溶液除濕空調(diào),圖

8、6 遠大公司的太陽能輔助雙效吸收式空調(diào),圖7 廣州能源所開發(fā)的兩級吸收式空調(diào),七、太陽能空調(diào)制冷技術(shù)的應(yīng)用前景,在世界能源日益緊張、空調(diào)能耗逐年增加的情況下, 采用更為節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)是人類的共同需求。以太陽能為驅(qū)動熱源的空調(diào)制冷系統(tǒng), 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), 是名副其實的綠色空調(diào)。在節(jié)能和環(huán)保方面有很大的發(fā)展?jié)摿Α?太陽能空調(diào)制冷系統(tǒng)多是建立在太陽能集熱器基礎(chǔ)上, 一方面, 由于太陽能的利用效率低、價格高, 并且受時效影響, 對于居住相對集中的樓房來說, 如果樓房的設(shè)計沒有考慮到太陽能空調(diào), 集熱器的安裝將受到很大的限制; 另一方面, 太陽能制冷有多種形式, 但

9、就目前的研究現(xiàn)狀來看, 各種不同形式的制冷系統(tǒng)都多少存在著不足, 所以限制了太陽能空調(diào)制冷技術(shù)的廣泛應(yīng)用。如何進一步提高系統(tǒng)的運行效率, 以及各種制冷循環(huán)的聯(lián)合運行都是將來研究的重點領(lǐng)域。隨著太陽能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計制造的軟硬件系統(tǒng)、技術(shù)標準、配套設(shè)備的發(fā)展,并依托綠色建筑這個發(fā)展的建筑市場, 太陽能在空調(diào)制冷中的研究應(yīng)用一定會有很大的發(fā)展。,八、結(jié)語,太陽能用于空調(diào)制冷技術(shù)很有發(fā)展前景, 并且是大勢所趨, 但用于太陽能轉(zhuǎn)換的設(shè)備投資較高,其技術(shù)尚需進一步完善, 而且還缺乏一些對系統(tǒng)的操作運行有實際經(jīng)驗的建筑師、施工者和設(shè)計者,給太陽能制冷技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用帶來一定困難, 因此, 目前急需解決的問題有: 降低系統(tǒng)成本, 減小系統(tǒng)體積, 提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性