太陽能空調制冷技術

太陽能空調制冷技術2023/2/11/19太陽能空調技術1.太陽能空調技術的優勢當前，大部分使用的空調技術是一種以電能為動力，把室內熱量加以吸收排除到室外的循環系統。耗能的嚴重問題，在世界能源日益緊張的今天，采用更為節能的空調系統是人類的共同需要。太陽能空調解決了這個問題，它運行費用低，壽命長，無噪聲。而且利用太陽能作為能源的空調系統，它的誘人之處還在于越是太陽能輻射強烈的時候，環境氣溫越高，人們的生活越需要空調，此時，太陽能空調的制冷能力就越強。這是人和自然和諧的理想境界。使用太陽能空調的結果，既創造了室內宜人的溫度，又能降低大氣的環境溫度，還減弱了城市中的熱島效應。更為可取的是，它既節約了能源，還不使用破壞大氣層的氟里昂等有害物質，是名副其實的綠色空調。在節能和環境方面有很大的發展潛力。2023/2/12/19太陽能空調技術2.太陽能空調介紹太陽能制冷空調，就是將太陽能系統與制冷機組相結合，利用太陽能集熱器產生的熱量驅動制冷機制冷的系統。利用太陽能做能源，整個系統沒有任何氟利昂類化學產品，達到完全無污染和接近零運行費用。另外，太陽能空調的應用正好與季節相吻合。溫度升高，室內需要的冷負荷變大，此時日照強，太陽能空調提供的冷量也變大。2023/2/1太陽能空調技術3/193.太陽能空調的技術特點目前太陽能空調的實現方式主依靠太陽的熱能進行制冷和供熱，一般又可分為吸收式和吸附式兩種。吸收式制冷技術是利用吸收劑的吸收和蒸發特性進行制冷的技術，根據吸收劑的不同，分為氨-水吸收式制冷和溴化鋰-水吸收式制冷兩種。吸收式制冷技術是以太陽能集熱器收集太陽能產生熱水或熱空氣，再用太陽能熱水或熱空氣代替鍋爐熱水輸入制冷機中制冷。由于造價、工藝、效率等方面的原因，這種制冷機不宜做得太小，采用這種技術的太陽能空調系統一般適用于中央空調，系統需要有一定的規模；但是普通家用空調通過該技術改造成太陽能空調，改造成本低、簡便可行。吸附式制冷技術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。2023/2/1太陽能空調技術4/193.太陽能空調的技術特點利用太陽能作為能源的空調裝置，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平板式真空集熱管之后開發出的高科技節能產品，它將熱管技術和真空技術融為一體，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，是一種溫熱利用的理想產品。2023/2/1太陽能空調技術5/193.太陽能空調的技術特點其二是制冷系統。利用低溫熱源作為動力的制冷系統不同于壓縮式制冷系統，它必須能滿足充分利用低溫熱冷技術較為成熟。吸收式制冷是利用兩種物質所組成的二元溶液作為工質來進行的。這兩種物質在同一壓強下有不同的沸點，其中高沸點的組分稱為吸收劑，低沸點的組分稱為制冷劑。采用溴化鋰－水、氨－水等作為工質對，有較好的經濟性，特別是采用溴化鋰－水作為工質對，能滿足對安全性要求很高的空調裝置，是一種較為理想的工質對。2023/2/1太陽能空調技術6/193.太陽能空調的技術特點其三是自動化控制系統，即對裝置的各種工作參數進行控制和安全保護的控制系統。以熱管為太陽能集熱管，溴化鋰－水為工質對的吸收式制冷空調系統，不管是作為制冷量大的大型空調，還是作為家用空調都有著現實意義和發展前途，特別是目前人們環境保護意識的提高，對環境的要求越來越高，無污染、低能耗、利用太陽能作為動力的空調將會受到人們的青睞。2023/2/1太陽能空調技術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系統構造及工作原理2023/2/1太陽能空調技術8/19

4.1熱管式集熱管的工作原理

當陽光射在真空管內的吸熱片上，熱管內的工質受熱沸騰汽化，蒸汽不斷沖向頂部的冷凝端，在冷凝端冷凝變成液體，冷凝的工質沿管壁流回熱管的蒸發端，完成一個循環。這種在一端吸熱汽化而在另一端凝結放熱，通過內部相變實現熱量傳遞的熱管，習慣稱為重力熱管。熱管的內部沒有吸熱芯，凝結的液體從凝結端回流到蒸發端是依靠凝結2023/2/1太陽能空調技術9/194.1熱管式集熱管的工作原理液自身的重力，不需要外部動力而自動循環，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循環的，在使用中必須將蒸發段置于凝結段的下方。若蒸發段置于凝結段的上方，重力對凝結液的回流會起阻礙作用，這時沒有動力使凝結液返回到蒸發段，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太陽能空調技術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相變時吸收和釋放潛熱以及蒸汽流動傳輸熱量，而大多數工質的汽化潛熱是很大的，因此不需要很大的蒸發量就能傳遞大量的熱。熱管的安裝傾角對傳熱性能有一定的影響。當傾角為20°C～45°C時，傳熱效率最高，其中以40°C時為最佳。熱管還具有啟動工作溫度低、熱損少、管內不結垢、不炸管、全年使用不結凍、集熱效率高、使用壽命長等特點2023/2/1太陽能空調技術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主要由發生器、冷凝器、蒸發器和吸收器組成。當發生器中的溶液被工作蒸汽或熱水加熱后，由于水的沸點遠低于溴化鋰，因此，溶液中的水分就會不斷地蒸發出來，成為制冷劑水蒸汽，同時使發生器中剩余溶液的濃度增高。制冷劑水蒸汽經分離器將其夾帶的液滴分離后進2023/2/1太陽能空調技術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，凝結成制冷劑水，再經膨脹閥節流降壓，然后進入蒸發器中蒸發汽化，吸取蒸發器管中冷媒水的熱量，使冷媒水的溫度降低，產生冷效應。為使水蒸汽還原成液態，同時也為了使發生器中由于析出了水分而濃縮的溶液(濃溶液)能繼續發揮作用，就需將發生器中的濃溶液和蒸發器中生成的水蒸汽部分送進吸收器中，2023/2/1太陽能空調技術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，當水蒸汽與節流后的濃溶液濕蒸汽接觸時，水蒸汽便被吸收，同時使濃溶液變成為稀溶液。然后由溶液泵加壓，再送回發生器中加熱，從而完成一個封閉的制冷循環。同時，在發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生器的熱濃溶液在此進行熱交換。這樣，既提高了進入發生器的冷稀溶液溫度，減少發生器所需耗能量；又降低了進入吸收器的溫度，減少了吸收器的冷卻負荷，所以溶液熱交換器大大提高了能量利用率。2023/2/1太陽能空調技術14/194.3系統構造及工作原理熱管式太陽能空調制冷系統由太陽能集熱器、溴化鋰吸收制冷系統、數臺循環泵、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組成。循環水由循環泵輸入水箱，熱管吸收太陽能在水箱加熱循環水，水的溫度升高，由另一臺循環泵輸送到溴化鋰吸收式制冷裝置的發生器，將熱量釋放給發生器，返回水箱。水吸收器和冷凝器的冷卻水由循環水泵輸送到空氣冷卻器循環冷卻，整個空調系統由三個流通環路組成，即發生器流通環路、制冷水流通環路和冷卻水流通環路。各流通環路流量、溫度都由流量計與溫度傳感器測定。輔助電加熱器則是在夜間或集熱器工作不正常時加熱水以保證制冷效果。2023/2/1太陽能空調技術15/194.3系統構造及工作原理在夏季，被集熱器加熱的熱水首先進入儲水箱，當熱水溫度達到一定值時，由儲水箱向制冷機提供熱媒水；從制冷機流出并已降溫的熱水流回儲水箱，再由集熱器加熱成高溫熱水；制冷機產生的冷媒水通向空調箱，以達到制冷空調的目的。當太陽能不足以提供高溫熱媒水時，可由輔助熱源補充熱量。在冬季，同樣先將集熱器加熱的熱水進入儲水箱，當熱水溫度達到一定值時，由儲水箱直接向空調箱提供熱水，以達到供熱采暖的目的。當太陽能不能夠滿足要求時，也可由輔助熱源補充熱量。在非空調采暖季節，只要將集熱器加熱的熱水直接通向生活用儲水箱中的熱交換器，就可將儲水箱中的冷水逐漸加熱以供使用2023/2/1太陽能空調技術16/195.性能分析太陽能集熱器是利用太陽能制冷的關鍵部件，它的集熱性能好壞在很大程度上決定了系統制冷過程總的COP值。實用性好的太陽能集熱器除了要考慮制冷過程的COP值，還要考慮工作時的穩定性、安全性、維護管理難度以及使用壽命等因素。冷凝器與蒸發器的性能對系統的高效運行亦非常重要。對于冷凝器，可以采用較大口徑的高肋翅片管來強化冷卻制冷劑氣體，提高冷凝器冷凝效果。對蒸發器而言，其設計的好壞直接影響制冷效果。必須使蒸發器具有足夠的換熱面積，保證蒸發器與冷媒水充分換熱。太陽能高溫平板吸收熱管式空調制冷系統是間歇式系統，不能夠連續制冷，不能滿足連續用能的需求，系統中加入一個輔助能源以保證夜間也能連續制冷，但也增加了能耗，因而系統制冷過程總的COP值較低。但是，與純粹利用電能為動力的壓縮式制冷系統相比，可以非常明顯節約電耗。2023/2/1太陽能空調技術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，太陽能空調普遍存在著效率低、價格高的問題。但是太陽能空調是建立在太陽能熱水應用基礎上的，太陽能空調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展，太陽能集熱器的效率也會提高；對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，使其有更好的經濟性。(2)集熱溫度、冷水溫度及冷卻水溫度應各為多少，才能建立一個最為經濟合理的太陽能空調系