太阳能空调制冷技术论文

1、太阳能利用技术论文 姓 名： 范继伟 学 号： A 院 系： 工程学院 班 级： 能源1102班太阳能空调制冷技术 摘要：随着社会经济的快速发展，节能环保显现的尤为重要，而太阳能是最为环保的能源之一。而太阳能用于空调制冷, 最大的优点是季节匹配性好, 天气越热、越需要制冷的时候, 系统制冷量越大。并且太阳能制冷系统一般采用非氟氯烃类物质作为制冷剂，不会造成对大气臭氧层的破坏而产生环境温室效应，符合当前的全球环保要求。本文介绍了不同形式的太阳能吸收式和吸附式制冷系统的工作原理及工作特性, 分析了当今以吸收式和吸附式为主流的太阳能制冷系统的优缺点，并分析了制冷机效率及提高效率的措施。关键词：太阳能

2、空调；吸收制冷；吸附制冷；制冷效率；改进措施Abstract:with the rapid development of social economy,energy saving and environmental protectionappearsparticularly important,solar energy isone of the mostenvironmentally friendlyenergy.And the solar energyused forair conditioning and refrigeration,the biggest advantageis the

3、seasonmatchis good,more hot weather,the needwhen refrigeration,the refrigeration systemmore.Andsolar refrigerationsystem generally adopts thenonCFCsas refrigerants,will not cause thedestruction of the ozone layerand theenvironment inthe greenhouse effect,the globalenvironmental protectionrequirement

4、s ofthe current.This paper introducesthe working principles and characteristicsof different forms ofsolarabsorption refrigerationand adsorptionrefrigeration system,analysis of the currentmainstreamsolarrefrigeration systemusingabsorption type andadsorption typeas theadvantages and disadvantages,and

5、analyzes theefficiency of refrigeratorandmeasures toimprove the efficiency of the.Keywords:solar air conditioning;absorption refrigeration;adsorption refrigeration;refrigerationefficiency;improvement measures0、引言当前, 人类面临着臭氧层破坏、全球变暖以及能源危机等诸多能源和环境问题,“节约常规能源、积极开发环保型新能源”是被普遍认同的解决方案。因太阳能有“取之不尽、用之不竭、绿色环保”

6、等诸多优点, 于各种新能源中脱颖而出,成为研究重点。其中太阳能制冷与空调技术又成为研究的亮点。太阳能是一种辐射能, 不带任何化学物质, 是最洁净, 最可靠的巨大能源宝库。经测算表明, 太阳能释放出相当于10 亿千瓦的能量, 而辐射到地球表面的能量, 虽然只有它22 亿分之一, 但也相当于全世界目前发电总量的八万倍。人类利用太阳能有三个途径: 光热转换、光电转换和光化转换。光热转换即用各种集热器把太阳能收集起来, 然后用收集到的热能来制热水、供热或供冷; 光电转换即将太阳能转换成电能; 光化转换即先将太阳能转换成化学能, 再转换为电能等其他能量。太阳能空调系统是一种光热转换系统。这种系统直接利用

7、集热器收集到的热能, 因此效率较高。如果将太阳能供冷系统与常规的电制冷系统相比较,可以发现前者节省了将热能转换为电能时所浪费的能量。 1、 太阳能制冷的概况1、1 太阳能进行空调制冷的方式把太阳能用于制冷主要技术途径大致包括两种类型，一是把太阳能转变成热能，然后再利用热能制冷；二是利用太阳能提供的热能，将其转换成电能，再使用电能进行制冷系统的驱动。根据要求，太阳能的供冷也能够满足从空调至冷冻温区的各种要求。太阳能的采集和转换步骤，主要是把太阳能集热装置利用太阳辐射转化为热能的设施，当下主流使用的是平板式、聚焦极热装置与真空热管这三样设备。通过这些装置当下可以实现热水供应和采暖，还能够进行喷射式

8、、吸附式以及除湿空调等获取冷能量，同时还可以把太阳能经由光伏效应与热发电等方式转换成电能，然后再使用特林循环与热电效应进行制冷，此外，再经由专门可逆吸热与放热反应，把太阳能作为热能进行特定情况下制冷需求。在各种各样太阳能转换为冷能量方式之中，太阳能热驱动制冷空调最符合现在太阳能供热系统，能够有效的和采暖与热水系统结合，把太阳能综合利用最大化。实现与季节变换最佳匹配。就是把太阳能有效利用到夏天空调制冷，冬天供暖。全年供应热水等，因此，可以把太阳能集热和建筑节能给有效的融合在一起，可以把这当做实现太阳能使用规模化、降低成本的主要途径。1、2 太阳能的热驱动制冷太阳能利用热驱动进行制冷，是当下太阳能

9、使用的最普遍模式。以空调系统进行判断，有吸附式空调、吸收式空调、除湿空调以及喷射式制冷空调四样，这当中前三种空调系统运用最为广泛。其工作原理就是使用太阳能集热装置供应的热能进行制冷装置的驱动从而产生冷能力或者冰冻水向建筑物室内输送。具体有以下几种：1、2、1 吸收式吸收式制冷空调，是使用太阳能集热装置来进行吸收式制冷空调的驱动，这是到现今为止应用最为广泛太阳能空调技术，使用大多是溴化锂- 水系统，另外也有使用氨- 水系统。1、2、2 吸附式使用吸附式原理，把太阳能作为热源，使用工质对一般是分子筛- 水以及活性炭- 甲醇等等，能够使用太阳能集热装置把吸热床进行加热过后给用在脱附制冷剂，经由加热脱

10、附然后进行冷凝再吸附导致蒸这几个步奏来实现制冷。1、2、3 除湿空调这属于一种循环的吸附式供冷方式，除湿空调本质就是干燥剂进行除湿与蒸发冷却，这也是符合太阳能利用的空调系统。1、2、4 蒸汽喷射式这种制冷系统是经由太阳能集热器让沸点供职转变成高压蒸汽，在利用喷管时因流产生高速度、压力低、在进行吸入室周围导致蒸发器内部产生低压蒸汽融入混合式，另一方面蒸发器当中制冷剂进行气化来实现制冷效果。综上所述，把太阳能集热装置的热能用来驱动空调制冷的方法中，到现在都是溴化锂- 水吸收方式的制冷空调被应用最为广泛，多以欧美地区为主。除此之外，吸附式制冷空调系统对于驱动热能需求偏低，近段时间在国内与欧洲被开发的

11、也很完善。除湿空调在技术方面要求较高，其开放循环的工作模式，稳定性极高，在进行空调潜热负荷处理的时候占有一定优势。 同时，就空调特点来说，除湿空调空调主要是空气进行控制的方式，可以把空气直接处理到合适湿度。然而吸附制冷系统、吸收制冷系统与喷射制冷系统本质是取得冰冻水为目标，更深入的在使用风机盘管或者是辐射末端实现对环境温度和湿度的调节。前者具有处理潜热负荷的优势，但是对于空气降温方面控制手段不足，在特定环境下，需要和别的制冷方法结合才能实现显热与潜热分级处理，从而实现理想空调的目的。2、太阳能空调系统的组成太阳能空调系统主要由太阳能集热装置、热驱动制冷装置和辅助热源组成。太阳能集热装置的主要构

12、件就是太阳能集热器, 还包括储热罐和调节装置。太阳能集热器是用特殊的吸收装置将太阳的辐射能转换为热能。太阳能集热器主要有三种: 平板式、真空管式、空气式。平板式和真空管式都是采用水和防冻液作为介质, 空气式是采用空气作为介质。其中真空管式集热器的吸热管是放在抽真空的玻璃管内, 热损耗相对来说最小, 效率相对较高,介质温度可以达到150; 而空气式集热器相对来说热损失最大, 效率最低, 可以获得的介质温度也最低; 平板式集热器的吸热管被放在平的保温材料中, 它的效率和介质温度介于真空管式和空气式之间。热驱动制冷装置主要有三种: 吸收式制冷机、吸附式制冷机和除湿冷却装置。吸收式制冷机采用溴化锂溶液

13、为制冷介质, 制冷量从20 kW 到5MW。其中单效吸收式制冷机的热力系数为0.6 到0.75,驱动温度为85以上; 双效吸收式制冷机的热力系数为1.1 到1.3, 驱动温度为150以上。吸附式制冷机以硅胶等固体吸附剂作为制冷介质, 制冷量从50 kW 到430 kW, 热力系数为0.3 到0.7, 驱动温度为60到90。除湿冷却装置采用硅胶等物质为除湿剂, 制冷量从20 kW 到350 kW, 热力系数为0.5 到1, 驱动温度为45到95。在除湿冷却装置中, 热能是用来使除湿剂再生。辅助热源是在太阳能不足时为热驱动制冷装置提供热能的常规供热装置。图1所示为太阳能供冷系统示意图。图1中, 太

14、阳能集热器吸收太阳能,并转换成为热能, 由储热罐将热能储存, 这部份热能同辅助热源提供的热能一起被用来驱动制冷机,为建筑提供冷量。另一方面, 还可以除湿转轮对空气进行除湿和冷却, 经过热回收转轮加热的回风可以对除湿转轮进行再生。图1太阳能空调系统示意图3、太阳能空调制冷效率太阳能制冷系统的效率主要受两方面因素的影响: 一个是制冷机的效率( COP) , 另一个是太阳能集热器的效率。制冷机的COP 随着驱动温度和蒸发温度的上升而上升, 太阳能集热器的效率随着太阳辐射强度的上升而增大, 随着介质温度的上升而减小。如果将太阳能集热器效率与制冷机的COP 值相乘就可以得到太阳能空调系统的总效率, 由此

15、可见, 为了获得最高的系统总效率,必须合理地选择太阳能集热器和制冷机, 使其两者的效率乘积为最高。在太阳能辐射强度不同的地区, 采用不同的集热器与太阳能制冷机搭配, 不仅可以提高太阳能制冷系统的效率, 而且可以降低太阳能制冷系统的造价, 这对于发挥太阳能制冷系统的优势和其推广运用是及其关键的措施。3、1 太阳能集热器分析太阳能作为一种清洁廉价的能源很早就备受关注。但是太阳能能量密度较低的事实, 一直是限制太阳能利用的最大瓶颈。因此, 太阳能集热也就成为太阳能制冷的一个关键技术。太阳能集热器的任务是为吸收式制冷机提供高温热源。对于一个一定负荷的制冷机来说, 需要选择与之匹配的太阳能集热器, 过小

16、会影响制冷机的制冷性能, 过大又会增大成本。目前的太阳能集热器大体可以分为两类: 平板型太阳能集热器和真空管型太阳能集热器。本文以平板集热器为例进行模拟。太阳辐射透过透明盖板投射在吸收表面上,光能被转换为热能,以热量形式传递给吸热板内的传热工质,使传热工质温度升高;同时,温度升高的吸热板不可避免的以传导、对流、辐射等方式向四周散热,形成集热器热量损失。由于平板型结构不具备聚焦阳光的功能,其工作温度一般限于100以下。集热器吸收的太阳辐射能S,是入射辐射能与面盖光学损失之差。集热器传到环境中的热损失包括导热、对流和辐射,它的大小用总传热系数认乘上吸热板平均温度和环境温度之差来代表。因而在热平衡条

17、件下集热器的有效能量输出应当等于吸收的辐射能和热损失之差:式中： 集热器面积，总传热面积，吸热板平均温度，环境温度，吸热面吸收的太阳辐射量,集热器有效利用能量, 上式表明,由吸热板吸收的辐射能S越大,热损失越小,获得的有效能就越多。影响S的主要因素有:集热器上太阳辐射量以及太阳入射角的大小;面盖对太阳辐射的透射率,越大越好;对吸热面长波发射的透射率,则越小越好;吸热面对太阳辐射的吸收率,越大越好;集热器边缘及面盖支撑物对太阳的遮挡应尽可能小等。集热器的性能用集热效率来衡量,它是规定时间内吸收的有用热能与入射在集热器表面上的太阳辐射能之比。效率与吸热面温度成反比。为得到较高的集热效率,吸热面温度

18、不宜太高,因为这会使工作流体的温度跟着下降。集热效率的计算式为:式中: 集热器瞬时辐射量,规定时间，4、结论与展望几种常见的太阳能热转换制冷空调制冷方式的优缺点见表1。表1 常见的太阳能热转换制冷空调制冷方式的优缺点优点现有不足适应场合吸收式研究较成熟，运行可靠；COP 相对较高(与传统电制冷相比) 成本偏高，效率偏低办公楼、饭店等较大规模( 100kW)的中央空调系统吸附式热源温度要求低(55)，集热器成本大大降低；结构简单，选用不同工质对可以处理不同工作温度系统COP 值低；为实现连续制冷，需采用多个交替运行或回热、回质等措施尤其适合针对一般住宅的小型(5kW)户式空调等小型系统除湿空调再生温度要求最低(50)；对潜热负荷处理具有独特优势，可实现热湿独立处理对环境降温能力有限，常需辅助制冷；理论研究尚不成熟尤其适合高湿度地区，或干燥地区除湿与蒸发冷却配合使用。或湿度要求很高的厂房(如纺织厂)相比传统电力，目前的压缩式空调系统尚存在投资成本、运行可靠性等方面不足，但太