我国太阳能制冷空调研究与发展

1、我国太阳能制冷空调研究与发展作者： 来源：广州能源研究所 2010-07-06 17:17:38 | 字号:大 中 小3太阳能（吸收式制冷）空调系统在太阳能空调方面，从70年代开始就有不少单位作过不同程度的研究和试验。由于太阳能空调技术要求较高，各方面的技术尚未成熟，而且需要投入的资金量很大，因此许多研究一直停留在试验阶段，但同时也为太阳能空调的实际应用做好了技术准备工作。直到“九五”计划期间，作为太阳能空调应用基础的太阳能热水器已经在全国蓬勃发展，漠化狸吸收式制冷机产品也已成熟和稳定，经过国家科委（科技部）和中国太阳能学会热利用专业委员会组织专家研讨、论证，认为太阳能空调进入实际应用的时机已

2、经成熟。国家科委把“太阳能空调示范系统”列入“九五”重点科技攻关项目计划，在我国南方和北方各建一座大型实用性的太阳能空调系统。下面介绍几个在不同年代有代表性的太阳能空调系统：1）根据国家建委下达的研究任务，中国建筑科学研究院与北京市第三棉纺织厂共同协作，以京棉三厂计量室（面积64m2，高4.1m）为制冷空调试验对象，研究试制了利用太阳能和工业余热（辅助热源）的氨冰吸收式制冷装置，用了近三年的时间，于1979年10月完成全部研究试验任务，11月召开了成果鉴定会。v2）华中工学院（华中理工大学）也于1978年研制了一套小型太阳能空调装置，1980年夏季试验成功。所建造的太阳能空调装置供空调房面积1

3、2m2，室外计算温度352°C，湿球温度282°C，室内温度26°C，计算冷负荷5024kJ/h采用氨-水吸收式制冷机组制冷，蒸发温度4°C，发生器溶液出口温度78°C，冷凝温度37，稀溶液浓度049，浓溶液浓度0525，循环倍率14，制冷剂流量5kgh采用太阳能平板集热器加热，采光面积12m2。该装置经过多次运行试验，结果表明，采用氨一水吸收式制冷机组配合平板集热器能稳定运行。在室外气温高达39°C，冷却水温度为28°C时，空调室内温度可维持在24°C。3）中国科学院广州能源研究所与香港理工学院合作于1987年在

4、深圳科技发展中心招待所建成了一套科研与实用相结合的示范性太阳能空调与热水综合系统，并成功投入运行。它能对总面积为80m2的4间客房昼夜进行供冷，空调温度26士1°C，制冷能力14kW，非空调期每天可提供4560°C的生活热水1012吨。该系统由以下部分组成：太阳能集热器系统：采用自行研制的三种太阳能中温集热器，集热面积共120m2，包括：玻璃与金属封接的带黑镍选择性镀层的直通式真空管集热器40m2；热管型真空管集热器40m2，也带黑镍镀层；V形隔热膜平板型集热器40m2。吸收式制冷机：采用两台2冷吨日本矢崎公司生产的单级溴化锂吸收式制冷机，总制冷能力14kW，热源温度要求8

5、8°C以上。储能装置：储热及储冷水箱容积各为5m3微处理机自动采集数据及控制系统：能自动收集和处理数据，系统根据太阳辐射和储热装置的情况，自动选择单台制冷机运行或两台同时运行方案。自动热水锅炉作为辅助能源。试验结果表明，制冷系统在晴天单靠太阳能运行时，储热水箱温度在8595°C之间，集热系统全日热效率3342（平板型略低），对客房的供冷可昼夜进行。该系统的成功运行显示了太阳能空调应用的可能性并积累了有益的经验。4）根据国家“九五”攻关项目计划，中国科学院广州能源研究所负责在南方建立太阳能空调示范系统。项目于1996年8月正式启动，1998年2月系统主体工程完成，并开始供给热

6、水，4月试运行供冷，6月正式投入使用。大型太阳能空调系统建造于广东省江门市一栋24层综合大楼上。该大楼是一座多功能的综合性商用、办公大楼，有写字楼、营业厅、招待所、运动娱乐场所、培训中心等。利用太阳能全年提供大楼每天所需的生活用热水，除此之外，在夏天以太阳能热水制冷，供其中一层空调。主要技术参数为：太阳能集热器：高效平板式集热器（带透明隔热板）集热面积：500m2制冷机：两级吸收式澳化钾制冷机制冷功率：100kW制冷热源温度：75°C（设计工况）冷冻水温度：9供空调用户面积：600m2系统运行调试取得令人满意的结果：（1）太阳能集热系统效率很高，能满足制冷及生活热水需求。（2）制冷机

7、各项指标均超过设计要求。运行测试结果如下：驱动热源温度低，在65一75°C范围内都能达到设计要求。热源温度低至60°C左右时，仍有较高的制冷能力（80）。热水利用温差大，可高达15°C。制冷能力可超过设计指标（最高达112kW）。冷冻水温度可低至6一7°C（设计工况为9°C）。性能系数（COP）较高（可大于04）。江门100kW太阳能空调系统是我国首座大型实用性的太阳能空调系统，它的建成标志着我国太阳能热利用技术上了一个新的台阶。系统有以下特点：（i）太阳能空调系统成功地全部采用高效平板集热器，使常规的太阳能热水系统能够与太阳能空调系统中国太阳

8、能产业联盟网“接轨”，同时也开拓了太阳能热水器更广阔的市场。（ii）100kW两级吸收式漠化理制冷机各项指标均达到设计要求。其驱动热源温度之低（65一75°C）及热源利用温差大的特点特别适合太阳能利用。（iii）系统兼顾了生活热水与制冷空调的能量需求，合理分配利用太阳能，使太阳能日利用效率提高。“引国家“九五”攻关项目计划太阳能空调系统在北方的示范点由北京市太阳能研究所负责。该项目正在山东省实施。太阳能空调系统的技术方案采用北京市太阳能研究所自己研制的一种玻璃。金属封接的热管式真空管集热器，采用国产的热水型澳化狸（单级）吸收式制冷机，系统供冷100kW（机组制冷能力150kw）。由于

9、热管式真空管集热器有良好的高温性能，能提供温度足够高的热水（90°C以上）带动单级吸收式澳化锤制冷机制冷。4太阳能除湿式空调除湿式空调系统是利用吸湿剂（例如氯化锂、硅胶等）对空气进行减湿，然后蒸发降温，对房间进行温度和湿度的调节，用过的吸附剂被加热进行再生。再生过程可以利用较低品位热能，因此也很适合于太阳能利用。该方法有利于保护大气环境，还有利于改善室内空气品质。西北工业大学、清华大学等对除湿式空调的研究，已经做了不少工作。为了对除湿空调系统和其中的关键部件进行研究，促进这一技术领域的发展，清华大学兴建了一座利用太阳能再生的干燥剂除湿复合空调系统试验装置。该装置由空气预处理段、太阳热

10、能加热段、干燥剂除湿冷却系统和常规制冷机组成。系统具有营造所要求的试验工况、利用太阳热能以及进行各种设备性能试验等多种功能，包括构成与压缩式制冷系统相结合的复合式空调系统。该装置参照国际上类似对象的试验标准和方法，实现设备的自动调节与控制及数据自动巡检与处理。试验结果表明，装置达到了所述试验功能和指标。西北工业大学对吸附剂的除湿性能、吸附除湿换热器及除湿空调系统等都作了充分的研究，并且在实用性产品开发方面取得了成果。西安交通大学与北京市太阳能研究所联合研制了一套敞开式吸收式空调系统。该系统利用氯化钙水溶液作吸收剂，由浓溶液在吸收器中吸收来自空调房间内空气的水分，并经绝热加湿使空气加湿来达到空调

11、目的。吸收水分后的稀溶液到再生器中通过太阳能加热而解吸变回浓溶液，再返回吸收器继续进行吸收。据报道，当空调房间温度维持25°C，相对湿度为60时，系统的运行参数为：制冷量2kW，单位质量空气制冷量是13kWkg，循环空气量01538kg/s，加湿量与除湿量均为471kg/h吸收器热负荷2.69kw，含湿量差85gkg干空气。5被动式降温谈到空调，就不能不考虑空调的对象建筑物的结构与冷负荷的关系，尤其是太阳能空调的应用，更要特别重视减小空调冷负荷的问题。因此，减小冷负荷、被动式降温以及利用自然冷源的降温方法，都是值得研究的课题。被动式降温是对通过太阳能辐射和热辐射进行有选择的、合理的利

12、用，达到建筑物自身降温或减少冷负荷的目的。建筑物与外界的热交换主要通过门窗和外墙进行。窗户是建筑物隔热保温的最薄弱环节，也是太阳辐射光和热的进入渠道。一些反光膜、滤光膜、蓝玻璃等主要是解决遮光问题，但仍有一部分红外辐射透过。而对于降温来说，反射红外辐射比反射可见光更为重要。可见，按不同需要，采用有严格光谱选择性的涂层、薄膜或功能性玻璃，对于建筑物的降温和节能是很有意义的。建筑物外墙一方面吸收太阳辐射，另一方面也向外界散发热量。要达到降温的目的，必须要对太阳辐射中的可见光及红外辐射有根强的反射率，减少墙体的吸热和蓄热，加速建筑物的放热，达到降温的效果。研究这类光谱选择性涂料并结合建筑物外墙的装饰

13、，将有助于建筑物的降温。清华大学对光谱选择性涂层有全面、深入的研究，特别是玻璃的镀膜方面矽口变色玻璃，各种选择性透过、吸收和反射玻璃等，都已经取得了不同程度的进展。辐射致冷也是建筑物被动式降温的一种新方法。大气外层空间是一个接近绝对零度的天然巨大冷库。根据辐射换热的原理，两个有温度差的物体之间，会以辐射的形式交换能量。这样就有可能把地面上的热能以辐射的形式释放出去，达到自身冷却降温的目的。但并不是所有辐射都能自由地穿过大气层，只有某些波长段的辐射穿透大气层的能力比较强，气象学上称为“大气窗口”。因此，要求辐射体要有严格的光谱选择特性，在对应“大气窗口”，的波长段上有很强的辐射率，同时在这以外有

14、极高的反射率，热能传到辐射体上，以特定的波长向天空辐射出去，辐射体由于释放了能量而得到降温。近二十年来辐射致冷研究在国外取得不少进展。在国内，中国科技大学长期以来进行过大量的理论和实验研究，特别是理论计算模型方面有独特的创新性。中国科学院广州能源研究所等单位在试验和应用方面也做了不少工作。中国科学院广州能源研究所在辐射制冷研究中，通过对光谱选择性辐射致冷材料进行筛选，以及对致冷辐射体制备工艺进行反复试验，得出了既简单、效果也好，又容易实现的辐射致冷新方法，并已实际应用于解决电视中转微波站仪器室的降温问题。在辐射致冷试验台上，他们测得致冷空间某点与环境温度最大温差为96，平均最大温差为92

15、76;C，在不同季节的晴天，所作的结果一般都在758°C之间，与天气的相对湿度有一定关系。他们还进行了辐射致冷技术实际应用的尝试，在不允许消耗任何电力的情况下，利用辐射致冷的原理和技术巧妙地解决了电视中转微波站的降温难题。1998年为某公司建造了12套辐射致冷被动降温装置。该系统由辐射致冷器、水箱、循环回路等组成，致冷器面积2m2，仪器房面积约7m2。据该公司验收降温装置的实测效果为：夏日中午环境温度35°C时，仪器房内仅为28°c环境温度30°C时，房内为26°c。在光谱选择性涂料方面，广州能源研究所研究成功一种船用的热反射涂料。热反射涂料与

16、辐射致冷在原理上虽然不尽相同，但对辐射波长选择性（反射和吸收）这个本质问题上是一致的。所研究的热反射涂料的热性能指标达到：红外反射率大于80，与标准板相比，板温可降低20°C（标准板64°c，样本板44°C）。6地下冷源降温利用地球上的自然冷源进行空调降温也是一种广义的太阳能空调方法。地冷降温就是其中的一种。地冷降温系统简单、造价不高、不需耗能制冷，只用很少的电力，是一种有实用意义的降温途径，已有成功应用的实例。华南理工大学1990年试验成功了地冷空调系统，通过在地下23m深处埋上空气换热管道，把新鲜空气或室内空气送入地下埋管，放热冷却后送回室内。据报道，在夏天，

17、地下冷风温度为234-273°C，在室外气温高达35°C下能保持室内温度2628°C，达到空调效果。已经完成几个试点工程。中国科学院广州能源研究所采用另一种方式，在地下5米深处建造地下水池，抽出地下冷水在室内进行空气换热，1992年应用在广东水稻育种玻璃温室内，冬夏季进行温度调节。地下水初温245°C，可维持温室所要求的温度29-31°C，经过夏季整整5个月降温运行，池水最终升温到288°c，这时仍可保持温室在3233°C，满足水稻育种要求。降温季节结束后，冬季已临近，正好利用池水对温室供热升温，使其温度保持在20°

18、;C以上。该系统还配有一无盐太阳池进行辅助加热。这样，温室全年的温度调节全部利用自然能源。7结语随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，制冷和空调的需求会越来越大，特别是建筑物降温的能耗巨大，给能源、电力、环境等方面带来越来越大的压力。利用太阳能来解决这个问题值得重视，但太阳能空调应根据不同地区的气候特点，不同的使用要求，综合采取多种技术措施（如主动式制冷与被动式降温相结合），才能解决好这个问题。虽然经过20多年试验研究和技术攻关，我国的太阳能制冷及空调事业某些方面已取得了很大的进展，一些应用技术正开始迈入实用化阶段，但是由于过去投入不够，许多有研究基础的单位不得不放弃了已经取得进展的工作，只有少数单位坚持了下来。此外，技术上仍存在不少问题需要加大科研攻关力度予以解决，即使某些较为成功的技术，在推广应用和产业化方