能源利用新技术-太阳能制冷热泵

1.1光热转换技术

八、太阳能制冷空调1、吸收式制冷空调系统溴化锂（吸收剂）+水（制冷剂）无毒、制冷温度不低于6℃、高浓度易结晶、溶液腐蚀作用水（吸收剂）+氨（制冷剂）2、蒸汽喷射式制冷空调系统3、吸附式太阳能制冷空调系统

制冷技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。如人体舒适性要求、食物的加工保鲜，材料的特性--超导现象，物态（气体分离、液化）等需要利用制冷技术。制冷几个概念（1）制冷：用人工的方法在一定时间和一定空间内将物体冷却，使其温度降低到环境温度以下并保持这个温度。实质：将热量从被冷却对象中转移到环境中

制冷≠冷却普冷：120K以上深冷：20～120K低温：0.3～20K超低温：0.3K以下空调用制冷技术属于普通制冷几个概念(2)制冷剂：在制冷机中使用的工质称为制冷剂。(3)制冷机：机械制冷中所需机器和设备的总合称为制冷机。(4)制冷装置：将生产冷量的制冷机械和消耗冷量的设备结合在一起的装置。(1)商业及人民生活

如人工冰厂、空调、冰箱、冷柜以及食品的冷冻冷藏、保鲜、冷藏运输等。

(2)工业生产及农牧业

如制药、啤酒、精密仪器车间等；

农作物的种子进行低温处理，人工气候育秧室、蔬菜水果的保鲜等。

(3)建筑工程

如挖掘隧道、建筑河堤时采用的“冻土法”。

(4)科学实验研究

如各种环境模拟装置中创造的人工环境。

(5)医疗卫生

如药品、疫苗及人体器官的冷藏保存，手术中采用低温麻醉等。

(6)尖端科学领域等

微电子技术、能源、新型材料、宇宙开发等。

(7)氧气、天然气(CNG、LNG)等液态运输

天然气：1立方米（液态）＝621立方米（标准气态）

氧气：1立方米（液态）＝800立方米（标准气态）

发展历史

（1）制冷技术的发展历史1755年乙醚蒸发制冷----制冷技术的开始1834年第一台乙醚蒸汽压缩式制冷机1875年氨蒸汽压缩式制冷机压缩式制冷机占统治地位1859年氨水吸收式制冷机1910年蒸汽喷射式制冷机19世纪制冷技术基本成形1910年第一台以氨为工质的冰箱问世1920年美国开利公司制造出第一台开启式压缩机的卧式柜型空调器1930年第一台以氟利昂为工质（R-12)的制冷机问世1951年第一台窗式空调器正式问世1964年我国第一台“双鹿”牌——窗式空调器问世80年代末我国电冰箱产量占全世界第一位90年代中我国空调器产量占全世界第一位制冷技术的发展概括起来可分为两个阶段：（1）天然冷源的应用阶段古代~18世纪中期。采用的天然冷源主要是指冬季储存的天然冰和夏季使用的深井水。（2）机械制冷阶段

18世纪中期~今。

1755年是人工制冷史的起点。现代制冷技术作为一门科学是由19世纪中后期发展起来的，到20世纪具有更大的发展。（2）近代的突破性进展微电子和计算机技术的应用新材料在制冷产品上的应用机器设备的发展制冷工质开的开发

（4）制冷技术的研究方向减少能耗，如充分利用太阳能、地热能等；合理选择和利用制冷剂；提高制冷机的机械热力性能。制冷方法制冷的基本方法（1）相变制冷*液体气化*固体溶化与升华（2）气体膨胀制冷（3）逆向可逆循环*逆卡诺循环

制冷的具体方法*蒸汽压缩式制冷*吸收式制冷*蒸汽喷射式制冷*压缩式气体制冷循环*气体涡流制冷*热电制冷*固体吸附制冷制冷工质开的开发

1934年美国人波尔金斯试制成功了第一台以乙醚为工质、闭式循环的蒸气压缩式制冷机。

1830～1930，主要采取NH3、CO2、空气等作为制冷剂；

1930～1990，主要采用氟里昂作为制冷剂；

1990～，积极寻找无污染的制冷剂，替代氟利昂。蒸汽压缩式制冷

按着热力学第二定律，把热量从低温热源传递到高温热源需要外界做功。

制冷剂氟利昂

CFC含氯氟化碳

HCFC含氢氯氟化碳

制冷剂制冷剂：乙醚（1834）水二氧化碳（1866）氨（1870）二氧化硫（1876）氯甲烷（1878）氟利昂（Freon）（1930）氟利昂是饱和碳氢化合物的氟、氯、溴的衍生物的总称

R12(1931)、R11（1932）、R114（1933）、R113（1934）

R13（1945）R14（1955）丙烷（C3H3）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）丙稀（C3H6）、丁烷（C4H10）、戊烷（C5H12）对制冷剂的要求1、临界温度较高2、适宜的饱和蒸气压力3、凝固温度低4、粘度和比重小5、导热系数高6、绝热压缩系数小7、液体比重小8、循环的热力完善度尽可能大9、不易燃、不爆炸、无毒、无腐蚀10、价格便宜、易于获得CFC、HCFC的替代问题

1974年，Molina和Rowland发现氯氟碳化合物扩散到上层大气，被紫外线分解成氯原子，同温层中的臭氧就被催化破坏使臭氧层减薄或消失。同温层离地面11~45公里，存在臭氧层能吸收90%的紫外线。后果（1）紫外线增强，皮肤癌和白内障发病增多，人的免疫系统受到危害，每衰减1%，皮肤癌发病率增加4~6%（2）生态破坏，食品链破坏，损伤生物的细胞，阻止发育或产生变异，致使农作物和渔业减产。（3）产生附加温室效益。CFC+甲烷的总和=CO2

平均气温上升，海平面回升，南极冰川有融化的趋势。CFC含氯氟化碳

寿命臭氧消耗潜能值温室效应潜能值R1165年接近11R12120年接近12.8~3.4R113180年接近14.15R114180年接近14.15R115180年接近14.15R13400年接近15.1R501400年接近15.1HCFC含氢氯氟化物R2220年<0.10.35HFC含氢无氯氟化碳（R134aR152a等）R134a00.25禁用问题1987年蒙特利尔协定对二类8种CFC限制使用

CFC：R11、R12、R113、R114、R115

Halon

：1211、1301、24021992年哥本哈根CFC1995年停止使用

HCFC2020年达到96年的0.5%2030年完全禁用

30年代使用氟利昂，有50年的历史R11、R12：空调制冷、泡沫塑料、发泡剂R113：清洁剂R114、R115：高温制冷剂Halon

：

灭火剂停止使用CFC后,尚有大量CFC存在和继续逸散，至少50年后才开始恢复，200年后恢复到1970年的水平。

对策、替代（1）HFC134a可替代CFC12（2）混合工质

HFC+HCFC+HC（考虑可燃和阻燃）

410A407C（3）天然工质

HC

丙烷碳氢化合物（hydrocarbon)

氨NH3（anmonia)

二氧化碳CO2发展新型制冷方法汽波制冷吸收式制冷磁制冷单级压缩制冷循环hp12345PkP0冷凝器蒸发器1245节流装置压缩机冷凝压力Pk由冷凝温度决定为了制取更低的温度必然要求降低蒸发温度冷凝温度受冷却介质（环境）温度的限制，变化范围有限蒸发温度的降低导致蒸发压力P0下降气体绝热膨胀制冷溴化锂吸收式制冷系统1.组成设备：蒸发器、冷凝器、节流阀、吸收器、发生器、溶液泵。

①吸收器：吸收制冷剂蒸气

②发生器：加热、释放制冷剂

③溶液热交换器：内部能量利用，提高效率

④溶液泵：加压作用

2.循环：制冷剂循环

溶液循环太阳能吸收式制冷系统6°C12°C冷冻水冷却水进冷却水出热源：蒸汽或热水tc~45°C~95°C~70°Cto~4°CCondenserGenerator压力大约.80mbar(8kPa)压力大约.8,2mbar(0,83kPa)ta~35°CEvaporatorAbsorber~50°C~70°C~27°C~32,5°C~37°CRefrigerant(Water)SteamorHotWaterDilutedSolution(LiBr)ConcentratedSolution(LiBr)TowerWaterChilledWater溴化锂吸收式制冷机氨吸收式制冷泵吸收器换热器发生器蒸发器节流阀QL载冷体水低品位蒸汽TR、QR冷凝器QH水氨吸收式制冷蒸气压缩式与吸收式制冷机的比较吸收式制冷机是一种以热能为主要动力的制冷机。蒸汽压缩制冷循环：压缩机（消耗机械功）吸收式制冷循环：吸收器，发生器，换热器，泵

（消耗低品位热量）

太阳能吸附式制冷太阳能固体吸附式制冷是利用固体吸附剂（例如沸石分子筛、硅胶、活性炭、氯化钙等）对制冷剂（水、甲醇、氨等）的吸附（或化学吸收）和解吸作用实现制冷循环的。吸附剂的再生温度可在80—150℃之间，也适合干太阳能的利用。能够在55－85oC热源温度下有效工作；适合太阳能以及其它低品位热能应用；

目前已小批量生产制冷机组性能性能指标单位制冷量8.5kW冷冻水出水温度10ºC冷冻水流量1.5t/h冷却水进口温度32ºC冷却水流量5t/h热水进口温度85ºC热水流量3.6t/hCOP0.4冷冻水系统工作压力0.6MPa冷却水系统工作压力0.6MPa热水系统工作压力0.6MPa运行重量1.5t电源2Φ-220V-50Hz德国Freiburg示范应用的太阳能吸附空调蒸汽喷射式制冷空调系统利用聚焦式太阳能集热器，将水加热，产生蒸汽，喷射。依靠蒸汽喷射器的作用完成制冷循环的制冷机。它由蒸汽喷射器、蒸发器和冷凝器（即凝汽器）等设备组成，依靠蒸汽喷射器（见水蒸汽喷射真空泵）的抽吸作用在蒸发器中保持一定的真空，使水在其中蒸发而制冷。蒸汽喷射式制冷机用水作为制冷剂,蒸发温度在0℃以上，仅可用于空气调节和某些生产工艺过程。蒸汽喷射式制冷机设备庞大,需要高位安装,一般在10米以上，以便冷水泵和冷却水泵吸入处为正压,且需要较高压力（0.5～5兆帕）的工作蒸汽