太阳能空调制冷技术

太阳能空调制冷技术2023/2/11/19太阳能空调技术1.太阳能空调技术的优势当前，大部分使用的空调技术是一种以电能为动力，把室内热量加以吸收排除到室外的循环系统。耗能的严重问题，在世界能源日益紧张的今天，采用更为节能的空调系统是人类的共同需要。太阳能空调解决了这个问题，它运行费用低，寿命长，无噪声。而且利用太阳能作为能源的空调系统，它的诱人之处还在于越是太阳能辐射强烈的时候，环境气温越高，人们的生活越需要空调，此时，太阳能空调的制冷能力就越强。这是人和自然和谐的理想境界。使用太阳能空调的结果，既创造了室内宜人的温度，又能降低大气的环境温度，还减弱了城市中的热岛效应。更为可取的是，它既节约了能源，还不使用破坏大气层的氟里昂等有害物质，是名副其实的绿色空调。在节能和环境方面有很大的发展潜力。2023/2/12/19太阳能空调技术2.太阳能空调介绍太阳能制冷空调，就是将太阳能系统与制冷机组相结合，利用太阳能集热器产生的热量驱动制冷机制冷的系统。利用太阳能做能源，整个系统没有任何氟利昂类化学产品，达到完全无污染和接近零运行费用。另外，太阳能空调的应用正好与季节相吻合。温度升高，室内需要的冷负荷变大，此时日照强，太阳能空调提供的冷量也变大。2023/2/1太阳能空调技术3/193.太阳能空调的技术特点目前太阳能空调的实现方式主依靠太阳的热能进行制冷和供热，一般又可分为吸收式和吸附式两种。吸收式制冷技术是利用吸收剂的吸收和蒸发特性进行制冷的技术，根据吸收剂的不同，分为氨-水吸收式制冷和溴化锂-水吸收式制冷两种。吸收式制冷技术是以太阳能集热器收集太阳能产生热水或热空气，再用太阳能热水或热空气代替锅炉热水输入制冷机中制冷。由于造价、工艺、效率等方面的原因，这种制冷机不宜做得太小，采用这种技术的太阳能空调系统一般适用于中央空调，系统需要有一定的规模；但是普通家用空调通过该技术改造成太阳能空调，改造成本低、简便可行。吸附式制冷技术是利用固体吸附剂对制冷剂的吸附作用来制冷，常用的有分子筛-水、活性炭-甲醇吸附式制冷。2023/2/1太阳能空调技术4/193.太阳能空调的技术特点利用太阳能作为能源的空调装置，一般可以分成三部分：其一是太阳能集热器。集热器形式多样，性能各异。集热器采用真空管型最多，真空管型最基本的种类有三种：热管式真空集热管（简称热管）全玻、璃真空集热管和直通式真空集热管。热管式真空集热管是继传统平板式真空集热管之后开发出的高科技节能产品，它将热管技术和真空技术融为一体，将太阳能集热器的工作温度从70℃提高到120℃以上，大大提高了集热器的热性能，是一种温热利用的理想产品。2023/2/1太阳能空调技术5/193.太阳能空调的技术特点其二是制冷系统。利用低温热源作为动力的制冷系统不同于压缩式制冷系统，它必须能满足充分利用低温热冷技术较为成熟。吸收式制冷是利用两种物质所组成的二元溶液作为工质来进行的。这两种物质在同一压强下有不同的沸点，其中高沸点的组分称为吸收剂，低沸点的组分称为制冷剂。采用溴化锂－水、氨－水等作为工质对，有较好的经济性，特别是采用溴化锂－水作为工质对，能满足对安全性要求很高的空调装置，是一种较为理想的工质对。2023/2/1太阳能空调技术6/193.太阳能空调的技术特点其三是自动化控制系统，即对装置的各种工作参数进行控制和安全保护的控制系统。以热管为太阳能集热管，溴化锂－水为工质对的吸收式制冷空调系统，不管是作为制冷量大的大型空调，还是作为家用空调都有着现实意义和发展前途，特别是目前人们环境保护意识的提高，对环境的要求越来越高，无污染、低能耗、利用太阳能作为动力的空调将会受到人们的青睐。2023/2/1太阳能空调技术7/194.工作原理4.1热管式集热管的工作原理4.2溴化锂水溶液(LiBr-H2O)吸收式制冷装置的工作原理4.3系统构造及工作原理2023/2/1太阳能空调技术8/19

4.1热管式集热管的工作原理

当阳光射在真空管内的吸热片上，热管内的工质受热沸腾汽化，蒸汽不断冲向顶部的冷凝端，在冷凝端冷凝变成液体，冷凝的工质沿管壁流回热管的蒸发端，完成一个循环。这种在一端吸热汽化而在另一端凝结放热，通过内部相变实现热量传递的热管，习惯称为重力热管。热管的内部没有吸热芯，凝结的液体从凝结端回流到蒸发端是依靠凝结2023/2/1太阳能空调技术9/194.1热管式集热管的工作原理液自身的重力，不需要外部动力而自动循环，这就是热管式真空管的集热过程。由于热管是依靠重力使工质循环的，在使用中必须将蒸发段置于凝结段的下方。若蒸发段置于凝结段的上方，重力对凝结液的回流会起阻碍作用，这时没有动力使凝结液返回到蒸发段，热管就不能工作。所以热管也可以称之为单向传热的热二极管。热管的这种特性2023/2/1太阳能空调技术10/194.1热管式集热管的工作原理非常适用于太阳能集热器，它可以将吸收的太阳能热量传送至水箱，将水加热，而反向不可逆。也就是说，白天吸热，晚上不放热。这对减少集热器的热损失，提高集热器的保温性能是十分有益的。由于热管主要依靠工质相变时吸收和释放潜热以及蒸汽流动传输热量，而大多数工质的汽化潜热是很大的，因此不需要很大的蒸发量就能传递大量的热。热管的安装倾角对传热性能有一定的影响。当倾角为20°C～45°C时，传热效率最高，其中以40°C时为最佳。热管还具有启动工作温度低、热损少、管内不结垢、不炸管、全年使用不结冻、集热效率高、使用寿命长等特点2023/2/1太阳能空调技术11/194.2溴化锂水溶液(LiBr-H2O)吸收式制冷装置的工作原理溴化锂吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器组成。当发生器中的溶液被工作蒸汽或热水加热后，由于水的沸点远低于溴化锂，因此，溶液中的水分就会不断地蒸发出来，成为制冷剂水蒸汽，同时使发生器中剩余溶液的浓度增高。制冷剂水蒸汽经分离器将其夹带的液滴分离后进2023/2/1太阳能空调技术124.2溴化锂水溶液(LiBr-H2O)吸收式制冷装置的工作原理入冷凝器，被冷却水冷却，凝结成制冷剂水，再经膨胀阀节流降压，然后进入蒸发器中蒸发汽化，吸取蒸发器管中冷媒水的热量，使冷媒水的温度降低，产生冷效应。为使水蒸汽还原成液态，同时也为了使发生器中由于析出了水分而浓缩的溶液(浓溶液)能继续发挥作用，就需将发生器中的浓溶液和蒸发器中生成的水蒸汽部分送进吸收器中，2023/2/1太阳能空调技术134.2溴化锂水溶液(LiBr-H2O)吸收式制冷装置的工作原理并用冷却水降低它们的温度，使得浓溶液具备“吸收”水分的条件。于是，当水蒸汽与节流后的浓溶液湿蒸汽接触时，水蒸汽便被吸收，同时使浓溶液变成为稀溶液。然后由溶液泵加压，再送回发生器中加热，从而完成一个封闭的制冷循环。同时，在发生器和吸收器之间的溶液管路上装有溶液热交换器，来之吸收器的冷稀溶液与来自发生器的热浓溶液在此进行热交换。这样，既提高了进入发生器的冷稀溶液温度，减少发生器所需耗能量；又降低了进入吸收器的温度，减少了吸收器的冷却负荷，所以溶液热交换器大大提高了能量利用率。2023/2/1太阳能空调技术14/194.3系统构造及工作原理热管式太阳能空调制冷系统由太阳能集热器、溴化锂吸收制冷系统、数台循环泵、蓄热的水箱、辅助电加热器、冷却器和连接管路等辅助器件以及控制系统组成。循环水由循环泵输入水箱，热管吸收太阳能在水箱加热循环水，水的温度升高，由另一台循环泵输送到溴化锂吸收式制冷装置的发生器，将热量释放给发生器，返回水箱。水吸收器和冷凝器的冷却水由循环水泵输送到空气冷却器循环冷却，整个空调系统由三个流通环路组成，即发生器流通环路、制冷水流通环路和冷却水流通环路。各流通环路流量、温度都由流量计与温度传感器测定。辅助电加热器则是在夜间或集热器工作不正常时加热水以保证制冷效果。2023/2/1太阳能空调技术15/194.3系统构造及工作原理在夏季，被集热器加热的热水首先进入储水箱，当热水温度达到一定值时，由储水箱向制冷机提供热媒水；从制冷机流出并已降温的热水流回储水箱，再由集热器加热成高温热水；制冷机产生的冷媒水通向空调箱，以达到制冷空调的目的。当太阳能不足以提供高温热媒水时，可由辅助热源补充热量。在冬季，同样先将集热器加热的热水进入储水箱，当热水温度达到一定值时，由储水箱直接向空调箱提供热水，以达到供热采暖的目的。当太阳能不能够满足要求时，也可由辅助热源补充热量。在非空调采暖季节，只要将集热器加热的热水直接通向生活用储水箱中的热交换器，就可将储水箱中的冷水逐渐加热以供使用2023/2/1太阳能空调技术16/195.性能分析太阳能集热器是利用太阳能制冷的关键部件，它的集热性能好坏在很大程度上决定了系统制冷过程总的COP值。实用性好的太阳能集热器除了要考虑制冷过程的COP值，还要考虑工作时的稳定性、安全性、维护管理难度以及使用寿命等因素。冷凝器与蒸发器的性能对系统的高效运行亦非常重要。对于冷凝器，可以采用较大口径的高肋翅片管来强化冷却制冷剂气体，提高冷凝器冷凝效果。对蒸发器而言，其设计的好坏直接影响制冷效果。必须使蒸发器具有足够的换热面积，保证蒸发器与冷媒水充分换热。太阳能高温平板吸收热管式空调制冷系统是间歇式系统，不能够连续制冷，不能满足连续用能的需求，系统中加入一个辅助能源以保证夜间也能连续制冷，但也增加了能耗，因而系统制冷过程总的COP值较低。但是，与纯粹利用电能为动力的压缩式制冷系统相比，可以非常明显节约电耗。2023/2/1太阳能空调技术17/196.存在的问题及可能的解决办法(1)因受太阳能集热器的影响，太阳能空调普遍存在着效率低、价格高的问题。但是太阳能空调是建立在太阳能热水应用基础上的，太阳能空调中的太阳能集热器可以与太阳能热水器相通用，随着太阳能热水器的发展，太阳能集热器的效率也会提高；对于原来有太阳能热水器的用户可以改造，先制冷再用余热洗澡，使其有更好的经济性。(2)集热温度、冷水温度及冷却水温度应各为多少，才能建立一个最为经济合理的太阳能空调系