太阳能制冷空调的环保与节能

太阳能制冷空调的环保与节能

我国能源和可持续发展战略的选择随着环境恶化、臭氧层破坏和环境效应的增加，尤其是近年来中国乃至世界的rv、基因、人类疾病和日益减少的自然能源，我们必须更加意识到环保和节能的重要性。开发新能源和可再生能源已经成为许多发达国家和发展中国家21世纪能源发展战略的基本选择；我国政府明确表示，在新的世纪要高度重视绿色环保事业，并将其作为我国二十一世纪可持续发展战略的重要内容。国家环境保护总局发布的《环境产品的技术要求》和国家质量监督检验总局与今年3月1日强制实施的《冰箱、空调产品电耗限定值及能源效率等级》，更是使制冷行业不得不在环保和节能上施以重笔。本文着重从环保和节能的角度简要介绍和分析绿色空调产品的研究和开发动向，以及绿色环保制冷剂的应用前景。12绿色空调产品和技术1.1太阳能制冷的特点太阳能作为一种可再生清洁能源，长期以来一直受到科学家的研究和重视。在太阳能的利用中，太阳能制冷空调是一个极具发展前景的领域，也是当前制冷技术研究中的热点。太阳能制冷具有以下几个优点：首先是节能，据统计，国际上用于民用空调所耗电能约占民用总耗电的50%。而太阳能是取之不尽，用之不竭的。其次是环保，根据《蒙特利尔议定书》，目前压缩式制冷机主要使用的CFC类工质因为对大气臭氧层有破坏作用应停止使用，现在各国都在研究CFC类工质的替代技术（本文将在第3节详述）。太阳能制冷一般采用非氟氯烃物质作为制冷剂，DOP（臭氧层破坏系数）和GWP（温室效应系数）均为零，适合当前环保要求，同时可以减少燃烧石化能源发电带来的环境污染。太阳能制冷的另外一个优势是热量的供给和冷量的需求在季节和数量上高度匹配。太阳辐射越强、气温越高，冷量需求也越大。太阳能制冷还可以设计成多能源系统，充分利用余热、废气、天然气等其他能源。目前常用的太阳能制冷空调技术主要有以下几种类型：(1）蒸汽吸热利用热法吸收式制冷是利用溶液浓度的变化来获取冷量的装置，即制冷剂在一定的压力下蒸发吸热，再利用吸收剂吸收蒸汽。它相当与用吸收器和发生器代替压缩机，热能可以利用太阳能、低压蒸汽、热水、燃气等多种形式。该系统应用较为广泛，它将常规的溴化锂或氨水吸收式空调机与太阳能热水系统相结合，实现夏季制冷、冬季供热功能。(2）从喷射器的工作过程中分液循环再汽化喷射式制冷系统的原理如图1所示。制冷剂在换热器中吸热(太阳能）后汽化、增压，产生饱和蒸汽，蒸汽进入喷射器，经过喷嘴高速喷出、膨胀，在喷嘴附近产生真空，再将蒸发器中的低压蒸汽吸入喷射器，经过喷射器出来的混合气体进入冷凝器放热、凝结，然后冷凝液的一部分通过节流阀进入蒸发器吸收热量后汽化，这部分工质完成的循环是制冷循环。另一部分通过循环泵升压后进入换热器，重新吸热汽化。(3）光伏转换装置这种制冷系统实质是太阳能发电的一种应用。它利用光伏转换装置将太阳能转化成电能，经过逆变(高频或者工频）后驱动一般的压缩式制冷机，其制冷系统与通常的压缩式制冷系统完全一样。(4）低温下运行工况该系统利用金属氢化物在不同温度下放氢和吸氢过程中吸放热原理进行工作,可在低温下运行。一旦金属氢化物成本降低,吸放氢性能与寿命进一步提高,将会是一种有前景的太阳能空调技术,目前它已成为国内外专家研究开发的热点之一。1.2燃气空调的优越性由于我国约80%的电力来自煤炭发电，所以燃气空调取代电力空调的环境效益非常突出。采用燃气作为能源，可以大大减少燃煤所产生的CO2的排放量，防止地球变暖；同时SO2炭渣的减少，对环境的污染有着非常大的改善。再则，燃气空调是一种稳定的燃气消耗设备，用电高峰期在夏季，城市电力和燃气要求的峰谷具有良好的互补性，所以燃气空调不仅能够削减电力高峰负荷，减少电力投资；也能对燃气起到填谷的作用，提高燃气管网的利用率，降低燃气成本。用燃气作为热源的空调方式具体有以下几种:(1）燃料喷雾器和吸收式冷却机主要包括：燃气蒸汽锅炉+蒸汽型吸收式制冷机；燃气高温水锅炉+高温热水型（二段热水型）溴化锂吸收式制冷机。(2）双效溴化铝吸收式冷水机组(3）聚溴化锂吸收式机组由于目前的蒸汽式和直燃式溴化锂机组的一次能源效率均较低，一般都低于电动压缩式机组。因此国内外都在开发研制三效、四效溴化锂吸收式冷水机组。这种多效机组提高效率的方法主要有：“冷剂蒸汽凝结热的多次利用”和“利用冷剂蒸汽被溶剂吸收时产生的吸收热的多次利用”。1.3地源热泵的应用自20世纪70年代初世界上出现第一次能源危机，各国科学工作者就从来没有停止对其进行研究和探讨。由于其高效、节能的特点，在日本、北美、及中、北欧等国家得到了广泛的应用在美国，到2001年4月为止已安装了40多万台地源热泵，且每年以10%的增长速度递增。同时出现了象Waterfurnace、Geothermal、DX、Hydron等生产地源热泵及供热制冷系统的著名企业。在中、北欧国家，地源热泵主要用于室内地板辐射供暖和提供生活热水。我国在该领域的研究起步较晚,但受国际大环境的影响以及地源热泵自身所具有的节能和环保优势,这项技术受到了国人越来越多的重视,该方面的研究日益活跃,越来越多的技术人员开始投身于此项研究。近几年更取得了突破性的进展,清华大学工程与山东海阳富尔达公司率先研制成功了富尔达地温空调。随着大型螺杆机组及海水热源中央空调的开发成功,到2002年6月,在全国已有600处工程500万平方米建筑安装使用该系列产品。2全面禁止cfcs生产众所周知,CFCs（氟氯烃）制冷剂对大气臭氧层有严重的破坏作用,这日益引起全人类的关注。1987年各国首脑共同签署的《蒙特利尔协议书》规定全世界将停止生产和使用CFC制冷剂，1992年哥本哈根协定又进一步规定了发达国家将提前于1996年1月1日起完全停止生产和禁止销售CFCs产品。中国于1991年6月加入蒙特利尔协定，根据国家环保总局最新公告，中国将在2010年全面禁CFCs的生产，在全国范围全面取消37条CFCs生产线。对CFCs的替代工作大致有以下三个方向：2.1循环利用工质此类替代物ODP(臭氧消耗潜能)=0，但大部分GWP(温室效应潜能)值较高,属于温室气体,但其排放量占整个温室气体排放的比例很小,1997年约为1%，预计2003年为2.4%,目前HFCs被认可和接受的典型代表是R134a,它已被广泛使用于制冷行业。由于该类工质于常用制冷压缩机的矿物润滑油及烷基苯润滑油不相容，而且应用于合成油与酯类油对系统和制冷剂含水量的要求要比所替代的工质高得多，因此对使用该类工质的系统，需要从压缩机效率、润滑系统、干燥密封系统、换热器效率等进行全面的开发和改造。应用较为典型的碳氢类物质为R600,这类物质的缺点是易燃爆导致安全性差，必须严格控制系统的泄漏排放，并加强安全预防措施。近十年来对天然工质的研究正逐步深入，国际组织对其应用前景十分重视，2002年在中国召开的国际制冷学会第五届天然工质会议，广泛交流和讨论了天然工质的基础研究—热物理特征和安全性，天然工质制冷装置和设计创新等。其中CO2超临界循环的汽车空调目前以在德国的公交运输中投入使用。专家认为，在启动淘汰的CFCs计划中，采用天然工质替代将是长期方案，对于制冷行业，21世纪将是天然工质的世纪。2.3以空调和制冷为应用场景的防火灭火工艺由于纯天然工质的易然性和高成本，在CFCs替代的相当长的过渡时期，HCFC在以下三个方面必不可少：(1）绝大部分制冷和空调应用场合；(2）隔热材料的生产过程；(3）某些空间有限的防火灭火应用场合。因此，各国专家为了迅速有效地减少臭氧层的破坏进而恢复臭氧层,纷纷用HCFCs+HFCs的混合工质作为过渡替代物，这些替代物具有较低的ODP值，而且使用方便和高效，目前较常用的混合工质有R407C、R410A(替代R22)以及R409A（替代R12）。4可持续发展基础设施保护环境,节约能源，从大概念上讲都是保护地球、关爱地球的最重要的因素，但考虑到开发周期、制造成本以及使用成本，广大科学工作者、专业技术人员正在不懈地从易到难、由浅入深地研究既节约成本又有益于环保、节能和可持续发展的制冷设备