2018暖通工程師《基礎(chǔ)知識(shí)》：太陽能空調(diào)相關(guān)知識(shí)

一、太陽能發(fā)展

太陽能空調(diào)是以太陽能作為制冷空調(diào)的能源。利用太陽能制冷可以有兩條途徑，一是利用光伏技術(shù)產(chǎn)生電力，以電力推動(dòng)常規(guī)的壓縮式制冷機(jī)制冷;二是進(jìn)行光-熱轉(zhuǎn)換，用熱作為能源制冷。前者系統(tǒng)比較簡單，但以目前光電池的價(jià)格計(jì)算，其造價(jià)為后者的3-4倍;后者除了供冷之外，還結(jié)合供熱利用。因此國外的太陽能空調(diào)系統(tǒng)通常以第二種為主。

節(jié)約常規(guī)能源和保護(hù)自然環(huán)境是當(dāng)今世界關(guān)心的兩大熱點(diǎn)，常用的壓縮式空調(diào)機(jī)不僅消耗大量電能，而且存在對(duì)環(huán)境的污染問題。近幾年，越來越多的科學(xué)家和工程技術(shù)人員對(duì)太陽能空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了研究、開發(fā)，目前已在世界一些國家安裝了太陽能空調(diào)系統(tǒng)，用于夏季制冷、冬季采暖以及提供熱水，發(fā)展太陽能空調(diào)應(yīng)用的基礎(chǔ)和意義。

1.1太陽能空調(diào)的市場基礎(chǔ)

太陽熱水器在國內(nèi)市場迅猛發(fā)展，全國太陽熱水器的使用量已超過1000萬平方米，近年來每年增長超過200萬平方米，由此可見，太陽熱水器的使用量和需求量都非常大，市場前景非常好。另一方面，空調(diào)的需求也是一個(gè)巨大的市場。如果把供熱與空調(diào)結(jié)合起來將是一個(gè)更加理想的方案。這是太陽能空調(diào)實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用的市場基礎(chǔ)。

1.2太陽能空調(diào)的技術(shù)基礎(chǔ)

太陽能制冷空調(diào)的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)成熟。①在太陽能集熱器方面，真空管集熱器、平板集熱器都已經(jīng)在市場上推廣應(yīng)用;②在制冷機(jī)方面，溴化鋰吸收式制冷機(jī)在上世紀(jì)九十年代大量地進(jìn)入了市場。中國科學(xué)院廣州能源研究所研制的低溫?zé)崴蛢杉?jí)吸收式淡化侄制冷機(jī)，熱源溫度只需60℃以上，特別適合于太陽能的利用。③在系統(tǒng)方面，已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

因此，太陽能空調(diào)應(yīng)用在技術(shù)上是可行的。

二、太陽能空調(diào)的技術(shù)特點(diǎn)及工作原理

(一)技術(shù)特點(diǎn)

目前太陽能空調(diào)的實(shí)現(xiàn)方式主要依靠太陽的熱能進(jìn)行制冷和供熱，一般又可分為吸收式和吸附式兩種。吸收式制冷技術(shù)是利用吸收劑的吸收和蒸發(fā)特性進(jìn)行制冷的技術(shù)，根據(jù)吸收劑的不同，分為氨-水吸收式制冷和溴化鋰-水吸收式制冷兩種。吸收式制冷技術(shù)是以太陽能集熱器收集太陽能產(chǎn)生熱水或熱空氣，再用太陽能熱水或熱空氣代替鍋爐熱水輸入制冷機(jī)中制冷。由于造價(jià)、工藝、效率等方面的原因，這種制冷機(jī)不宜做得太小，采用這種技術(shù)的太陽能空調(diào)系統(tǒng)一般適用于中央空調(diào)，系統(tǒng)需要有一定的規(guī)模;但是普通家用空調(diào)通過該技術(shù)改造成太陽能空調(diào)，具有成本低、改造簡便可行。吸附式制冷技術(shù)是利用固體吸附劑對(duì)制冷劑的吸附作用來制冷，常用的有分子篩-水、活性炭-甲醇吸附式制冷。

利用太陽能作為能源的空調(diào)裝置，一般可以分成三部分：

其一是太陽能集熱器。集熱器形式多樣，性能各異。集熱器采用真空管型最多，真空管型最基本的種類有三種：熱管式真空集熱管(簡稱熱管)、全玻璃真空集熱管和直通式真空集熱管。熱管式真空集熱管是繼傳統(tǒng)平板式真空集熱管之后開發(fā)出的高科技節(jié)能產(chǎn)品，它將熱管技術(shù)和真空技術(shù)融為一體，將太陽能集熱器的工作溫度從 70 ℃提高到 120 ℃以上，大大提高了集熱器的熱性能，是一種溫?zé)崂玫睦硐氘a(chǎn)品。

其二是制冷系統(tǒng)。利用低溫?zé)嵩醋鳛閯?dòng)力的制冷系統(tǒng)不同于壓縮式制冷系統(tǒng)，它必須能充分利用低溫?zé)嵩醋鳛閯?dòng)力這一要求，目前以吸收式制冷技術(shù)較為成熟。吸收式制冷采用溴化鋰-水、氨-水等作為工質(zhì)對(duì)，有較好的經(jīng)濟(jì)性，特別是采用溴化鋰-水作為工質(zhì)對(duì)，能滿足對(duì)安全性要求很高的空調(diào)裝置，是一種較為理想的工質(zhì)對(duì)。

其三是自動(dòng)化控制系統(tǒng)，即對(duì)裝置的各種工作參數(shù)進(jìn)行控制和安全保護(hù)的控制系統(tǒng)。以熱管為太陽能集熱管，溴化鋰-水為工質(zhì)對(duì)的吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)，不管是作為制冷量大的大型空調(diào)，還是作為家用空調(diào)都有著現(xiàn)實(shí)意義和發(fā)展前途，特別是目前人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，對(duì)環(huán)境的要求越來越高，無污染、低能耗、利用太陽能作為動(dòng)力的空調(diào)將會(huì)受到人們的青睞。

(二)工作原理

1、熱管式集熱管的工作原理

當(dāng)陽光射在真空管內(nèi)的吸熱片上，熱管內(nèi)的工質(zhì)受熱沸騰汽化，蒸汽不斷沖向頂部的冷凝端，在冷凝端冷凝變成液體，冷凝的工質(zhì)沿管壁流回?zé)峁艿恼舭l(fā)段，完成一個(gè)循環(huán)。這種在一端吸熱汽化而在另一端凝結(jié)放熱，通過內(nèi)部相變實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的熱管，習(xí)慣稱為重力熱管。熱管的內(nèi)部沒有吸熱芯，凝結(jié)的液體從凝結(jié)段回流到蒸發(fā)段是依靠凝結(jié)液自身的重力，不需要外部動(dòng)力而自動(dòng)循環(huán)，這就是熱管式真空管的集熱過程。由于熱管是依靠重力使工質(zhì)循環(huán)的，在使用中必須將蒸發(fā)段置于凝結(jié)段的下方。若蒸發(fā)段置于凝結(jié)段的上方，重力對(duì)凝結(jié)液的回流會(huì)起阻礙作用，這時(shí)沒有動(dòng)力使凝結(jié)液返回到蒸發(fā)段，熱管就不能工作。所以熱管也可以稱之為單向傳熱的熱二極管。熱管的這種特性非常適用于太陽能集熱器，它可以將吸收的太陽能熱量傳送至水箱，將水加熱，而反向不可逆。也就是說，白天吸熱，晚上不放熱。這對(duì)減少集熱器的熱損失，提高集熱器的保溫性能。

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