太阳能制冷技术在空调系统中的应用探究

朱成杨

摘要：文章通过结合笔者的工作实践，主要阐述了太陽能制冷系统的现状及类型，从中提出了太阳能制冷空调系统的设计思路。并通过结合工程实例，探讨了太阳能制冷技术在空调系统中的应用，旨在为太阳能制冷空调系统的推广和发展提供参考借鉴。

关键词：太阳能；制冷空调；设计原理；应用

1引言

近年来，随着我国经济的迅速发展，空调系统在各行业得到了广泛的应用，由此给能源、电力和环境带来很大的压力。因此，清洁安全的太阳能制冷空调技术成为人们首要关注的焦点。

上世纪70年代，我国开始对太阳能制冷技术进行研究。1987年，在深圳建成了国内首个太阳能空调系统，该系统制冷能力为14kW。1995年又分别在广东江门市和山东乳山市建立了100kW的太阳能空调热水系统和100kW的太阳能吸收式空调及供热综合系统。目前，我国至少有10套太阳能制冷系统工程投入使用，其中包括太阳能吸收式制冷系统和太阳能吸附式制冷系统。鉴于此，本文结合笔者的工作总结，主要论述了太阳能制冷技术在空调系统中的应用。

2 太阳能制冷空调系统概述

2.1 太阳能制冷系统

太阳能制冷，简单的说就是将太阳能转换成热能，再利用热能使系统达到并维持所需的低温。

目前利用太阳能制冷主要有四种方法：一是吸收式制冷，主要是利用太阳辐射能驱动溴化锂水溶液或水溶液的吸收式制冷系统；二是吸附式制冷；通过利用吸附中的固体吸附剂对制冷剂的周期性吸附、解吸附过程实现制冷循环；三是利用太阳能加热通过集热器内低点介质，经气化后通入气轮机驱动制冷，即压缩式制冷；四是太阳能经集热器产生一定压力的蒸汽实现喷射制冷。由于压缩式制冷需要的集热器温度高，集热器成本高，而蒸汽喷射式制冷不但集热器成本高，效率也低，目前很少采用。而吸收式制冷系统因其设备较简单，加工要求较低，又可以在较低的热源温度下运行，一般使用平板式集热器就可满足要求，所以在空调方面应用较多，

2.2 吸收式制冷空调系统

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运行的。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。吸收式制冷就是利用溶液的浓度随着温度和压力的变化而变化这一物理性质，将制冷剂与溶液分离，通过制冷剂的蒸发而制冷，又通过溶液实现对制冷剂的吸收。

常用的吸收剂（制冷剂组合有2种：一种是溴化锂——水，适用于大中型中央空调。另一种是水——氨，适用于小型家用空调。目前使用较多的是溴化锂——水这组吸收剂。两者比较氨-水吸收式制冷系统与溴化锂-水吸收式制冷系统比较

从吸收式制冷循环角度看，目前有两级、单效、双效、三效以及单效/两级等复合式循环，单效、双效制冷机热力系数较低，而三效乃至四效等仍处于试验研究阶段。

2.3 太阳能吸收式制冷空调

太阳能吸收式制冷主要是利用太阳集热器将水加热，为吸收式制冷机的发生器提供其所需要的热媒水，从而使吸收式制冷机正常运行，达到制冷的目的。理论分析与实验结果都已经证明，热媒水的温度越高，制冷机的性能系数COP，这样空调系统的制冷效率也就越高。例如若热媒水温度60℃左右则制冷机COP约0～40%；若热媒水温度90℃左右则制冷机COP约0～70%；若热媒水温度120℃左右，则制冷机COP可达110%以上。

各种循环类型吸收式制冷系统COP（如表2所示）。不同类型的吸收式制冷系统对应着不同的热源温度范围，对于两级和单效型制冷机，采用价格低廉的平板型集热器比较适合，而对于双效或三效型则必须采用聚光型集热器。

常规的吸收式空调系统主要包括吸收式制冷机、空调箱（或风机盘管）、锅炉等几部分，而太阳能吸收式空调系统是在此基础上再增加太阳集热器、储水箱和自动控制系统。

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，可由辅助锅炉补充热量。

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，也可由辅助锅炉补充热量。

3 太阳能制冷技术在空调系统中的应用

3.1 项目概况

某项目位于城市主城区，该市是全国日照最少的地区之一，其中该地区的年平均太阳辐射在3400MJ/m2左右。项目所处位置为平地，邻近为一栋10层的居民楼，北面紧邻城市I级主干道。

方案整体拟采用风冷模块机组提供夏季制冷和冬季采暖需求，仅在部分房间（约500m2）设计采用太阳能吸收式制冷空调系统作为辅助能源供给形式。

3.2 太阳能吸收式制冷空调系统设计

经过多重考虑并结合实际情况，并未将太阳能集热器设计在太阳辐射较强的屋顶或是南面墙体上，而是选择在西墙面上集中安装集热器。鉴于西墙实体部分多于南墙并且在夏季最热的下午2～5点所接受到的辐射很强，而突破传统提出一种新的尝试。

4 结语

总之，太阳能储量丰富既可免费使用又无需运输，清洁安全对环境无任何污染，是一种值得推广的低品位自然能源，也是未来人类首选的最可期待的能源之一。尽管太阳辐射的不连续性及不稳定性将给太阳能制冷空调系统带来一些不利影响，但是因其可以发挥夏季制冷、冬季采暖、全年提供热水的综合优势，必将取得显著的经济社会和环境效益。

参考文献：

[1]王岩张.天津奇信办公楼太阳能空调系统设计与研究[J].太阳能，2009（8）.

[2]张园.浅析太阳能制冷技术的研究与发展[J].黑龙江科技信息，2009（30）.