太陽(yáng)能空調(diào)制冷技術(shù)論文

1、太陽(yáng)能利用技術(shù)論文 姓 名： 范繼偉 學(xué) 號(hào)： A 院 系： 工程學(xué)院 班 級(jí)： 能源1102班太陽(yáng)能空調(diào)制冷技術(shù) 摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，節(jié)能環(huán)保顯現(xiàn)的尤為重要，而太陽(yáng)能是最為環(huán)保的能源之一。而太陽(yáng)能用于空調(diào)制冷, 最大的優(yōu)點(diǎn)是季節(jié)匹配性好, 天氣越熱、越需要制冷的時(shí)候, 系統(tǒng)制冷量越大。并且太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)一般采用非氟氯烴類物質(zhì)作為制冷劑，不會(huì)造成對(duì)大氣臭氧層的破壞而產(chǎn)生環(huán)境溫室效應(yīng)，符合當(dāng)前的全球環(huán)保要求。本文介紹了不同形式的太陽(yáng)能吸收式和吸附式制冷系統(tǒng)的工作原理及工作特性, 分析了當(dāng)今以吸收式和吸附式為主流的太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，并分析了制冷機(jī)效率及提高效率的措施。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能

2、空調(diào)；吸收制冷；吸附制冷；制冷效率；改進(jìn)措施Abstract:with the rapid development of social economy,energy saving and environmental protectionappearsparticularly important,solar energy isone of the mostenvironmentally friendlyenergy.And the solar energyused forair conditioning and refrigeration,the biggest advantageis the

3、seasonmatchis good,more hot weather,the needwhen refrigeration,the refrigeration systemmore.Andsolar refrigerationsystem generally adopts thenonCFCsas refrigerants,will not cause thedestruction of the ozone layerand theenvironment inthe greenhouse effect,the globalenvironmental protectionrequirement

4、s ofthe current.This paper introducesthe working principles and characteristicsof different forms ofsolarabsorption refrigerationand adsorptionrefrigeration system,analysis of the currentmainstreamsolarrefrigeration systemusingabsorption type andadsorption typeas theadvantages and disadvantages,and

5、analyzes theefficiency of refrigeratorandmeasures toimprove the efficiency of the.Keywords:solar air conditioning;absorption refrigeration;adsorption refrigeration;refrigerationefficiency;improvement measures0、引言當(dāng)前, 人類面臨著臭氧層破壞、全球變暖以及能源危機(jī)等諸多能源和環(huán)境問題,“節(jié)約常規(guī)能源、積極開發(fā)環(huán)保型新能源”是被普遍認(rèn)同的解決方案。因太陽(yáng)能有“取之不盡、用之不竭、綠色環(huán)?！?/p>

6、等諸多優(yōu)點(diǎn), 于各種新能源中脫穎而出,成為研究重點(diǎn)。其中太陽(yáng)能制冷與空調(diào)技術(shù)又成為研究的亮點(diǎn)。太陽(yáng)能是一種輻射能, 不帶任何化學(xué)物質(zhì), 是最潔凈, 最可靠的巨大能源寶庫(kù)。經(jīng)測(cè)算表明, 太陽(yáng)能釋放出相當(dāng)于10 億千瓦的能量, 而輻射到地球表面的能量, 雖然只有它22 億分之一, 但也相當(dāng)于全世界目前發(fā)電總量的八萬倍。人類利用太陽(yáng)能有三個(gè)途徑: 光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化轉(zhuǎn)換。光熱轉(zhuǎn)換即用各種集熱器把太陽(yáng)能收集起來, 然后用收集到的熱能來制熱水、供熱或供冷; 光電轉(zhuǎn)換即將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能; 光化轉(zhuǎn)換即先將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能, 再轉(zhuǎn)換為電能等其他能量。太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)是一種光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。這種系統(tǒng)直接利用

7、集熱器收集到的熱能, 因此效率較高。如果將太陽(yáng)能供冷系統(tǒng)與常規(guī)的電制冷系統(tǒng)相比較,可以發(fā)現(xiàn)前者節(jié)省了將熱能轉(zhuǎn)換為電能時(shí)所浪費(fèi)的能量。 1、 太陽(yáng)能制冷的概況1、1 太陽(yáng)能進(jìn)行空調(diào)制冷的方式把太陽(yáng)能用于制冷主要技術(shù)途徑大致包括兩種類型，一是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成熱能，然后再利用熱能制冷；二是利用太陽(yáng)能提供的熱能，將其轉(zhuǎn)換成電能，再使用電能進(jìn)行制冷系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)。根據(jù)要求，太陽(yáng)能的供冷也能夠滿足從空調(diào)至冷凍溫區(qū)的各種要求。太陽(yáng)能的采集和轉(zhuǎn)換步驟，主要是把太陽(yáng)能集熱裝置利用太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化為熱能的設(shè)施，當(dāng)下主流使用的是平板式、聚焦極熱裝置與真空熱管這三樣設(shè)備。通過這些裝置當(dāng)下可以實(shí)現(xiàn)熱水供應(yīng)和采暖，還能夠進(jìn)行噴射式

8、、吸附式以及除濕空調(diào)等獲取冷能量，同時(shí)還可以把太陽(yáng)能經(jīng)由光伏效應(yīng)與熱發(fā)電等方式轉(zhuǎn)換成電能，然后再使用特林循環(huán)與熱電效應(yīng)進(jìn)行制冷，此外，再經(jīng)由專門可逆吸熱與放熱反應(yīng)，把太陽(yáng)能作為熱能進(jìn)行特定情況下制冷需求。在各種各樣太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為冷能量方式之中，太陽(yáng)能熱驅(qū)動(dòng)制冷空調(diào)最符合現(xiàn)在太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)，能夠有效的和采暖與熱水系統(tǒng)結(jié)合，把太陽(yáng)能綜合利用最大化。實(shí)現(xiàn)與季節(jié)變換最佳匹配。就是把太陽(yáng)能有效利用到夏天空調(diào)制冷，冬天供暖。全年供應(yīng)熱水等，因此，可以把太陽(yáng)能集熱和建筑節(jié)能給有效的融合在一起，可以把這當(dāng)做實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能使用規(guī)?；?、降低成本的主要途徑。1、2 太陽(yáng)能的熱驅(qū)動(dòng)制冷太陽(yáng)能利用熱驅(qū)動(dòng)進(jìn)行制冷，是當(dāng)下太陽(yáng)能

9、使用的最普遍模式。以空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行判斷，有吸附式空調(diào)、吸收式空調(diào)、除濕空調(diào)以及噴射式制冷空調(diào)四樣，這當(dāng)中前三種空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)用最為廣泛。其工作原理就是使用太陽(yáng)能集熱裝置供應(yīng)的熱能進(jìn)行制冷裝置的驅(qū)動(dòng)從而產(chǎn)生冷能力或者冰凍水向建筑物室內(nèi)輸送。具體有以下幾種：1、2、1 吸收式吸收式制冷空調(diào)，是使用太陽(yáng)能集熱裝置來進(jìn)行吸收式制冷空調(diào)的驅(qū)動(dòng)，這是到現(xiàn)今為止應(yīng)用最為廣泛太陽(yáng)能空調(diào)技術(shù)，使用大多是溴化鋰- 水系統(tǒng)，另外也有使用氨- 水系統(tǒng)。1、2、2 吸附式使用吸附式原理，把太陽(yáng)能作為熱源，使用工質(zhì)對(duì)一般是分子篩- 水以及活性炭- 甲醇等等，能夠使用太陽(yáng)能集熱裝置把吸熱床進(jìn)行加熱過后給用在脫附制冷劑，經(jīng)由加熱脫

10、附然后進(jìn)行冷凝再吸附導(dǎo)致蒸這幾個(gè)步奏來實(shí)現(xiàn)制冷。1、2、3 除濕空調(diào)這屬于一種循環(huán)的吸附式供冷方式，除濕空調(diào)本質(zhì)就是干燥劑進(jìn)行除濕與蒸發(fā)冷卻，這也是符合太陽(yáng)能利用的空調(diào)系統(tǒng)。1、2、4 蒸汽噴射式這種制冷系統(tǒng)是經(jīng)由太陽(yáng)能集熱器讓沸點(diǎn)供職轉(zhuǎn)變成高壓蒸汽，在利用噴管時(shí)因流產(chǎn)生高速度、壓力低、在進(jìn)行吸入室周圍導(dǎo)致蒸發(fā)器內(nèi)部產(chǎn)生低壓蒸汽融入混合式，另一方面蒸發(fā)器當(dāng)中制冷劑進(jìn)行氣化來實(shí)現(xiàn)制冷效果。綜上所述，把太陽(yáng)能集熱裝置的熱能用來驅(qū)動(dòng)空調(diào)制冷的方法中，到現(xiàn)在都是溴化鋰- 水吸收方式的制冷空調(diào)被應(yīng)用最為廣泛，多以歐美地區(qū)為主。除此之外，吸附式制冷空調(diào)系統(tǒng)對(duì)于驅(qū)動(dòng)熱能需求偏低，近段時(shí)間在國(guó)內(nèi)與歐洲被開發(fā)的

11、也很完善。除濕空調(diào)在技術(shù)方面要求較高，其開放循環(huán)的工作模式，穩(wěn)定性極高，在進(jìn)行空調(diào)潛熱負(fù)荷處理的時(shí)候占有一定優(yōu)勢(shì)。 同時(shí)，就空調(diào)特點(diǎn)來說，除濕空調(diào)空調(diào)主要是空氣進(jìn)行控制的方式，可以把空氣直接處理到合適濕度。然而吸附制冷系統(tǒng)、吸收制冷系統(tǒng)與噴射制冷系統(tǒng)本質(zhì)是取得冰凍水為目標(biāo)，更深入的在使用風(fēng)機(jī)盤管或者是輻射末端實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度和濕度的調(diào)節(jié)。前者具有處理潛熱負(fù)荷的優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)于空氣降溫方面控制手段不足，在特定環(huán)境下，需要和別的制冷方法結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)顯熱與潛熱分級(jí)處理，從而實(shí)現(xiàn)理想空調(diào)的目的。2、太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)的組成太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能集熱裝置、熱驅(qū)動(dòng)制冷裝置和輔助熱源組成。太陽(yáng)能集熱裝置的主要構(gòu)

12、件就是太陽(yáng)能集熱器, 還包括儲(chǔ)熱罐和調(diào)節(jié)裝置。太陽(yáng)能集熱器是用特殊的吸收裝置將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能。太陽(yáng)能集熱器主要有三種: 平板式、真空管式、空氣式。平板式和真空管式都是采用水和防凍液作為介質(zhì), 空氣式是采用空氣作為介質(zhì)。其中真空管式集熱器的吸熱管是放在抽真空的玻璃管內(nèi), 熱損耗相對(duì)來說最小, 效率相對(duì)較高,介質(zhì)溫度可以達(dá)到150; 而空氣式集熱器相對(duì)來說熱損失最大, 效率最低, 可以獲得的介質(zhì)溫度也最低; 平板式集熱器的吸熱管被放在平的保溫材料中, 它的效率和介質(zhì)溫度介于真空管式和空氣式之間。熱驅(qū)動(dòng)制冷裝置主要有三種: 吸收式制冷機(jī)、吸附式制冷機(jī)和除濕冷卻裝置。吸收式制冷機(jī)采用溴化鋰溶液

13、為制冷介質(zhì), 制冷量從20 kW 到5MW。其中單效吸收式制冷機(jī)的熱力系數(shù)為0.6 到0.75,驅(qū)動(dòng)溫度為85以上; 雙效吸收式制冷機(jī)的熱力系數(shù)為1.1 到1.3, 驅(qū)動(dòng)溫度為150以上。吸附式制冷機(jī)以硅膠等固體吸附劑作為制冷介質(zhì), 制冷量從50 kW 到430 kW, 熱力系數(shù)為0.3 到0.7, 驅(qū)動(dòng)溫度為60到90。除濕冷卻裝置采用硅膠等物質(zhì)為除濕劑, 制冷量從20 kW 到350 kW, 熱力系數(shù)為0.5 到1, 驅(qū)動(dòng)溫度為45到95。在除濕冷卻裝置中, 熱能是用來使除濕劑再生。輔助熱源是在太陽(yáng)能不足時(shí)為熱驅(qū)動(dòng)制冷裝置提供熱能的常規(guī)供熱裝置。圖1所示為太陽(yáng)能供冷系統(tǒng)示意圖。圖1中, 太

14、陽(yáng)能集熱器吸收太陽(yáng)能,并轉(zhuǎn)換成為熱能, 由儲(chǔ)熱罐將熱能儲(chǔ)存, 這部份熱能同輔助熱源提供的熱能一起被用來驅(qū)動(dòng)制冷機(jī),為建筑提供冷量。另一方面, 還可以除濕轉(zhuǎn)輪對(duì)空氣進(jìn)行除濕和冷卻, 經(jīng)過熱回收轉(zhuǎn)輪加熱的回風(fēng)可以對(duì)除濕轉(zhuǎn)輪進(jìn)行再生。圖1太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)示意圖3、太陽(yáng)能空調(diào)制冷效率太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)的效率主要受兩方面因素的影響: 一個(gè)是制冷機(jī)的效率( COP) , 另一個(gè)是太陽(yáng)能集熱器的效率。制冷機(jī)的COP 隨著驅(qū)動(dòng)溫度和蒸發(fā)溫度的上升而上升, 太陽(yáng)能集熱器的效率隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的上升而增大, 隨著介質(zhì)溫度的上升而減小。如果將太陽(yáng)能集熱器效率與制冷機(jī)的COP 值相乘就可以得到太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)的總效率, 由此

15、可見, 為了獲得最高的系統(tǒng)總效率,必須合理地選擇太陽(yáng)能集熱器和制冷機(jī), 使其兩者的效率乘積為最高。在太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度不同的地區(qū), 采用不同的集熱器與太陽(yáng)能制冷機(jī)搭配, 不僅可以提高太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)的效率, 而且可以降低太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)的造價(jià), 這對(duì)于發(fā)揮太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和其推廣運(yùn)用是及其關(guān)鍵的措施。3、1 太陽(yáng)能集熱器分析太陽(yáng)能作為一種清潔廉價(jià)的能源很早就備受關(guān)注。但是太陽(yáng)能能量密度較低的事實(shí), 一直是限制太陽(yáng)能利用的最大瓶頸。因此, 太陽(yáng)能集熱也就成為太陽(yáng)能制冷的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。太陽(yáng)能集熱器的任務(wù)是為吸收式制冷機(jī)提供高溫?zé)嵩?。?duì)于一個(gè)一定負(fù)荷的制冷機(jī)來說, 需要選擇與之匹配的太陽(yáng)能集熱器, 過小

16、會(huì)影響制冷機(jī)的制冷性能, 過大又會(huì)增大成本。目前的太陽(yáng)能集熱器大體可以分為兩類: 平板型太陽(yáng)能集熱器和真空管型太陽(yáng)能集熱器。本文以平板集熱器為例進(jìn)行模擬。太陽(yáng)輻射透過透明蓋板投射在吸收表面上,光能被轉(zhuǎn)換為熱能,以熱量形式傳遞給吸熱板內(nèi)的傳熱工質(zhì),使傳熱工質(zhì)溫度升高;同時(shí),溫度升高的吸熱板不可避免的以傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射等方式向四周散熱,形成集熱器熱量損失。由于平板型結(jié)構(gòu)不具備聚焦陽(yáng)光的功能,其工作溫度一般限于100以下。集熱器吸收的太陽(yáng)輻射能S,是入射輻射能與面蓋光學(xué)損失之差。集熱器傳到環(huán)境中的熱損失包括導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射,它的大小用總傳熱系數(shù)認(rèn)乘上吸熱板平均溫度和環(huán)境溫度之差來代表。因而在熱平衡條

17、件下集熱器的有效能量輸出應(yīng)當(dāng)?shù)扔谖盏妮椛淠芎蜔釗p失之差:式中： 集熱器面積，總傳熱面積，吸熱板平均溫度，環(huán)境溫度，吸熱面吸收的太陽(yáng)輻射量,集熱器有效利用能量, 上式表明,由吸熱板吸收的輻射能S越大,熱損失越小,獲得的有效能就越多。影響S的主要因素有:集熱器上太陽(yáng)輻射量以及太陽(yáng)入射角的大小;面蓋對(duì)太陽(yáng)輻射的透射率,越大越好;對(duì)吸熱面長(zhǎng)波發(fā)射的透射率,則越小越好;吸熱面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率,越大越好;集熱器邊緣及面蓋支撐物對(duì)太陽(yáng)的遮擋應(yīng)盡可能小等。集熱器的性能用集熱效率來衡量,它是規(guī)定時(shí)間內(nèi)吸收的有用熱能與入射在集熱器表面上的太陽(yáng)輻射能之比。效率與吸熱面溫度成反比。為得到較高的集熱效率,吸熱面溫度

18、不宜太高,因?yàn)檫@會(huì)使工作流體的溫度跟著下降。集熱效率的計(jì)算式為:式中: 集熱器瞬時(shí)輻射量,規(guī)定時(shí)間，4、結(jié)論與展望幾種常見的太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換制冷空調(diào)制冷方式的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。表1 常見的太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換制冷空調(diào)制冷方式的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)有不足適應(yīng)場(chǎng)合吸收式研究較成熟，運(yùn)行可靠；COP 相對(duì)較高(與傳統(tǒng)電制冷相比) 成本偏高，效率偏低辦公樓、飯店等較大規(guī)模( 100kW)的中央空調(diào)系統(tǒng)吸附式熱源溫度要求低(55)，集熱器成本大大降低；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，選用不同工質(zhì)對(duì)可以處理不同工作溫度系統(tǒng)COP 值低；為實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷，需采用多個(gè)交替運(yùn)行或回?zé)?、回質(zhì)等措施尤其適合針對(duì)一般住宅的小型(5kW)戶式空調(diào)等小型系統(tǒng)除濕空調(diào)再生溫度要求最低(50)；對(duì)潛熱負(fù)荷處理具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)熱濕獨(dú)立處理對(duì)環(huán)境降溫能力有限，常需輔助制冷；理論研究尚不成熟尤其適合高濕度地區(qū)，或干燥地區(qū)除濕與蒸發(fā)冷卻配合使用?；驖穸纫蠛芨叩膹S房(如紡織廠)相比傳統(tǒng)電力，目前的壓縮式空調(diào)系統(tǒng)尚存在投資成本、運(yùn)行可靠性等方面不足，但太