我國太陽能制冷空調(diào)研究與發(fā)展

1、我國太陽能制冷空調(diào)研究與發(fā)展作者： 來源：廣州能源研究所 2010-07-06 17:17:38 | 字號:大 中 小3太陽能（吸收式制冷）空調(diào)系統(tǒng)在太陽能空調(diào)方面，從70年代開始就有不少單位作過不同程度的研究和試驗。由于太陽能空調(diào)技術(shù)要求較高，各方面的技術(shù)尚未成熟，而且需要投入的資金量很大，因此許多研究一直停留在試驗階段，但同時也為太陽能空調(diào)的實際應用做好了技術(shù)準備工作。直到“九五”計劃期間，作為太陽能空調(diào)應用基礎的太陽能熱水器已經(jīng)在全國蓬勃發(fā)展，漠化貍吸收式制冷機產(chǎn)品也已成熟和穩(wěn)定，經(jīng)過國家科委（科技部）和中國太陽能學會熱利用專業(yè)委員會組織專家研討、論證，認為太陽能空調(diào)進入實際應用的時機已

2、經(jīng)成熟。國家科委把“太陽能空調(diào)示范系統(tǒng)”列入“九五”重點科技攻關項目計劃，在我國南方和北方各建一座大型實用性的太陽能空調(diào)系統(tǒng)。下面介紹幾個在不同年代有代表性的太陽能空調(diào)系統(tǒng)：1）根據(jù)國家建委下達的研究任務，中國建筑科學研究院與北京市第三棉紡織廠共同協(xié)作，以京棉三廠計量室（面積64m2，高4.1m）為制冷空調(diào)試驗對象，研究試制了利用太陽能和工業(yè)余熱（輔助熱源）的氨冰吸收式制冷裝置，用了近三年的時間，于1979年10月完成全部研究試驗任務，11月召開了成果鑒定會。v2）華中工學院（華中理工大學）也于1978年研制了一套小型太陽能空調(diào)裝置，1980年夏季試驗成功。所建造的太陽能空調(diào)裝置供空調(diào)房面積1

3、2m2，室外計算溫度352°C，濕球溫度282°C，室內(nèi)溫度26°C，計算冷負荷5024kJ/h采用氨-水吸收式制冷機組制冷，蒸發(fā)溫度4°C，發(fā)生器溶液出口溫度78°C，冷凝溫度37，稀溶液濃度049，濃溶液濃度0525，循環(huán)倍率14，制冷劑流量5kgh采用太陽能平板集熱器加熱，采光面積12m2。該裝置經(jīng)過多次運行試驗，結(jié)果表明，采用氨一水吸收式制冷機組配合平板集熱器能穩(wěn)定運行。在室外氣溫高達39°C，冷卻水溫度為28°C時，空調(diào)室內(nèi)溫度可維持在24°C。3）中國科學院廣州能源研究所與香港理工學院合作于1987年在

4、深圳科技發(fā)展中心招待所建成了一套科研與實用相結(jié)合的示范性太陽能空調(diào)與熱水綜合系統(tǒng)，并成功投入運行。它能對總面積為80m2的4間客房晝夜進行供冷，空調(diào)溫度26士1°C，制冷能力14kW，非空調(diào)期每天可提供4560°C的生活熱水1012噸。該系統(tǒng)由以下部分組成：太陽能集熱器系統(tǒng)：采用自行研制的三種太陽能中溫集熱器，集熱面積共120m2，包括：玻璃與金屬封接的帶黑鎳選擇性鍍層的直通式真空管集熱器40m2；熱管型真空管集熱器40m2，也帶黑鎳鍍層；V形隔熱膜平板型集熱器40m2。吸收式制冷機：采用兩臺2冷噸日本矢崎公司生產(chǎn)的單級溴化鋰吸收式制冷機，總制冷能力14kW，熱源溫度要求8

5、8°C以上。儲能裝置：儲熱及儲冷水箱容積各為5m3微處理機自動采集數(shù)據(jù)及控制系統(tǒng)：能自動收集和處理數(shù)據(jù)，系統(tǒng)根據(jù)太陽輻射和儲熱裝置的情況，自動選擇單臺制冷機運行或兩臺同時運行方案。自動熱水鍋爐作為輔助能源。試驗結(jié)果表明，制冷系統(tǒng)在晴天單靠太陽能運行時，儲熱水箱溫度在8595°C之間，集熱系統(tǒng)全日熱效率3342（平板型略低），對客房的供冷可晝夜進行。該系統(tǒng)的成功運行顯示了太陽能空調(diào)應用的可能性并積累了有益的經(jīng)驗。4）根據(jù)國家“九五”攻關項目計劃，中國科學院廣州能源研究所負責在南方建立太陽能空調(diào)示范系統(tǒng)。項目于1996年8月正式啟動，1998年2月系統(tǒng)主體工程完成，并開始供給熱

6、水，4月試運行供冷，6月正式投入使用。大型太陽能空調(diào)系統(tǒng)建造于廣東省江門市一棟24層綜合大樓上。該大樓是一座多功能的綜合性商用、辦公大樓，有寫字樓、營業(yè)廳、招待所、運動娛樂場所、培訓中心等。利用太陽能全年提供大樓每天所需的生活用熱水，除此之外，在夏天以太陽能熱水制冷，供其中一層空調(diào)。主要技術(shù)參數(shù)為：太陽能集熱器：高效平板式集熱器（帶透明隔熱板）集熱面積：500m2制冷機：兩級吸收式澳化鉀制冷機制冷功率：100kW制冷熱源溫度：75°C（設計工況）冷凍水溫度：9供空調(diào)用戶面積：600m2系統(tǒng)運行調(diào)試取得令人滿意的結(jié)果：（1）太陽能集熱系統(tǒng)效率很高，能滿足制冷及生活熱水需求。（2）制冷機

7、各項指標均超過設計要求。運行測試結(jié)果如下：驅(qū)動熱源溫度低，在65一75°C范圍內(nèi)都能達到設計要求。熱源溫度低至60°C左右時，仍有較高的制冷能力（80）。熱水利用溫差大，可高達15°C。制冷能力可超過設計指標（最高達112kW）。冷凍水溫度可低至6一7°C（設計工況為9°C）。性能系數(shù)（COP）較高（可大于04）。江門100kW太陽能空調(diào)系統(tǒng)是我國首座大型實用性的太陽能空調(diào)系統(tǒng)，它的建成標志著我國太陽能熱利用技術(shù)上了一個新的臺階。系統(tǒng)有以下特點：（i）太陽能空調(diào)系統(tǒng)成功地全部采用高效平板集熱器，使常規(guī)的太陽能熱水系統(tǒng)能夠與太陽能空調(diào)系統(tǒng)中國太陽

8、能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)“接軌”，同時也開拓了太陽能熱水器更廣闊的市場。（ii）100kW兩級吸收式漠化理制冷機各項指標均達到設計要求。其驅(qū)動熱源溫度之低（65一75°C）及熱源利用溫差大的特點特別適合太陽能利用。（iii）系統(tǒng)兼顧了生活熱水與制冷空調(diào)的能量需求，合理分配利用太陽能，使太陽能日利用效率提高?！耙龂摇熬盼濉惫リP項目計劃太陽能空調(diào)系統(tǒng)在北方的示范點由北京市太陽能研究所負責。該項目正在山東省實施。太陽能空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)方案采用北京市太陽能研究所自己研制的一種玻璃。金屬封接的熱管式真空管集熱器，采用國產(chǎn)的熱水型澳化貍（單級）吸收式制冷機，系統(tǒng)供冷100kW（機組制冷能力150kw）。由于

9、熱管式真空管集熱器有良好的高溫性能，能提供溫度足夠高的熱水（90°C以上）帶動單級吸收式澳化錘制冷機制冷。4太陽能除濕式空調(diào)除濕式空調(diào)系統(tǒng)是利用吸濕劑（例如氯化鋰、硅膠等）對空氣進行減濕，然后蒸發(fā)降溫，對房間進行溫度和濕度的調(diào)節(jié)，用過的吸附劑被加熱進行再生。再生過程可以利用較低品位熱能，因此也很適合于太陽能利用。該方法有利于保護大氣環(huán)境，還有利于改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。西北工業(yè)大學、清華大學等對除濕式空調(diào)的研究，已經(jīng)做了不少工作。為了對除濕空調(diào)系統(tǒng)和其中的關鍵部件進行研究，促進這一技術(shù)領域的發(fā)展，清華大學興建了一座利用太陽能再生的干燥劑除濕復合空調(diào)系統(tǒng)試驗裝置。該裝置由空氣預處理段、太陽熱

10、能加熱段、干燥劑除濕冷卻系統(tǒng)和常規(guī)制冷機組成。系統(tǒng)具有營造所要求的試驗工況、利用太陽熱能以及進行各種設備性能試驗等多種功能，包括構(gòu)成與壓縮式制冷系統(tǒng)相結(jié)合的復合式空調(diào)系統(tǒng)。該裝置參照國際上類似對象的試驗標準和方法，實現(xiàn)設備的自動調(diào)節(jié)與控制及數(shù)據(jù)自動巡檢與處理。試驗結(jié)果表明，裝置達到了所述試驗功能和指標。西北工業(yè)大學對吸附劑的除濕性能、吸附除濕換熱器及除濕空調(diào)系統(tǒng)等都作了充分的研究，并且在實用性產(chǎn)品開發(fā)方面取得了成果。西安交通大學與北京市太陽能研究所聯(lián)合研制了一套敞開式吸收式空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用氯化鈣水溶液作吸收劑，由濃溶液在吸收器中吸收來自空調(diào)房間內(nèi)空氣的水分，并經(jīng)絕熱加濕使空氣加濕來達到空調(diào)

11、目的。吸收水分后的稀溶液到再生器中通過太陽能加熱而解吸變回濃溶液，再返回吸收器繼續(xù)進行吸收。據(jù)報道，當空調(diào)房間溫度維持25°C，相對濕度為60時，系統(tǒng)的運行參數(shù)為：制冷量2kW，單位質(zhì)量空氣制冷量是13kWkg，循環(huán)空氣量01538kg/s，加濕量與除濕量均為471kg/h吸收器熱負荷2.69kw，含濕量差85gkg干空氣。5被動式降溫談到空調(diào)，就不能不考慮空調(diào)的對象建筑物的結(jié)構(gòu)與冷負荷的關系，尤其是太陽能空調(diào)的應用，更要特別重視減小空調(diào)冷負荷的問題。因此，減小冷負荷、被動式降溫以及利用自然冷源的降溫方法，都是值得研究的課題。被動式降溫是對通過太陽能輻射和熱輻射進行有選擇的、合理的利

12、用，達到建筑物自身降溫或減少冷負荷的目的。建筑物與外界的熱交換主要通過門窗和外墻進行。窗戶是建筑物隔熱保溫的最薄弱環(huán)節(jié)，也是太陽輻射光和熱的進入渠道。一些反光膜、濾光膜、藍玻璃等主要是解決遮光問題，但仍有一部分紅外輻射透過。而對于降溫來說，反射紅外輻射比反射可見光更為重要?？梢姡床煌枰?，采用有嚴格光譜選擇性的涂層、薄膜或功能性玻璃，對于建筑物的降溫和節(jié)能是很有意義的。建筑物外墻一方面吸收太陽輻射，另一方面也向外界散發(fā)熱量。要達到降溫的目的，必須要對太陽輻射中的可見光及紅外輻射有根強的反射率，減少墻體的吸熱和蓄熱，加速建筑物的放熱，達到降溫的效果。研究這類光譜選擇性涂料并結(jié)合建筑物外墻的裝飾

13、，將有助于建筑物的降溫。清華大學對光譜選擇性涂層有全面、深入的研究，特別是玻璃的鍍膜方面矽口變色玻璃，各種選擇性透過、吸收和反射玻璃等，都已經(jīng)取得了不同程度的進展。輻射致冷也是建筑物被動式降溫的一種新方法。大氣外層空間是一個接近絕對零度的天然巨大冷庫。根據(jù)輻射換熱的原理，兩個有溫度差的物體之間，會以輻射的形式交換能量。這樣就有可能把地面上的熱能以輻射的形式釋放出去，達到自身冷卻降溫的目的。但并不是所有輻射都能自由地穿過大氣層，只有某些波長段的輻射穿透大氣層的能力比較強，氣象學上稱為“大氣窗口”。因此，要求輻射體要有嚴格的光譜選擇特性，在對應“大氣窗口”，的波長段上有很強的輻射率，同時在這以外有

14、極高的反射率，熱能傳到輻射體上，以特定的波長向天空輻射出去，輻射體由于釋放了能量而得到降溫。近二十年來輻射致冷研究在國外取得不少進展。在國內(nèi)，中國科技大學長期以來進行過大量的理論和實驗研究，特別是理論計算模型方面有獨特的創(chuàng)新性。中國科學院廣州能源研究所等單位在試驗和應用方面也做了不少工作。中國科學院廣州能源研究所在輻射制冷研究中，通過對光譜選擇性輻射致冷材料進行篩選，以及對致冷輻射體制備工藝進行反復試驗，得出了既簡單、效果也好，又容易實現(xiàn)的輻射致冷新方法，并已實際應用于解決電視中轉(zhuǎn)微波站儀器室的降溫問題。在輻射致冷試驗臺上，他們測得致冷空間某點與環(huán)境溫度最大溫差為96，平均最大溫差為92

15、76;C，在不同季節(jié)的晴天，所作的結(jié)果一般都在758°C之間，與天氣的相對濕度有一定關系。他們還進行了輻射致冷技術(shù)實際應用的嘗試，在不允許消耗任何電力的情況下，利用輻射致冷的原理和技術(shù)巧妙地解決了電視中轉(zhuǎn)微波站的降溫難題。1998年為某公司建造了12套輻射致冷被動降溫裝置。該系統(tǒng)由輻射致冷器、水箱、循環(huán)回路等組成，致冷器面積2m2，儀器房面積約7m2。據(jù)該公司驗收降溫裝置的實測效果為：夏日中午環(huán)境溫度35°C時，儀器房內(nèi)僅為28°c環(huán)境溫度30°C時，房內(nèi)為26°c。在光譜選擇性涂料方面，廣州能源研究所研究成功一種船用的熱反射涂料。熱反射涂料與

16、輻射致冷在原理上雖然不盡相同，但對輻射波長選擇性（反射和吸收）這個本質(zhì)問題上是一致的。所研究的熱反射涂料的熱性能指標達到：紅外反射率大于80，與標準板相比，板溫可降低20°C（標準板64°c，樣本板44°C）。6地下冷源降溫利用地球上的自然冷源進行空調(diào)降溫也是一種廣義的太陽能空調(diào)方法。地冷降溫就是其中的一種。地冷降溫系統(tǒng)簡單、造價不高、不需耗能制冷，只用很少的電力，是一種有實用意義的降溫途徑，已有成功應用的實例。華南理工大學1990年試驗成功了地冷空調(diào)系統(tǒng)，通過在地下23m深處埋上空氣換熱管道，把新鮮空氣或室內(nèi)空氣送入地下埋管，放熱冷卻后送回室內(nèi)。據(jù)報道，在夏天，

17、地下冷風溫度為234-273°C，在室外氣溫高達35°C下能保持室內(nèi)溫度2628°C，達到空調(diào)效果。已經(jīng)完成幾個試點工程。中國科學院廣州能源研究所采用另一種方式，在地下5米深處建造地下水池，抽出地下冷水在室內(nèi)進行空氣換熱，1992年應用在廣東水稻育種玻璃溫室內(nèi)，冬夏季進行溫度調(diào)節(jié)。地下水初溫245°C，可維持溫室所要求的溫度29-31°C，經(jīng)過夏季整整5個月降溫運行，池水最終升溫到288°c，這時仍可保持溫室在3233°C，滿足水稻育種要求。降溫季節(jié)結(jié)束后，冬季已臨近，正好利用池水對溫室供熱升溫，使其溫度保持在20°

18、;C以上。該系統(tǒng)還配有一無鹽太陽池進行輔助加熱。這樣，溫室全年的溫度調(diào)節(jié)全部利用自然能源。7結(jié)語隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，制冷和空調(diào)的需求會越來越大，特別是建筑物降溫的能耗巨大，給能源、電力、環(huán)境等方面帶來越來越大的壓力。利用太陽能來解決這個問題值得重視，但太陽能空調(diào)應根據(jù)不同地區(qū)的氣候特點，不同的使用要求，綜合采取多種技術(shù)措施（如主動式制冷與被動式降溫相結(jié)合），才能解決好這個問題。雖然經(jīng)過20多年試驗研究和技術(shù)攻關，我國的太陽能制冷及空調(diào)事業(yè)某些方面已取得了很大的進展，一些應用技術(shù)正開始邁入實用化階段，但是由于過去投入不夠，許多有研究基礎的單位不得不放棄了已經(jīng)取得進展的工作，只有少數(shù)單位堅持了下來。此外，技術(shù)上仍存在不少問題需要加大科研攻關力度予以解決，即使某些較為成功的技術(shù)，在推廣應用和產(chǎn)業(yè)化方