能源利用新技術(shù)太陽(yáng)能制冷熱泵

1.1光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)

八、太陽(yáng)能制冷空調(diào)1、吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)溴化鋰〔吸收劑〕+水〔制冷劑〕無(wú)毒、制冷溫度不低于6℃、高濃度易結(jié)晶、溶液腐蝕作用水〔吸收劑〕+氨〔制冷劑〕2、蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)3、吸附式太陽(yáng)能制冷空調(diào)系統(tǒng)第一頁(yè)，共43頁(yè)。制冷技術(shù)是為適應(yīng)人們對(duì)低溫條件的需要而產(chǎn)生和開(kāi)展起來(lái)的。如人體舒適性要求、食物的加工保鮮，材料的特性--超導(dǎo)現(xiàn)象，物態(tài)〔氣體別離、液化〕等需要利用制冷技術(shù)。制冷第二頁(yè)，共43頁(yè)。幾個(gè)概念〔1〕制冷：用人工的方法在一定時(shí)間和一定空間內(nèi)將物體冷卻，使其溫度降低到環(huán)境溫度以下并保持這個(gè)溫度。本質(zhì)：將熱量從被冷卻對(duì)象中轉(zhuǎn)移到環(huán)境中制冷≠冷卻普冷：120K以上深冷：20～120K低溫：0.3～20K空調(diào)用制冷技術(shù)屬于普通制冷第三頁(yè)，共43頁(yè)。幾個(gè)概念(2)制冷劑：在制冷機(jī)中使用的工質(zhì)稱(chēng)為制冷劑。(3)制冷機(jī)：機(jī)械制冷中所需機(jī)器和設(shè)備的總合稱(chēng)為制冷機(jī)。(4)制冷裝置：將消費(fèi)冷量的制冷機(jī)械和消耗冷量的設(shè)備結(jié)合在一起的裝置。第四頁(yè)，共43頁(yè)。(1)商業(yè)及人民生活

如人工冰廠、空調(diào)、冰箱、冷柜以及食品的冷凍冷藏、保鮮、冷藏運(yùn)輸?shù)取?/p>

(2)工業(yè)消費(fèi)及農(nóng)牧業(yè)

如制藥、啤酒、精細(xì)儀器車(chē)間等；

農(nóng)作物的種子進(jìn)展低溫處理，人工氣候育秧室、蔬菜水果的保鮮等。

(3)建筑工程

如挖掘隧道、建筑河堤時(shí)采用的“凍土法〞。

(4)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究

如各種環(huán)境模擬裝置中創(chuàng)造的人工環(huán)境。

(5)醫(yī)療衛(wèi)生

如藥品、疫苗及人體器官的冷藏保存，手術(shù)中采用低溫麻醉等。

(6)尖端科學(xué)領(lǐng)域等

微電子技術(shù)、能源、新型材料、宇宙開(kāi)發(fā)等。

(7)氧氣、天然氣(CNG、LNG)等液態(tài)運(yùn)輸

天然氣：1立方米〔液態(tài)〕＝621立方米〔標(biāo)準(zhǔn)氣態(tài)〕

氧氣：1立方米〔液態(tài)〕＝800立方米〔標(biāo)準(zhǔn)氣態(tài)〕

第五頁(yè)，共43頁(yè)。開(kāi)展歷史〔1〕制冷技術(shù)的開(kāi)展歷史1755年乙醚蒸發(fā)制冷----制冷技術(shù)的開(kāi)場(chǎng)1834年第一臺(tái)乙醚蒸汽壓縮式制冷機(jī)1875年氨蒸汽壓縮式制冷機(jī)壓縮式制冷機(jī)占統(tǒng)治地位1859年氨水吸收式制冷機(jī)1910年蒸汽噴射式制冷機(jī)19世紀(jì)制冷技術(shù)根本成形第六頁(yè)，共43頁(yè)。1910年第一臺(tái)以氨為工質(zhì)的冰箱問(wèn)世1920年美國(guó)開(kāi)利公司制造出第一臺(tái)開(kāi)啟式壓縮機(jī)的臥式柜型空調(diào)器1930年第一臺(tái)以氟利昂為工質(zhì)〔R-12)的制冷機(jī)問(wèn)世1951年第一臺(tái)窗式空調(diào)器正式問(wèn)世1964年我國(guó)第一臺(tái)“雙鹿〞牌——窗式空調(diào)器問(wèn)世80年代末我國(guó)電冰箱產(chǎn)量占全世界第一位90年代中我國(guó)空調(diào)器產(chǎn)量占全世界第一位第七頁(yè)，共43頁(yè)。制冷技術(shù)的開(kāi)展概括起來(lái)可分為兩個(gè)階段：〔1〕天然冷源的應(yīng)用階段古代~18世紀(jì)中期。采用的天然冷源主要是指冬季儲(chǔ)存的天然冰和夏季使用的深井水?！?〕機(jī)械制冷階段18世紀(jì)中期~今。1755年是人工制冷史的起點(diǎn)?，F(xiàn)代制冷技術(shù)作為一門(mén)科學(xué)是由19世紀(jì)中后期開(kāi)展起來(lái)的，到20世紀(jì)具有更大的開(kāi)展。第八頁(yè)，共43頁(yè)?！?〕近代的打破性進(jìn)展微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用新材料在制冷產(chǎn)品上的應(yīng)用機(jī)器設(shè)備的開(kāi)展制冷工質(zhì)開(kāi)的開(kāi)發(fā)第九頁(yè)，共43頁(yè)?！?〕制冷技術(shù)的研究方向減少能耗，如充分利用太陽(yáng)能、地?zé)崮艿?；合理選擇和利用制冷劑；進(jìn)步制冷機(jī)的機(jī)械熱力性能。第十頁(yè)，共43頁(yè)。制冷方法制冷的根本方法〔1〕相變制冷*液體氣化*固體溶化與升華〔2〕氣體膨脹制冷〔3〕逆向可逆循環(huán)*逆卡諾循環(huán)制冷的詳細(xì)方法*蒸汽壓縮式制冷*吸收式制冷*蒸汽噴射式制冷*壓縮式氣體制冷循環(huán)*氣體渦流制冷*熱電制冷*固體吸附制冷第十一頁(yè)，共43頁(yè)。制冷工質(zhì)開(kāi)的開(kāi)發(fā)1934年美國(guó)人波爾金斯試制成功了第一臺(tái)以乙醚為工質(zhì)、閉式循環(huán)的蒸氣壓縮式制冷機(jī)。1830～1930，主要采取NH3、CO2、空氣等作為制冷劑；1930～1990，主要采用氟里昂作為制冷劑；1990～，積極尋找無(wú)污染的制冷劑，替代氟利昂。第十二頁(yè)，共43頁(yè)。蒸汽壓縮式制冷

按著熱力學(xué)第二定律，把熱量從低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩葱枰饨缱龉Α?/p>

制冷劑氟利昂

CFC含氯氟化碳

HCFC含氫氯氟化碳

第十三頁(yè)，共43頁(yè)。制冷劑制冷劑：乙醚〔1834〕水二氧化碳〔1866〕氨〔1870〕二氧化硫〔1876〕氯甲烷〔1878〕氟利昂〔Freon〕〔1930〕氟利昂是飽和碳?xì)浠衔锏姆?、氯、溴的衍生物的總稱(chēng)R12(1931)、R11〔1932〕、R114〔1933〕、R113〔1934〕R13〔1945〕R14〔1955〕丙烷〔C3H3〕、乙烷〔C2H6〕、乙烯〔C2H4〕丙稀〔C3H6〕、丁烷〔C4H10〕、戊烷〔C5H12〕第十四頁(yè)，共43頁(yè)。對(duì)制冷劑的要求1、臨界溫度較高2、適宜的飽和蒸氣壓力3、凝固溫度低4、粘度和比重小5、導(dǎo)熱系數(shù)高6、絕熱壓縮系數(shù)小7、液體比重小8、循環(huán)的熱力完善度盡可能大9、不易燃、不爆炸、無(wú)毒、無(wú)腐蝕10、價(jià)格廉價(jià)、易于獲得第十五頁(yè)，共43頁(yè)。CFC、HCFC的替代問(wèn)題1974年，Molina和Rowland發(fā)現(xiàn)氯氟碳化合物擴(kuò)散到上層大氣，被紫外線分解成氯原子，同溫層中的臭氧就被催化破壞使臭氧層減薄或消失。同溫層離地面11~45公里，存在臭氧層能吸收90%的紫外線。第十六頁(yè)，共43頁(yè)。后果〔1〕紫外線增強(qiáng)，皮膚癌和白內(nèi)障發(fā)病增多，人的免疫系統(tǒng)受到危害，每衰減1%，皮膚癌發(fā)病率增加4~6%〔2〕生態(tài)破壞，食品鏈破壞，損傷生物的細(xì)胞，阻止發(fā)育或產(chǎn)生變異，致使農(nóng)作物和漁業(yè)減產(chǎn)?！?〕產(chǎn)生附加溫室效益。CFC+甲烷的總和=CO2平均氣溫上升，海平面上升，南極冰川有融化的趨勢(shì)。第十七頁(yè)，共43頁(yè)。CFC含氯氟化碳?jí)勖粞跸臐撃苤禍厥倚?yīng)潛能值R1165年接近11R113180年接近14.15R114180年接近14.15HCFC含氫氯氟化物HFC含氫無(wú)氯氟化碳〔R134aR152a等〕第十八頁(yè)，共43頁(yè)。禁用問(wèn)題1987年蒙特利爾協(xié)定對(duì)二類(lèi)8種CFC限制使用CFC：R11、R12、R113、R114、R115Halon：1211、1301、24021992年哥本哈根CFC1995年停頓使用HCFC2020年到達(dá)96年的0.5%2030年完全禁用

第十九頁(yè)，共43頁(yè)。30年代使用氟利昂，有50年的歷史R11、R12：空調(diào)制冷、泡沫塑料、發(fā)泡劑R113：清潔劑R114、R115：高溫制冷劑Halon：滅火劑停頓使用CFC后,尚有大量CFC存在和繼續(xù)逸散，至少50年后才開(kāi)場(chǎng)恢復(fù)，200年后恢復(fù)到1970年的程度。

第二十頁(yè)，共43頁(yè)。對(duì)策、替代〔1〕HFC134a可替代CFC12〔2〕混合工質(zhì)HFC+HCFC+HC〔考慮可燃和阻燃〕410A407C〔3〕天然工質(zhì)HC丙烷碳?xì)浠衔铩瞙ydrocarbon)氨NH3〔anmonia)二氧化碳CO2開(kāi)展新型制冷方法汽波制冷吸收式制冷磁制冷第二十一頁(yè)，共43頁(yè)。單級(jí)壓縮制冷循環(huán)hp12345PkP0冷凝器蒸發(fā)器1245節(jié)流裝置壓縮機(jī)冷凝壓力Pk由冷凝溫度決定為了制取更低的溫度必然要求降低蒸發(fā)溫度冷凝溫度受冷卻介質(zhì)〔環(huán)境〕溫度的限制，變化范圍有限蒸發(fā)溫度的降低導(dǎo)致蒸發(fā)壓力P0下降第二十二頁(yè)，共43頁(yè)。氣體絕熱膨脹制冷第二十三頁(yè)，共43頁(yè)。溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)設(shè)備：蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流閥、吸收器、發(fā)生器、溶液泵。①吸收器：吸收制冷劑蒸氣②發(fā)生器：加熱、釋放制冷劑③溶液熱交換器：內(nèi)部能量利用，進(jìn)步效率④溶液泵：加壓作用2.循環(huán)：制冷劑循環(huán)溶液循環(huán)第二十四頁(yè)，共43頁(yè)。太陽(yáng)能吸收式制冷系統(tǒng)第二十五頁(yè)，共43頁(yè)。6°C12°C冷凍水冷卻水進(jìn)冷卻水出熱源：蒸汽或熱水tc~45°C~95°C~70°Cto~4°CCondenserGenerator壓力大約.80mbar(8kPa)壓力大約.8,2mbar(0,83kPa)ta~35°CEvaporatorAbsorber~50°C~70°C~27°C~32,5°C~37°CRefrigerant(Water)SteamorHotWaterDilutedSolution(LiBr)ConcentratedSolution(LiBr)TowerWaterChilledWater第二十六頁(yè)，共43頁(yè)。溴化鋰吸收式制冷機(jī)第二十七頁(yè)，共43頁(yè)。氨吸收式制冷第二十八頁(yè)，共43頁(yè)。泵吸收器換熱器發(fā)生器蒸發(fā)器節(jié)流閥QL載冷體水低品位蒸汽TR、QR冷凝器QH水氨吸收式制冷第二十九頁(yè)，共43頁(yè)。蒸氣壓縮式與吸收式制冷機(jī)的比較吸收式制冷機(jī)是一種以熱能為主要?jiǎng)恿Φ闹评錂C(jī)。蒸汽壓縮制冷循環(huán)：壓縮機(jī)〔消耗機(jī)械功〕吸收式制冷循環(huán)：吸收器，發(fā)生器，換熱器，泵〔消耗低品位熱量〕第三十頁(yè)，共43頁(yè)。太陽(yáng)能吸附式制冷太陽(yáng)能固體吸附式制冷是利用固體吸附劑〔例如沸石分子篩、硅膠、活性炭、氯化鈣等〕對(duì)制冷劑〔水、甲醇、氨等〕的吸附〔或化學(xué)吸收〕和解吸作用實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)的。吸附劑的再生溫度可在80—150℃之間，也合適干太陽(yáng)能的利用。第三十一頁(yè)，共43頁(yè)?？梢栽?5－85oC熱源溫度下有效工作；合適太陽(yáng)能以及其它低品位熱能應(yīng)用；目前已小批量消費(fèi)制冷機(jī)組性能性能指標(biāo)單位制冷量8.5kW冷凍水出水溫度10oC冷凍水流量1.5t/h冷卻水進(jìn)口溫度32oC冷卻水流量5t/h熱水進(jìn)口溫度85oC熱水流量3.6t/hCOP0.4冷凍水系統(tǒng)工作壓力0.6MPa冷卻水系統(tǒng)工作壓力0.6MPa熱水系統(tǒng)工作壓力0.6MPa運(yùn)行重量1.5t電源2Φ-220V-50Hz第三十二頁(yè)，共43頁(yè)。德國(guó)Freiburg示范應(yīng)用的太陽(yáng)能吸附空調(diào)第三十三頁(yè)，共43頁(yè)。第三十四頁(yè)，共43頁(yè)。第三十五頁(yè)，共43頁(yè)。蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)利用聚焦式太陽(yáng)能集熱器，將水加熱，產(chǎn)生蒸汽，噴射。依靠蒸汽噴射器的作用完成制冷循環(huán)的制冷機(jī)。它由蒸汽噴射器、蒸發(fā)器和冷凝器〔即凝汽器〕等設(shè)備組成，依靠蒸汽噴射器〔見(jiàn)水蒸汽噴射真空泵〕的抽吸作用在蒸發(fā)器中保持一定的真空，使水在其中蒸發(fā)而制冷。蒸汽噴射式制冷機(jī)用水作為制冷劑,蒸發(fā)溫度在0℃以上，僅可用于空氣調(diào)節(jié)和某些消費(fèi)工藝過(guò)程。蒸汽噴射式制冷機(jī)設(shè)備龐大,需要高位安裝,一般在10米以上，以便冷水泵和冷卻水泵吸入處為正壓,且需要較高壓力〔0.5～5兆帕〕的工作蒸汽，所以應(yīng)用日漸減少,有被溴化鋰吸收式制冷機(jī)取代的趨勢(shì)。第三十六頁(yè)，共43頁(yè)。蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)第三十七頁(yè)，共43頁(yè)。水泵產(chǎn)生位能差熱泵產(chǎn)生溫度差低溫高溫HP熱泵(Heat