能源利用新技術太陽能制冷熱泵

1.1光熱轉(zhuǎn)換技術

八、太陽能制冷空調(diào)1、吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)溴化鋰〔吸收劑〕+水〔制冷劑〕無毒、制冷溫度不低于6℃、高濃度易結晶、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、吸附式太陽能制冷空調(diào)系統(tǒng)第一頁，共43頁。制冷技術是為適應人們對低溫條件的需要而產(chǎn)生和開展起來的。如人體舒適性要求、食物的加工保鮮，材料的特性--超導現(xiàn)象，物態(tài)〔氣體別離、液化〕等需要利用制冷技術。制冷第二頁，共43頁。幾個概念〔1〕制冷：用人工的方法在一定時間和一定空間內(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溫度。本質(zhì)：將熱量從被冷卻對象中轉(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)用制冷技術屬于普通制冷第三頁，共43頁。幾個概念(2)制冷劑：在制冷機中使用的工質(zhì)稱為制冷劑。(3)制冷機：機械制冷中所需機器和設備的總合稱為制冷機。(4)制冷裝置：將消費冷量的制冷機械和消耗冷量的設備結合在一起的裝置。第四頁，共43頁。(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、冷藏運輸?shù)取?/p>

(2)工業(yè)消費及農(nóng)牧業(yè)

如制藥、啤酒、精細儀器車間等；

農(nóng)作物的種子進展低溫處理，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、建筑河堤時采用的“凍土法〞。

(4)科學實驗研究

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，手術中采用低溫麻醉等。

(6)尖端科學領域等

微電子技術、能源、新型材料、宇宙開發(fā)等。

(7)氧氣、天然氣(CNG、LNG)等液態(tài)運輸

天然氣：1立方米〔液態(tài)〕＝621立方米〔標準氣態(tài)〕

氧氣：1立方米〔液態(tài)〕＝800立方米〔標準氣態(tài)〕

第五頁，共43頁。開展歷史〔1〕制冷技術的開展歷史1755年乙醚蒸發(fā)制冷----制冷技術的開場1834年第一臺乙醚蒸汽壓縮式制冷機1875年氨蒸汽壓縮式制冷機壓縮式制冷機占統(tǒng)治地位1859年氨水吸收式制冷機1910年蒸汽噴射式制冷機19世紀制冷技術根本成形第六頁，共43頁。1910年第一臺以氨為工質(zhì)的冰箱問世1920年美國開利公司制造出第一臺開啟式壓縮機的臥式柜型空調(diào)器1930年第一臺以氟利昂為工質(zhì)〔R-12)的制冷機問世1951年第一臺窗式空調(diào)器正式問世1964年我國第一臺“雙鹿〞牌——窗式空調(diào)器問世80年代末我國電冰箱產(chǎn)量占全世界第一位90年代中我國空調(diào)器產(chǎn)量占全世界第一位第七頁，共43頁。制冷技術的開展概括起來可分為兩個階段：〔1〕天然冷源的應用階段古代~18世紀中期。采用的天然冷源主要是指冬季儲存的天然冰和夏季使用的深井水。〔2〕機械制冷階段18世紀中期~今。1755年是人工制冷史的起點?，F(xiàn)代制冷技術作為一門科學是由19世紀中后期開展起來的，到20世紀具有更大的開展。第八頁，共43頁?！?〕近代的打破性進展微電子和計算機技術的應用新材料在制冷產(chǎn)品上的應用機器設備的開展制冷工質(zhì)開的開發(fā)第九頁，共43頁?！?〕制冷技術的研究方向減少能耗，如充分利用太陽能、地熱能等；合理選擇和利用制冷劑；進步制冷機的機械熱力性能。第十頁，共43頁。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，共43頁。制冷工質(zhì)開的開發(fā)1934年美國人波爾金斯試制成功了第一臺以乙醚為工質(zhì)、閉式循環(huán)的蒸氣壓縮式制冷機。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～，積極尋找無污染的制冷劑，替代氟利昂。第十二頁，共43頁。蒸汽壓縮式制冷

按著熱力學第二定律，把熱量從低溫熱源傳遞到高溫熱源需要外界做功。

制冷劑氟利昂

CFC含氯氟化碳

HCFC含氫氯氟化碳

第十三頁，共43頁。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〕氟利昂是飽和碳氫化合物的氟、氯、溴的衍生物的總稱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，共43頁。對制冷劑的要求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、無毒、無腐蝕10、價格廉價、易于獲得第十五頁，共43頁。CFC、HCFC的替代問題1974年，Molina和Rowland發(fā)現(xiàn)氯氟碳化合物擴散到上層大氣，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，共43頁。后果〔1〕紫外線增強，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。第十七頁，共43頁。CFC含氯氟化碳壽命臭氧消耗潛能值溫室效應潛能值R1165年接近11R113180年接近14.15R114180年接近14.15HCFC含氫氯氟化物HFC含氫無氯氟化碳〔R134aR152a等〕第十八頁，共43頁。禁用問題1987年蒙特利爾協(xié)定對二類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96年的0.5%2030年完全禁用

第十九頁，共43頁。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年后才開場恢復，200年后恢復到1970年的程度。

第二十頁，共43頁。對策、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丙烷碳氫化合物〔hydrocarbon)氨NH3〔anmonia)二氧化碳CO2開展新型制冷方法汽波制冷吸收式制冷磁制冷第二十一頁，共43頁。單級壓縮制冷循環(huán)hp12345PkP0冷凝器蒸發(fā)器1245節(jié)流裝置壓縮機冷凝壓力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)溫度的降低導致蒸發(fā)壓力P0下降第二十二頁，共43頁。氣體絕熱膨脹制冷第二十三頁，共43頁。溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)設備：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，共43頁。太陽能吸收式制冷系統(tǒng)第二十五頁，共43頁。6°C12°C冷凍水冷卻水進冷卻水出熱源：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，共43頁。溴化鋰吸收式制冷機第二十七頁，共43頁。氨吸收式制冷第二十八頁，共43頁。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，共43頁。蒸氣壓縮式與吸收式制冷機的比較吸收式制冷機是一種以熱能為主要動力的制冷機。蒸汽壓縮制冷循環(huán)：壓縮機〔消耗機械功〕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，共43頁。太陽能吸附式制冷太陽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〕對制冷劑〔水、甲醇、氨等〕的吸附〔或化學吸收〕和解吸作用實現(xiàn)制冷循環(huán)的。吸附劑的再生溫度可在80—150℃之間，也合適干太陽能的利用。第三十一頁，共43頁?？梢栽?5－85oC熱源溫度下有效工作；合適太陽能以及其它低品位熱能應用；目前已小批量消費制冷機組性能性能指標單位制冷量8.5kW冷凍水出水溫度10oC冷凍水流量1.5t/h冷卻水進口溫度32oC冷卻水流量5t/h熱水進口溫度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運行重量1.5t電源2Φ-220V-50Hz第三十二頁，共43頁。德國Freiburg示范應用的太陽能吸附空調(diào)第三十三頁，共43頁。第三十四頁，共43頁。第三十五頁，共43頁。蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)利用聚焦式太陽能集熱器，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。它由蒸汽噴射器、蒸發(fā)器和冷凝器〔即凝汽器〕等設備組成，依靠蒸汽噴射器〔見水蒸汽噴射真空泵〕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)和某些消費工藝過程。蒸汽噴射式制冷機設備龐大,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，所以應用日漸減少,有被溴化鋰吸收式制冷機取代的趨勢。第三十六頁，共43頁。蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)第三十七頁，共43頁。水泵產(chǎn)生位能差熱泵產(chǎn)生溫度差低溫高溫HP熱泵(Heat