《太阳能在制冷空调技术中的应用》
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[摘 要]太阳能作为全球公认的最干净的、无污染的可再生能源,近年来人们对其相关方面的研究也越来越关注.太阳能制冷空调在建筑节能方面有着显著成效,基于太阳能热利用的制冷空调技术研究也正在深入开展.虽然早在二十世纪初就已在具体工程中使用,但其还仍有不完善性.目前,国内外很多专家、学者、研究机构都在对太阳能制冷空调技术进行改进创新并提出了一系列新方案,希望能够提高太阳能制冷空调系统的COP值,增强太阳能制冷空调的实际可使用性,力求将太阳能制冷空调技术投入市场.
[关键词]太阳能；制冷空调；优势；发展趋势.
中图分类号：C61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）05-0385-01
0.引言
能源、信息和材料作为现代社会发展的三大支柱,在历史上,国家和地区之间因为能源产生过许多纷争.从2003年到2030年,根据对全球能源消耗的估计分析,每年约有71%的能源消耗增长[1].从国际能源机构的数据分析来看,人口增长、经济发展和人均能源消费的增长速度是导致能源需求增长的主要力量,从2010年到2035年,能源需求可能会达到35%[2].因此我们日益注重对新能源的开发与探索.太阳能作为一种廉价丰富的洁净能源,对于其的开发与研究也越来越受到人们的重视.同时随着城市进程的加快与生活水平的提高,人们对建筑居室和活动空间空气环境要求也日益提高,这无疑将加大建筑能耗.在建筑能源消耗的总量当中,空调系统的耗能的占比很高.将太阳能与建筑空调制冷结合起来,是一种非常节能的新型技术,能够显著降低建筑能耗[3].因此针对太阳能制冷空调技术的研究显得格外重要.
1.太阳能制冷空调原理及优势
1.1太阳能制冷空调原理简述
空调的原理空调系统中最费电的地方为压缩机,如果可以利用太阳能热能替代驱动常规压缩机的电能,必能节约很大一部分能源,空调能耗将大大降低.空调系统原理图见1.
图1 空调系统原理图
目前通过太阳能热利用技术实现空调制冷主要有两种措施[4]：第一种措施是先实现光与电的转换,先把太阳能转化为电能,即光伏发电,然后再用电能推动常规压缩式制冷机制冷实现制冷,例如光电式制冷,热电式制冷等.第二种措施是进行光与热的转换,将太阳能转化成可以直接二次利用的热能,然后再利用热能作为空调系统中的动力来源,进行空调制冷.前者系统相较简单.但目前的光电转换效率比较低,而且造价高,约为后者的3到4倍[5].目前国内外的太阳能制冷空调系统至今仍以第二种为主.目前国内外的太阳能空调制冷技术主要有如下三种：太阳能吸收式制冷空调技术、太阳能喷射式制冷空调技术和太阳能吸附式制冷空调技术[6].下面简述他们原理.
1.1.1太阳能吸收式制冷空调
太阳能吸收式制冷空调技术主要原理是利用吸收剂较强的吸收特性,通过热能驱动溶液使得溶液浓度发生变化來实现制冷的目的,通常以溴化锂或者氨水作为吸收剂,以水作为制冷剂,其运行原理如图2.
图2 太阳能吸收式制冷原理图
1.1.2太阳能喷射式制冷空调
太阳能喷射式制冷空调技术比吸收式制冷空调技术简单,且其运行更加稳定,可靠[7].但其制冷效率不高.太阳能喷射式制冷空调技术是用太阳能来驱动喷射器代替空调制冷系统中的压缩机,利用喷射器中喷嘴产生的高速流体形成一定的真空度来将蒸发器中的低压蒸气吸入喷射器,混合气体经过喷射器喷射出来[8],然后进入冷凝器完成放热、凝结等一系列过程.最后冷凝液的一部分通过节流阀进入蒸发器,在蒸发器中吸收热量后汽化,从而完成整个制冷循环.其运行原理如图3.
图3 太阳能喷射式制冷原理图
1.1.3太阳能吸附式制冷空调
太阳能吸附式制冷是以太阳能为热源,使混合物（吸附剂和制冷剂组成）在吸附床中发生解吸现象,制冷剂高温汽化后,进入冷凝器冷凝后再进入蒸发器,在蒸发器中吸收热量,实现制冷降温作用,其运行原理如图3.
图4 太阳能吸附式制冷原理图
1.2太阳能制冷空调优势
在当下,环境恶化和能源短缺已经成为全世界人们最关注的焦点,世界上各国都在努力进行研究开发清洁的可再生能源如太阳能、风能、潮汐能、地热能等.其中太阳能是被认为未来人类最安全最合适、最绿色的替代能源之一,太阳能取用方便,而且能量巨大,无二次污染,安全可靠.我国拥有十分丰富的太阳能资源,我国三分之二的地区年太阳辐射总量大于5020MJ/m2,因此开发利用太阳能资源具有很大潜力.利用太阳能驱动制冷空调系统一方面可以大大减少不可再生能源,如煤炭等高品质能源的消耗,另一方面其耗电量少,减少了因化石燃料等燃料火力发电造成的环境污染问题.
目前的空调市场中,大部分空调系统采用的都是传统技术,即通过电能来驱动,利用循环系统吸收室内热量再排到室外.这种空调系统虽然能够降低室内温度,但增大了室外环境的空气温度,加剧城市热岛效应.
同时,传统空调系统一般都以氟利昂作为冷媒,而氟利昂使用泄露会对对大气臭氧层造成严重破坏.虽然现在有不含氟利昂的新型空调投入生产使用,但能耗依然很大.依托太阳能热利用的太阳能空调可以很好地解决这些问题.
而且太阳能制冷空调具有非常好的季节匹配性,在夏季,天气越热,太阳辐射越强,室内人们对制冷需求越强烈,人们需求的制冷量也就越大,同时太阳能制冷空调工作功率也就越高.太阳能制冷空调既吸收了太阳辐射降低了环境温度,达到降低了城市热岛效应带来的问题.同时又给室内人们创造了一个舒适的环境,一举两得,非常具有现实意义.因而太阳能制冷空调比其它制冷空调具有更大的大优势.
2.太阳能制冷空调发展前景
随着我国经济发展,人们的生活水平生活需求不断提高,人们对建筑居室环境要求也不断提高,对空调的需求也不断提高.而目前常规能源的不断开发与利用,剩余量已经不多了,太阳能制冷是个非常好的选择,虽然目前太阳能制冷空调技术还不是很成熟,在工程中使用中会有很多无法预料的问题.但是因为其自身特点以及广阔的市场需求,它注定有良好的发展前景.国内外广大学者研究人员都在努力攻破这些问题,为以后其发展奠定良好基础.
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