太陽能空調(diào)的研究與發(fā)展

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摘要：隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對生活環(huán)境的要求越來越高，采暖和空調(diào)已經(jīng)是建筑物的必要設施。另一方面由于常規(guī)能源不斷千采和使用，其儲藏量將不斷地減小，環(huán)境污染的問題也越來越嚴峻。因此，利用太陽能供冷和供熱，不僅可以節(jié)省電力和常規(guī)能源，對環(huán)境保護尤其有重要意義。

　　關(guān)鍵詞：太陽能空調(diào)；節(jié)能

　　一、引言

　　顧名思義，太陽能空調(diào)是以太陽能作為制冷空調(diào)的能源。利用太陽能制冷可以有兩條途徑，一是利用光伏技術(shù)產(chǎn)生電力，以電力推動常規(guī)的壓縮式制冷機制冷；二是進行光-熱轉(zhuǎn)換，用熱作為能源制冷。前者系統(tǒng)比較簡單，但以目前先電池的價格計算，其造價為為后者的3-4倍；后者除了供冷之外，還結(jié)合供熱利用。因此國外的太陽能空調(diào)系統(tǒng)通常以第二種為主。

　　二、發(fā)展太陽能空調(diào)應用的基礎(chǔ)和意義

　　1.1 太陽能利用的合理性

　　一般的太陽能熱利用項目，如采暖、熱水等，在需求上其實與太陽能的提供并不完全一致：當天氣越冷、人們越需要溫暖的時候，太陽能量的提供往往不足。從這個角度來看，太陽能空調(diào)的應用是最合理的：當太陽輻射越強。天氣越熱的時候，我們需要空調(diào)的負荷也越大。這是太陽能空調(diào)應用最有利的客觀因素。

　　1.2 太陽能空調(diào)的市場基礎(chǔ)

　　太陽能熱水器在國內(nèi)市場迅猛發(fā)展，全國太陽能熱水器的使用量已超過1000萬平方米近年來每年增長超過200萬平方米，由此可見，太陽能熱水器的使用量和需求量都非常大，市場前景非常好。另一方面，空調(diào)的需求也是一個巨大的市場。如果把供熱與空調(diào)結(jié)合起耘將是一個更加理想的方案。這是太陽能空調(diào)實現(xiàn)推廣應用的市場基礎(chǔ)。

　　1.3 太陽能空調(diào)的技術(shù)基礎(chǔ)

　　太陽能制冷空調(diào)的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)成熟。

　?。?）在太陽能集熱器方面，真空管集熱器、平板集熱器都已經(jīng)在市場上推廣應用；

　　（2）在制冷機方面，溴化鋰吸收式制冷機在九十年代大量地進入了市場。中國科學院廣州能源研究所研制的低溫熱水型兩級吸收式淡化侄制冷機，熱源溫度只需60℃以上，特別適合于太陽能的利用。

　?。?）在系統(tǒng)方面，已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗。因此，太陽能空調(diào)應用在技術(shù)上是可行的。

　　1.4 太陽能空調(diào)的經(jīng)濟性

　　太陽能熱水器的經(jīng)濟性問題，市場已經(jīng)作了很好的說明。太陽能空調(diào)建立在太陽能熱水應用的基礎(chǔ)上，利用的是夏天用不完的能源，使太陽能得到充分的利用。增加的投資是制冷機部分，而這部分的投資在常規(guī)空調(diào)方面也是需要的。因此，太陽能空調(diào)與太陽能熱水相結(jié)合，有更好的經(jīng)濟性。

　　1.5 環(huán)境保護，可持續(xù)發(fā)展的要求

　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，空調(diào)的需求量越來越大。在一般民用建筑物，空調(diào)的能耗占了一半以上，給能源、電力和環(huán)境帶來很大的壓力。電力的發(fā)展同時帶來廢氣階放，溫室效應和酸雨等環(huán)境問題，空調(diào)機的制冷劑（CFCs）還會對大氣臭氧層造成破壞。切時龜空調(diào)用的是清潔的太陽能，制冷過程也沒有污染的危險，系統(tǒng)本身是符合環(huán)境保護要求的。另一方面，節(jié)省了電力和燃料，間接上也減輕了環(huán)境的壓力，太陽能空調(diào)的應用完全降合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。

　　基于上述觀點和理由，有關(guān)部門和專家一致認為，發(fā)展太陽能空調(diào)應用的時機已經(jīng)成熟，并且有良好的社會、經(jīng)濟效益，同時也能提高太陽能利用的科學意義和技術(shù)水平，有利于推動太陽能事業(yè)的發(fā)展。為了促進推廣應用，需要建立一個示范性的系統(tǒng)。因此，國家科委（現(xiàn)科技部）把“太陽能空調(diào)及供熱綜合示范系統(tǒng)”列為“九五”重點科技攻關(guān)項目。

　　2.我國太陽能空調(diào)的發(fā)展與現(xiàn)狀

　　（1）起步階段（70年代未一80年代初）在我國，太陽能制冷及空調(diào)的研究可以追溯到1975年在妄陽召開全國太陽能會議以后的七十年代后期。1974年中東石油危機發(fā)生以后，不少科研機構(gòu)、高等院校和企業(yè)紛紛投入人力和物力研制太陽能制冷（空調(diào)〕機，其中多數(shù)是小型的務水吸收式制冷試驗樣機。例如：天津大學1975年研制的連續(xù)式氨一水吸收式太陽能制冰機，日產(chǎn)冰量可達5.4kg.為北京師范學院（現(xiàn)首都師范學大等）1977年研制成功1.5m²平板型間歇式太陽能制冰機，每天可制冰6.8-8kg；1979年義研制出8m²平板型自動跟蹤連續(xù)式太陽能冷藏柜。華中工學院（現(xiàn)華中理工大學）研制了采光面積為1.5m²，冰箱容積為70升，以氨一水為工質(zhì)對的小型太陽能制冷裝置，可維持冰箱0℃10小時左右。這期間先后有20多個單位開展過工作，積累了寶貴的經(jīng)驗，

　?。?）堅持階段（80年代中后期一90年代初）

　　其后，由于當時還有許多技術(shù)難題沒有來得及解決，太陽能空調(diào)項目因一時難以看到成效而得不到支持，研究的隊伍和規(guī)模大大縮小，僅存少數(shù)單位仍堅持基礎(chǔ)性研究和樣機試驗，經(jīng)歷了一段非常困難的時期。在這期間，中科院廣州能源所得到了香港裘槎基金會的資助，堅持進行了太陽能空調(diào)系統(tǒng)以及太陽能制冷機的研究，并且取得了重要的進展。

　　1987年，中國科學院廣州能源研究所與香港理工學院合作在深圳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)，集熱面積共120m²，制冷能力14kw，空調(diào)面積為80m²采用了三種中溫集熱器，包括直通式真主管集熱器、熱管型真空管集熱器和V形隔熱膜平板型集熱器。采用兩合日本矢崎公司生產(chǎn)的2冷噸單級淡化侄吸收式制冷機。

　　為了適應太陽能的利用，中國科學院廣州能源所從1982年開始進行了新型熱水型兩級吸收式?jīng)Q化鉸制冷機的研制并取得了成功，這種新型的制冷機有兩個顯著的特點，一是所要求的熱源溫度低，在65℃以上的范國內(nèi)能穩(wěn)定地運行；二是熱源的利用溫差大，為12-24℃（隨熱源溫度而變）。

　?。?）實用階段（“九五”計劃期間）

　　直到“九五”計劃期間，太陽能空調(diào)的的各方面條件已經(jīng)成熟，國家科委（現(xiàn)科技部）把“太陽能空調(diào)”列為重，氨科技攻關(guān)項目，計劃建成示范性系統(tǒng)，以促進太陽能空調(diào)的推廣應用。大陽能空調(diào)項目迎來了它的第二個春天，太陽能空調(diào)的技術(shù)水平也上升到一個新的高度。中科院廣州能源所和北京太陽能研究所承擔了該項任務，計劃在南方和北方各建一座大型實用性太陽能空調(diào)系統(tǒng)。

　　三、100kw太陽能空調(diào)系統(tǒng)

　　3.1 應用對象

　　太陽能空調(diào)系統(tǒng)應兼顧供熱和供冷兩個方面的應用，例如綜合辦公摟、招待所、學校、醫(yī)院、游泳池、水產(chǎn)養(yǎng)殖等，都是比較理想的應用對象。這些用戶冬季（或全年）需要供熱，如生活熱水、采暖、游泳池水補熱調(diào)溫等，而夏季一般都需要空調(diào)。“九五”攻關(guān)項目100kW太陽能空調(diào)系統(tǒng)選定在廣東省江門市一座新建的24層大樓上實施。該大櫻是一座多功能的綜合性大樓，有辦公櫻、營業(yè)廳、招待所、培訓中心等，利用

　　太陽能提供大摟每天所需的生活熱水，除此之外，在夏天以太陽能熱水制冷，供其中一層空調(diào)。

　　3.2 系統(tǒng)簡介

　　太陽能空調(diào)熱水系統(tǒng)。以平板集熱器收集太陽能產(chǎn)生熱水，分別儲存在制冷及生活熱水水箱中。采用一臺100kW的兩級吸收式制冷機，用太陽能熱水輸入制冷機制冷。采取中央空調(diào)供冷方式，制取的9℃左右的冷凍水送到用戶的風機盤管，然后返回冷凍水箱。當天氣不好、水溫不足時，用一臺燃油熱水爐輔助升溫，保證系統(tǒng)能全天候運行。生活熱水則直接輸送到用戶。系統(tǒng)金自動采集數(shù)據(jù)和控制運行。

　　3.3 主要技術(shù)構(gòu)成

　　1）太陽能集熱器

　　為了保證平板集熱器能滿足制冷空調(diào)的要求，又不失其簡單價廉的特點，通過研究、試驗，采取了一些簡單而有效的技術(shù)改進措施。其中最主要的是增加了一決能耐較高溫度的透明隔熱板，通過抑制空氣自然對流從而減少表面的熱損失。試驗及使用的結(jié)果證明，透明隔熱板起了關(guān)鍵性作用。該集熱器在太陽輻射較強的時候，能持續(xù)提供制冷用熱水；在太陽輻射較弱時，也可以產(chǎn)生足夠的生活用熱水。

　　2）制冷機

　　制冷機是采用一種兩級吸收式淡化樞制冷機，它的一個重要的特點，氨是驅(qū)動熱源溫度只需要65-75℃，在60℃的情況下，仍能以較高的制冷能力穩(wěn)定地運行；另一個特點是熱水的利用溫差大，達12-24℃（隨熱源溫度而變）。市場上單級吸收式淡化鈕制冷機熱源溫度一般要求88℃以上，熱水利用溫差只有6-8℃。

　　3）自控系統(tǒng)

　　自動控制系統(tǒng)采用先進的可編程控制器（PLC）及工業(yè)控制微機控制和管理。

　　＠性能系數(shù)（C0P）達到設計指標。

　　3.6 系統(tǒng)的主要特點

　　江門100kW太陽能空調(diào)系統(tǒng)是我國首座大型實用性太陽能空調(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：

　　1）太陽能空調(diào)系統(tǒng)成功地全部采用高效乎板集熱器，使常用的太陽能熱水系統(tǒng)能夠與太陽能空調(diào)系統(tǒng)“接軌”，同時也開拓了太陽能熱水器更廣闊的應用市場。

　　2）100kW兩級吸收式?jīng)Q化俚剎冷機各項指標均達到設計要求。其驅(qū)動熱源溫度之低（65-75℃）特別適合大陽能利用。

　　3）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，提高了太陽能日利用效率。

　　4）太陽能空調(diào)系統(tǒng)全天候自動運行。

　　四、太陽能空調(diào)的研究發(fā)展方向

　　1）產(chǎn)業(yè)化

　　太陽能空調(diào)實用性示范系統(tǒng)的建成，證明了人陽能空調(diào)技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟上也顯示出一定的效益，潛在的市場很大，應當向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。但要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標，還有許多工作可做，例如：

　　太陽能空調(diào)系統(tǒng)的計算機設計軟件；

　　制冷機商品化、產(chǎn)業(yè)化；

　　統(tǒng)一的配套設備和零部件；

　　制定產(chǎn)品（系統(tǒng)）的技術(shù)標準；

　　大力開拓市場。

　　2）研究和開發(fā)新的枝術(shù)

　　太陽能空調(diào)系統(tǒng)目前普遍采用成熟的淡化短吸收式制冷技術(shù)。由于造價人工藝方面的原因。所以，采用這種技術(shù)的太陽能空調(diào)系統(tǒng)適用于中央空調(diào)和集中供熱方式，系統(tǒng)需要有一定的規(guī)模。而市場對小型的、家用的太陽能空調(diào)器卻有更大的需求，事實和經(jīng)驗告訴我們，只有滿足千家萬戶人民群眾需要的產(chǎn)品，才能形成規(guī)?；a(chǎn)業(yè)。因此，需要研究和開發(fā)小型太陽能空調(diào)的新方法、新技術(shù)。

　　3）建筑物的熱-電-冷聯(lián)供系統(tǒng)

　　建筑物用能是一個耗能大戶，其中用于厥明、供熱和空調(diào)就占了一半以上，太陽能在建筑上的應用不僅可以節(jié)省能源，更重要的是有利于保護環(huán)境。利用太陽能供電、供熱、供冷、照明，最終實現(xiàn)所謂綠色能源源的房子，是世界上許多發(fā)達國家的熱門研究課題，也將是21世紀一個應用面很廣、需求量很大的多學科交叉的綜合性課題。這是太陽能利用的一個引人注目的發(fā)展趨勢。

　　五、結(jié)語

　　隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對生活環(huán)境的要求越來越高，采暖和空調(diào)已經(jīng)是建筑物的必要設施。另一方面由于常規(guī)能源不斷千采和使用，其儲藏量將不斷地減小，環(huán)境污染的問題也越來越嚴峻。因此，利用太陽能供冷和供熱，不僅可以節(jié)省電力和常規(guī)能源，對環(huán)境保護尤其有重要意義。