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(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)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(shè)施。另一方面由于常規(guī)能源不斷千采和使用，其儲(chǔ)藏量將不斷地減小，環(huán)境污染的問題也越來越嚴(yán)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(duì)環(huán)境保護(hù)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(dòng)常規(guī)的壓縮式制冷機(jī)制冷；二是進(jìn)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(jià)格計(jì)算，其造價(jià)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(yīng)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(xiàng)目，如采暖、熱水等，在需求上其實(shí)與太陽能的提供并不完全一致：當(dāng)天氣越冷、人們?cè)叫枰獪嘏臅r(shí)候，太陽能量的提供往往不足。從這個(gè)角度來看，太陽能空調(diào)的應(yīng)用是最合理的：當(dāng)太陽輻射越強(qiáng)。天氣越熱的時(shí)候，我們需要空調(diào)的負(fù)荷也越大。這是太陽能空調(diào)應(yīng)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(gè)巨大的市場。如果把供熱與空調(diào)結(jié)合起耘將是一個(gè)更加理想的方案。這是太陽能空調(diào)實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)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(yīng)用；

　?。?）在制冷機(jī)方面，溴化鋰吸收式制冷機(jī)在九十年代大量地進(jìn)入了市場。中國科學(xué)院廣州能源研究所研制的低溫?zé)崴蛢杉?jí)吸收式淡化侄制冷機(jī)，熱源溫度只需60℃以上，特別適合于太陽能的利用。

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

　　1.4 太陽能空調(diào)的經(jīng)濟(jì)性

　　太陽能熱水器的經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(jī)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(jì)性。

　　1.5 環(huán)境保護(hù)，可持續(xù)發(fā)展的要求

　　隨著經(jīng)濟(jì)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(shí)帶來廢氣階放，溫室效應(yīng)和酸雨等環(huán)境問題，空調(diào)機(jī)的制冷劑（CFCs）還會(huì)對(duì)大氣臭氧層造成破壞。切時(shí)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(xiǎn)，系統(tǒng)本身是符合環(huán)境保護(hù)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(yīng)用完全降合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。

　　基于上述觀點(diǎn)和理由，有關(guān)部門和專家一致認(rèn)為，發(fā)展太陽能空調(diào)應(yīng)用的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，并且有良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也能提高太陽能利用的科學(xué)意義和技術(shù)水平，有利于推動(dòng)太陽能事業(yè)的發(fā)展。為了促進(jìn)推廣應(yīng)用，需要建立一個(gè)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(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。

　　2.我國太陽能空調(diào)的發(fā)展與現(xiàn)狀

　?。?）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(huì)議以后的七十年代后期。1974年中東石油危機(jī)發(fā)生以后，不少科研機(jī)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(jī)，其中多數(shù)是小型的務(wù)水吸收式制冷試驗(yàn)樣機(jī)。例如：天津大學(xué)1975年研制的連續(xù)式氨一水吸收式太陽能制冰機(jī)，日產(chǎn)冰量可達(dá)5.4kg.為北京師范學(xué)院（現(xiàn)首都師范學(xué)大等）1977年研制成功1.5m²平板型間歇式太陽能制冰機(jī)，每天可制冰6.8-8kg；1979年義研制出8m²平板型自動(dòng)跟蹤連續(xù)式太陽能冷藏柜。華中工學(xué)院（現(xiàn)華中理工大學(xué)）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(duì)的小型太陽能制冷裝置，可維持冰箱0℃10小時(shí)左右。這期間先后有20多個(gè)單位開展過工作，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，

　?。?）堅(jiān)持階段（80年代中后期一90年代初）

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

　　1987年，中國科學(xué)院廣州能源研究所與香港理工學(xué)院合作在深圳建成了一套科研與實(shí)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(jí)淡化侄吸收式制冷機(jī)。

　　為了適應(yīng)太陽能的利用，中國科學(xué)院廣州能源所從1982年開始進(jìn)行了新型熱水型兩級(jí)吸收式?jīng)Q化鉸制冷機(jī)的研制并取得了成功，這種新型的制冷機(jī)有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)，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(yùn)行；二是熱源的利用溫差大，為12-24℃（隨熱源溫度而變）。

　　（3）實(shí)用階段（“九五”計(jì)劃期間）

　　直到“九五”計(jì)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(xiàng)目，計(jì)劃建成示范性系統(tǒng)，以促進(jìn)太陽能空調(diào)的推廣應(yīng)用。大陽能空調(diào)項(xiàng)目迎來了它的第二個(gè)春天，太陽能空調(diào)的技術(shù)水平也上升到一個(gè)新的高度。中科院廣州能源所和北京太陽能研究所承擔(dān)了該項(xiàng)任務(wù)，計(jì)劃在南方和北方各建一座大型實(shí)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(yīng)用對(duì)象

　　太陽能空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)兼顧供熱和供冷兩個(gè)方面的應(yīng)用，例如綜合辦公摟、招待所、學(xué)校、醫(yī)院、游泳池、水產(chǎn)養(yǎng)殖等，都是比較理想的應(yīng)用對(duì)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(bǔ)熱調(diào)溫等，而夏季一般都需要空調(diào)。“九五”攻關(guān)項(xiàng)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(shí)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(xùn)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(chǔ)存在制冷及生活熱水水箱中。采用一臺(tái)100kW的兩級(jí)吸收式制冷機(jī)，用太陽能熱水輸入制冷機(jī)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(fēng)機(jī)盤管，然后返回冷凍水箱。當(dāng)天氣不好、水溫不足時(shí)，用一臺(tái)燃油熱水爐輔助升溫，保證系統(tǒng)能全天候運(yùn)行。生活熱水則直接輸送到用戶。系統(tǒng)金自動(dòng)采集數(shù)據(jù)和控制運(yùn)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(jià)廉的特點(diǎn)，通過研究、試驗(yàn)，采取了一些簡單而有效的技術(shù)改進(jìn)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(duì)流從而減少表面的熱損失。試驗(yàn)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(qiáng)的時(shí)候，能持續(xù)提供制冷用熱水；在太陽輻射較弱時(shí)，也可以產(chǎn)生足夠的生活用熱水。

　　2）制冷機(jī)

　　制冷機(jī)是采用一種兩級(jí)吸收式淡化樞制冷機(jī)，它的一個(gè)重要的特點(diǎn)，氨是驅(qū)動(dòng)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(yùn)行；另一個(gè)特點(diǎn)是熱水的利用溫差大，達(dá)12-24℃（隨熱源溫度而變）。市場上單級(jí)吸收式淡化鈕制冷機(jī)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(dòng)控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的可編程控制器（PLC）及工業(yè)控制微機(jī)控制和管理。

　?。佬阅芟禂?shù)（C0P）達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

　　3.6 系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

　　江門100kW太陽能空調(diào)系統(tǒng)是我國首座大型實(shí)用性太陽能空調(diào)系統(tǒng)，它的建成標(biāo)志著我國太陽能熱利用技術(shù)上了一個(gè)新的臺(tái)階。系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

　　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(shí)也開拓了太陽能熱水器更廣闊的應(yīng)用市場。

　　2）100kW兩級(jí)吸收式?jīng)Q化俚剎冷機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。其驅(qū)動(dòng)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(dòng)運(yùn)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(shí)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(jì)上也顯示出一定的效益，潛在的市場很大，應(yīng)當(dāng)向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。但要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，還有許多工作可做，例如：

　　太陽能空調(diào)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件；

　　制冷機(jī)商品化、產(chǎn)業(yè)化；

　　統(tǒng)一的配套設(shè)備和零部件；

　　制定產(chǎn)品（系統(tǒng)）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；

　　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(jià)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(duì)小型的、家用的太陽能空調(diào)器卻有更大的需求，事實(shí)和經(jīng)驗(yàn)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(gè)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(yīng)用不僅可以節(jié)省能源，更重要的是有利于保護(hù)環(huán)境。利用太陽能供電、供熱、供冷、照明，最終實(shí)現(xiàn)所謂綠色能源源的房子，是世界上許多發(fā)達(dá)國家的熱門研究課題，也將是21世紀(jì)一個(gè)應(yīng)用面很廣、需求量很大的多學(xué)科交叉的綜合性課題。這是太陽能利用的一個(gè)引人注目的發(fā)展趨勢(shì)。

　　五、結(jié)語

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)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(shè)施。另一方面由于常規(guī)能源不斷千采和使用，其儲(chǔ)藏量將不斷地減小，環(huán)境污染的問題也越來越嚴(yán)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(duì)環(huán)境保護(hù)尤其有重要意義。