陳友

摘 要 隨著生態(tài)環(huán)境的惡化和全球性資源危機(jī)，太陽能資源作為一種可再生清潔能源，近年來受到國際社會的關(guān)注，并開始廣泛應(yīng)用在發(fā)電、制熱過程中。空調(diào)作為家庭基本家用電器，雖然改善了夏天人們生活的環(huán)境，但是空調(diào)運(yùn)行期間需要耗費(fèi)大量的電力。太陽能輻射技術(shù)將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，然后用熱能進(jìn)行制冷，能夠有效地緩解夏天高峰用電緊張局面。

關(guān)鍵詞 太陽能輻射技術(shù) 熱能轉(zhuǎn)換 空調(diào)制冷技術(shù)

中圖分類號：TU831.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，空調(diào)具有制冷供暖作用，因此逐漸走入千家萬戶。根據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示，我國城鎮(zhèn)居民每百戶空調(diào)擁有量已經(jīng)達(dá)到了125臺。然而中國作為空調(diào)生產(chǎn)大國和使用大國，空調(diào)在使用過程中需要耗費(fèi)大量的電力，尤其在夏季空調(diào)是用電的主要設(shè)備。太陽能作為節(jié)能環(huán)保能源之一，將其用于空調(diào)制冷技術(shù)，能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)換為冷能量達(dá)到制冷效果，將太陽能制冷技術(shù)與我國的季節(jié)相匹配，充分利用我國太陽能資源。目前太陽能制冷技術(shù)有多種，但是應(yīng)用最廣的是基于太陽能輻射熱能轉(zhuǎn)換空調(diào)制冷技術(shù)。這種制冷技術(shù)成本低，能夠進(jìn)行大規(guī)模推廣。

1太陽能輻射技術(shù)熱能轉(zhuǎn)換空調(diào)制冷技術(shù)原理

太陽能輻射技術(shù)熱能轉(zhuǎn)換空調(diào)制冷技術(shù)原理其實(shí)就是利用太陽能實(shí)現(xiàn)供熱和制冷的過程，實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)途徑有兩種方式：第一，通過太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，然后再將熱能進(jìn)行制冷。第二種方法就是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，然后由電能進(jìn)行供熱制冷。但是這種方法都必須依靠太陽能集熱器，太陽能集熱器是太陽能輻射空調(diào)制冷技術(shù)的關(guān)鍵元件。下圖是太陽能輻射熱能轉(zhuǎn)換空調(diào)制冷工作原理圖：

從上述圖中可以看出太陽能集熱器有平板式、真空管式以及聚焦式，其中平板式集熱器集熱溫度低，聚焦式集熱器集熱溫度性能最好。按照太陽能集熱器的集熱溫度，可以將太陽能輻射熱能轉(zhuǎn)換空調(diào)技能技術(shù)分成吸收式、吸附式、除濕空氣以及噴射式制冷式。其中吸收式空調(diào)制冷技術(shù)在太陽能輻射熱能制冷技術(shù)中應(yīng)用最廣。下圖是太陽能輻射熱能制冷模式對應(yīng)的集熱器和集熱溫度圖：

從上圖中可以看出，除濕太陽能集熱技術(shù)所需的熱源溫度最低，這主要是由于除濕空調(diào)的主要目的是除濕，所以除濕空調(diào)環(huán)境為開放式的環(huán)境。所以集熱器可以選擇平板式太陽能集熱器和空氣集熱器，吸附式制冷集熱器所需的熱源在60℃-85℃，如果集熱溫度超過85℃，那么可以驅(qū)動單效吸收式制冷，如果集熱溫度達(dá)到了150℃時，則可以驅(qū)動雙效太陽能吸收制冷模式，這種運(yùn)行模式效率非常高，能夠充分發(fā)揮太陽能集熱器的制冷功能。

2當(dāng)前太陽能輻射熱能空調(diào)制冷技術(shù)存在的問題

雖然近年來，太陽能廣泛應(yīng)用在發(fā)電以及制冷領(lǐng)域，但是在實(shí)際推廣中還存在以下問題：第一，太陽能輻射技術(shù)適用建筑層數(shù)比較少。由于太陽能集熱器的采光面積比較大，所以無法在高密度的輻射到大量的建筑樓層。第二，太陽能輻射技術(shù)的應(yīng)用成本比較高。由于太陽能輻射熱能空調(diào)制冷技術(shù)使用的主要器件太陽能集熱器價格比較昂貴，所以在推廣過程中，不太容易被普通家庭接受，因此推廣起來具有一定的難度。因此，只有加快對太陽能集熱器的研究和開發(fā)，降低太陽能集熱器的使用成本，才能進(jìn)一步推廣太陽能集熱器。第三，太陽能輻射技術(shù)的熱能轉(zhuǎn)換空調(diào)制冷技術(shù)系統(tǒng)比較復(fù)雜。太陽能輻射轉(zhuǎn)換熱能空調(diào)調(diào)節(jié)的溫度在0-100℃之間，如果超過或者小于這個溫度，那么制冷系統(tǒng)就無法正常發(fā)揮出它應(yīng)有的作用。所以使用這種技術(shù)的制冷系統(tǒng)必須按照大量的輔助熱源，增加制冷規(guī)模，這一定程度上使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

3基于太陽能輻射技術(shù)人吸收式空調(diào)制冷技術(shù)

考慮到太陽能的應(yīng)用成本以及推廣，太陽能輻射技術(shù)的熱能轉(zhuǎn)換空調(diào)制冷技術(shù)在應(yīng)用過程中要與建筑有效的結(jié)合，所以可以使用太陽能輻射技術(shù)的吸收式空調(diào)制冷系統(tǒng)。

3.1空調(diào)制冷系統(tǒng)流程

按照太陽能輻射技術(shù)的吸收式空調(diào)制冷技術(shù)，所使用的集熱器為U型管太陽能集熱器，這種集熱器在高溫條件下集熱效果非常好。U型管太陽能集熱器在集熱面積為90平方米的條件下，具有3立方米的保溫水箱，而且U型管太陽能集熱器制冷機(jī)組選擇單效溴化鋰-水吸收系統(tǒng)，這種吸收系統(tǒng)的額定制冷量為8KW，冷凍水出口流量為2m3/h，冷凍水的流量溫度為10℃；冷卻水出口流量為6m3/h，流量溫度在30℃；系統(tǒng)熱水進(jìn)水溫度為90℃，流量為6.2m3/h。該系統(tǒng)與輻射吊頂末端進(jìn)行連接，對室內(nèi)熱負(fù)荷進(jìn)行有效的控制。

3.2空調(diào)制冷系統(tǒng)構(gòu)成

該吸收式空調(diào)制冷系統(tǒng)由U型管太陽能集熱器、單效溴化鋰-水吸收模式的之惡靈機(jī)組、數(shù)據(jù)采集中心、控制系統(tǒng)、輻射供冷系統(tǒng)等構(gòu)成。其中輻射吊頂?shù)氖褂妹娣e為50平方米的毛細(xì)管輻射末端，這種毛細(xì)管的外徑大小為3.35mm，厚壁為0.5mm。獨(dú)立除濕送風(fēng)系統(tǒng)使用一次回風(fēng)、兩級冷卻模式進(jìn)行獨(dú)立除濕，獨(dú)立除濕送風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行模式如下：首先空調(diào)制冷系統(tǒng)的新風(fēng)和回風(fēng)交融，然后風(fēng)機(jī)將兩種混合風(fēng)送到預(yù)冷器，太陽能制冷系統(tǒng)以提供的冷水進(jìn)行冷熱源交換，風(fēng)冷冷卻器進(jìn)行二級冷卻除濕，并將冷卻風(fēng)送到機(jī)組。根據(jù)上文中吸收式空調(diào)制冷技術(shù)的流程可以看出，室內(nèi)送風(fēng)分成兩級進(jìn)行，首先將太陽能進(jìn)行預(yù)冷，然后用電能制冷，這種制冷模式降低電能的消耗。數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)由溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、流量計(jì)以及光譜輻射傳感器等構(gòu)成，其主要目的是測量溫度、太陽能輻射強(qiáng)度以及流量。光譜輻射傳感器的敏感度比較高，能夠測量9.35um/W/㎡，溫度傳感器的測量精度是0.15℃，主要是測量風(fēng)機(jī)進(jìn)出口溫度以及房間表面溫度，流量計(jì)則測量冷卻水、預(yù)冷水、出口水的溫度，其測量精度位0.1m3/h。

3.3吸收式空調(diào)制冷系統(tǒng)制冷性能分析

基于太陽能輻射技術(shù)熱能轉(zhuǎn)換吸收式空調(diào)制冷系統(tǒng)進(jìn)行研究，選擇夏季天氣比較晴朗，制冷機(jī)器太陽能資源比較集中的時間9：30-17：50進(jìn)行運(yùn)行。發(fā)現(xiàn)太陽能輻射吸收式空調(diào)制冷系統(tǒng)集熱規(guī)律如下：

從上述圖中可以看出太陽能輻射一天的總量為17MJ/㎡，室外平均氣溫為30℃，太陽能輻射最強(qiáng)的時間段為13：30，最強(qiáng)達(dá)到了800W/㎡，一天的平均輻射量為475W/㎡。下圖為太陽能蓄水水箱溫度變化曲線：

從上述曲線變化圖可以看出，太陽能蓄熱水箱溫度最大值在14：00，最高溫度可達(dá)到87℃，與太陽能輻射強(qiáng)度最強(qiáng)值落后半個小時，系統(tǒng)運(yùn)行時間水箱集熱平均溫度為78℃。下圖為空調(diào)制冷量和制冷機(jī)組消耗熱量圖

吸收式空調(diào)運(yùn)行期間，空調(diào)制冷機(jī)組平均制冷量在4KW，最大制冷量為4.7KW，空調(diào)一開始的實(shí)際制冷系數(shù)為0.3，隨著時間的推移，到了15：30左右，空調(diào)制冷效率逐漸提高，這主要是由于太陽能輻射降低，制冷劑消耗的熱量降低，那么蓄水水溫則不斷上升。從上述結(jié)果可以看出，吸收式太陽能空調(diào)制冷效果比較好，可以大范圍進(jìn)行推廣。

4結(jié)束語

近年來，我國太陽能空調(diào)制冷技術(shù)不斷進(jìn)步，然而實(shí)際應(yīng)用和推廣過程中還存在不少技術(shù)難題。因此，要進(jìn)一步加大對太陽能制冷技術(shù)的研究。將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，然后用熱能進(jìn)行制冷，在制冷過程中與周圍的建筑有效的結(jié)合在一起，從而最大限度發(fā)揮太陽能制冷作用，降低太陽能應(yīng)用的成本，為推廣和應(yīng)用太陽能空調(diào)制冷技術(shù)打下良好的基礎(chǔ)。

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