100KW太阳能空调热水系统

100KW太阳能制冷空调系统摘要：随着各国对太阳能利用的研究蓬勃发展，太阳能空调技术也随之出现。太阳能空调技术具有不需电能、节约能源、没有污染、工作寿命长等优点。100kW太阳能制冷空调系统采500m2高效平板太阳集热器和100kW两级吸收式制冷机。本文介绍了系统的一些技术参数及运行情况，分析了太阳能空调系统的经济性和应用前景，以及对节能和环境保护的意义。关键字：太阳能，空调，吸收式制冷机前言太阳能是人类取之不尽、用之不竭、随处可得的廉价、无污染且安全的能源。每年到达地 球表面的太阳辐射能约为目前世界能耗总和的2万倍。在国内，也有许多科技工作者在这一领域进行了大量研究，其中包括上海交大制冷与低温工程研究所以及中科院广州能源研究所等。在太阳能空调的技术特点基础上，提出了太阳能空调技术的优势，并认为，实现太阳能空调有两条途径：1）太阳能光电转换，利用电力制冷；2）太阳能光热转换，以热能制冷。前一种方法成本高，以目前太阳电池的价格来算，在相同的制冷功率情况下，造价约为后者的4至5倍。国际上太阳能空调的应用主要是后一种方法。目前，太阳热水器在国内已经形成一个很大的市场，说明其经济性已为人们所接受。一般来说，太阳热水器与电热水器相比，大约12年便可回收投资，与燃油热水相比，回收期约为45年。太阳能空调系统如果建立在供热的基础上，就会有较好的经济效益。江门太阳能空调热水系统证明了这一点。用户需要大量的生活热水，曾分别论证过用电和燃油供热的方案，都因为费用太高而放弃，最后接受了太阳能热水的方案，同时也接受了太阳能空调的方案。运行表明，仅制冷部分每年可节电6万kWh，以广东的电价计算约为6万多元，4年便可回收制冷部分的投资。现在，科技进步和经济发展对能源与环境提出了更高的要求，在政府和社会的大力支持下，太阳能空调技术一定有广阔的应用前景。第一章 系统结构与工作原理1.1系统结构以热能制冷也有多种方式，其中以吸收式制冷最为普遍。国际上一般都采用溴化锂吸收式制冷机，目前的热水型（单级）吸收式制冷机，要求的热源温度在8890以上，这对太阳集热器的要求比较高。在高温下运行太阳能的利用率很低，一天当中只有太阳辐射很强的时候才能达到温度要求，同时太阳集热器的热效率也会降低。因此，虽然在较高的热源温度下运行，制冷机的COP会高一些，但系统总的热效率并不高。由于现有制冷机的限制，国外太阳能空调系统普遍采用高温运行方式。有的甚至在120130下运行，需要采用聚光式太阳集热器。总之是以特别设计的太阳集热器去适应和配合制冷机，与市场上普遍使用的太阳热水器不能很好地“接轨”。造价高以及太阳集热器的非一般性影响了太阳能空调的推广应用。在国内，中国科学院广州能源研究所与香港理工大学合作，于1987年在广东深圳建成了国内第一座太阳能空调系统。其系统制冷能力为14kW，采用日本出产的单级溴化锂吸收式制冷机，热源温度要求88以上。为了配合这种制冷机，专门研制了三种高性能太阳能中温集热器：真空管集热器、热管式真空管集热器和V型膜平板集热器。为了使太阳能空调技术能够广泛地推广应用，必须与太阳能热水的应用相结合，与太阳热水器的市场接轨，才会有更好的经济效益。为此中国科学院广州能源研究所研制成功一种热水型两级溴化锂吸收式制冷机，驱动热源温度适应范围为6085。只要在现有的太阳热水系统基础上，配备这样一台制冷机，就能实现制冷空调，组成太阳能空调热水系统。1.2工作原理太阳能空调热水系统如图1-1所示。以平板集热器收集太阳能产生热水，分别储存在制冷及生活热水水箱中。运行中优先把太阳能输入制冷用热水箱，其温度比生活热水要高。采用一台100kW的两级吸收式制冷机，以太阳能热水作为能源输入制冷机制冷。采取中央空调供冷方式，制取的9左右的冷冻水送到用户的风机盘管，然后返回冷冻水箱。当天气不好、水温不足时，用一台燃油热水炉辅助加热，保证系统能全天候运行。生活热水则直接输送到用户。系统全自动采集数据和控制运行。图1-1 太阳能空调热水系统示意图第二章 技术参数与应用 2.1主要技术特点2.1.1太阳集热器为了保证平板集热器能满足制冷空调的要求，又不失其简单价廉的特点，通过研究、试验，采取了一些简易而有效的技术改进措施。其中最主要的是增加一块能耐较高温度的透明隔热板，通过抑制空气自然对流减少表面的热损失。试验及目前使用的结果证明，这种集热器的热性能确实很好。它保证了在太阳辐射强的时候，能持续提供制冷机制冷用热水；在太阳辐射较弱时，也可以产生足够的生活用热水。集热器系统数据集热器高效平板式集热器集热面积500m2日供生活热水30m3热水温度5560（供生活用热水） 6575（供制冷机热源热水）2.1.2制冷机制冷机采用一种两级吸收式溴化锂制冷机。该制冷机的一个重要特点是驱动热源温度低，只需要6575，适应温度范围广，在60的情况下，仍能以较高的制冷能力稳定地运行；另一个特点是热水的利用温差大，达1217。市场上普通的单级吸收式溴化锂制冷机热源温度一般要求88以上，热水利用温差只有68。制冷系统数据制冷机两级吸收式溴化锂制冷机制冷能力100kW热源温度75冷冻水温度9供空调用户面积600m2辅助燃油系统：燃油热水炉自动控制系统：可编程控制器及工业控制微机2.1.3自控系统自动控制系统采用先进的可编程控制器（PLC）及工业控制微机。2.2应用对象太阳能空调系统一定要兼顾供热和空调两方面的应用，例如综合办公楼、招待所、学校、医院、游泳馆等，都是比较理想的应用对象。这些用户冬季（或全年）需要供热，如生活用热水、供暖、游泳池水补热调温等，而夏季一般都需要空调。100kW太阳能空调热水系统选定在广东江门市一座新建的24层综合大楼上实施。该大楼是一座多功能的综合性商用、办公大楼，有写字楼、营业厅、招待所、运动娱乐场所、培训中心等。利用太阳能全年提供大楼每天所需的大量的生活用热水，除此之外，还在夏天以太阳能热水制冷，供其中一层空调。第三章运行与维护 太阳能空调热水系统于1998年6月正式投入使用。系统初步运行调试结果令人满意。3.1太阳集热系统效率高在2、3月份太阳辐射很弱的阴天，也可以满足生活热水的要求（高于45），很少需要燃油炉辅助加热。4月份开始供空调，在太阳辐射并不特别强的天气下，也很容易满足制冷机热源水温要求。3.2制冷机初步调试结果各项指标均超过设计要求：制冷能力可达112kW（设计为100kW），冷媒水可低至6（设计工况为9），热源水温在6065仍能很稳定地制冷（设计为75），COP初步测算可大于0.4。4月9日正式向办公楼试供冷。供冷运行结果表明，可以满足一层（面积超过600m2）的办公和会议室空调需要。表1列出的是几个有代表性的运行工况数据。从表1数据可见，制冷机的驱动热源温度低，设计热源温度为75，实际运行在6575范围内都能达到设计要求；热源温度低至60左右时，仍有较高的制冷能力；热源热水利用温差大，可高达15；制冷能力可超过设计指标；冷冻水温度可低至67，性能系数（COP）较高。表1制冷机运行数据日期时间热水冷媒水冷却水COP测算值进口温度()出口温度()进口温度()出口温度()制冷量（kw）进口温度()出口温度()4.2913:006251.911.16.881.828.232.90.4535.0412:0069.155.715.510.1102.828.635.70.4345. 0415:3068.65613.58.791.330.135.80.415. 0513:0069.156.9127.586.629.635.10.3975. 0610:0062.652.214.410.181.829.133.90.445. 0711:3070.856.815.19.5106.529.235.70.4265. 0811:0066.454.117.312100.829.935.50.4585. 0815:3073.659.714.58.8108.430.636.90.436该大楼中央空调的冷水机组投入使用以后，太阳能空调系统节能效果突出。大楼的某些部门，如计算机室、控制室、档案室等，需要昼夜不停地空调，一些办公室和会议室，在假日和晚上加班，也需要空调。这些局部的需要功率都不大，如果开动中央空调的冷水机组，每小时耗电的费用就要过千元。利用太阳能空调系统正好能解决问题。白天开动太阳能制冷机组，把7左右的冷冻水储存起来，需要的时候，直接以冷冻水供空调，其效果相当于节省了中央空调的耗能。由此可见，虽然目前太阳能空调还不能取代常规的空调系统，但其节能、省电的优势显示了它的存在价值，而且也能够解决实际问题。结语江门100kW太阳能空调系统是我国首座大型实用性的太阳能空调系统，它的建成标志着我国太阳能热利用技术上了一个新的台阶。系统有以下特点：太阳能空调系统成功地全部采用高效平板集热器，使常用的太阳热水系统能够与太阳能空调系统“接轨”，同时也开拓了太阳能热水器更广阔的市场。100kW两级