太阳能在暖通空调中的应用

太阳能在暖通空调中的应用摘要：我国有较丰富的太阳能资源，约有2/3的国土年辐射时间超过2200h，年辐射总量超过5O00MJ/m。因此，太阳能技术越来越受到暖通空调界人士的重视。本文探讨了太阳能在暖通空调中的应用。关键词：太阳能；暖通；空调；应用中图分类号：TK511文献标识码：A文章编号：随着我国建筑业的持续发展，对建筑节能的要求也越来越高，其中采暖系统和空调系统是建筑能耗的主要部分，因此，控制这两部分的能耗已成为国内关注的焦点。太阳能是清洁、廉价的可再生能源，取之不尽用之不竭。每年到达地球表面的太阳能辐射能约为目前全世界所消耗的各种能量的1万倍。我国有较丰富的太阳能资源，约有2/3的国土年辐射时间超过2200h，年辐射总量超过5O00MJ/m。因此，太阳能技术越来越受到暖通空调界人士的重视。一、太阳能采暖1、主动式太阳能采暖主动式太阳能采暖用电作为辅助能源，驱动被太阳能加热的水在管道中循环流动，向房间供热。这种采暖系统通常包括太阳能集热器、风机、水泵、散热器和储热器等。随着太阳能集热器产品的研制开发，具有工作温度高、承压能力大、耐冷热冲击、抗冰雹等独特优点的热管式真空管太阳能集热器使主动式太阳能采暖系统的应用成为可能。在某些高纬度地区为解决冻结问题，还采用了双回路强制循环系统。在储热水箱中设计与太阳能集热器连接的换热器，由集热器、换热器及循环水泵组成第一回路，在该回路中灌注防冻液。由热水箱、散热器及相应水管路组成第二回路，被加热的水在水箱内通过换热器盘管进行间接加热。第一回路的大部分管路暴露于室外，第二回路置于室内。为了弥补太阳能供给功率与供热负荷需求在时间上的不一致性，燃油锅炉和电加热器等辅助热源应用在不同的系统中。利用显热、潜热和化学反应等各种方式的储热技术也在不断地应用和研制开发。此外，地板辐射采暖在欧洲国家有着广泛的应用。地板辐射采暖的供水温度50、回水温度40，地板表面温度24，具有节省房间有效面积、便于房间装修、使人感到舒适等特点。由于所需的供水温度与太阳能集热器出口水温接近，因此太阳能地板辐射采暖是节能采暖发展的方向。2、被动式太阳能采暖另一种是目前正在大力发展的被动式太阳能采暖。它通过建筑朝向和周围环境的合理布局，对建筑内部空间和外部形体的巧妙处理，以及对建筑材料和结构的恰当选择，使建筑物在冬季能采集、贮存和分配太阳能，从而解决采暖问题，在夏季又能遮蔽太阳辐射，散逸室内热量，从而进行降温，达到冬暖夏凉的效果1。被动式太阳能采暖的一个典型应用就是被动式太阳房。它是在墙体的外面装一个玻璃墙面，让太阳光通过玻璃透射到重质墙体涂黑的吸热表面上，使墙表面温度升高，墙体同时进行蓄热。在冬季室内需要供热时，玻璃和墙体之间的热空气通过自然对流送入房间，而室内冷空气经墙下通风口进入玻璃和墙体间的夹层被加热，形成自然循环；当太阳停止照射后，则可利用重质墙体所存储的热量，继续加热空气，从而最大限度地利用太阳能。但是，自由运行的被动式太阳房的室温常常不能维持在所要求的采暖温度。因为从傍晚到夜间，白天存储的太阳辐射热量慢慢地向室内释放，傍晚时释放的热量较多；到了深夜，释放的能量就越来越少。因此，从子夜到黎明时分，室温会逐渐下降，而室温的波动，将给人以不舒适感。因此，现代的被动式太阳房均备有辅助能源，如小锅炉或电热器等，供夜间和阴雨天使用。这在一定程度上增加了初投资，但用于被动式太阳房的辅助能源的消耗量比用常规采暖的能源消耗量要少得多，可节省大量的运行费用。二、太阳能空调制冷太阳能制冷系统从原理上看主要包括两种,一种是以热能为驱动能源,如吸收式、吸附式、喷射式制冷等;另一种是以电能为驱动能源,先把太阳能转化成电能,然后再利用电能来制冷,如光电式制冷、热电制冷等。目前,研究和应用较多的光热制冷方式是吸收式、吸附式、喷射式。1、太阳能吸收式制冷吸收式制冷最有代表性的就是溴化锂吸收式制冷，它利用沸点较低的水作为制冷剂，沸点较高的溴化锂作为吸收剂，太阳能作为吸收式制冷中加热溶液产生高压蒸汽的热源4。在溴化锂吸收式制冷循环中，从太阳能集热器出来的热水，在发生器中加热溴化锂溶液；溶液被加热后，沸点较低的水被蒸发，蒸发后的水蒸气进入冷凝器冷凝成水，冷凝水经膨胀阀降压后进入蒸发器，在蒸发器中低温低压的水吸收冷水的热量蒸发，从而达到降低冷水温度的目的。此时，由于发生器中溴化锂溶液中的水分不断析出而使溶液浓度升高，后经调节阀降压后流入吸收器，吸收来自蒸发器中的水蒸气，使溶液浓度降低，并再次送入发生器循环使用。2、太阳能吸附式制冷太阳能吸附式制冷系统主要是将太阳能用于吸附材料的再生活化，该系统主要包括太阳能集热板、吸附发生器、冷凝器和蒸发器。它利用太阳能加热吸附发生器，使被吸附的气态制冷剂不断地受热解析出来，在冷凝器中冷凝成液体，再流入蒸发器。液态制冷剂在蒸发器中不断蒸发而实现制冷，而蒸发的气态制冷剂在吸附发生器中又被吸附剂吸附，吸附饱和后再次被太阳能加热而解吸，完成循环使用。3、太阳能喷射式制冷太阳能喷射式制冷主要是利用太阳能集热器加热制冷剂产生一定压力的蒸汽，然后制冷剂蒸汽通过喷嘴喷射进行制冷。在冬、夏季太阳能制冷系统都可以充分利用太阳能，设备利用率高，并且其制冷系统设计简单，控制方便，机组的噪声和振动比较小。但是，为了保证系统的可靠运行，往往需另设辅助锅炉，导致其初投资比较大，特别是太阳能吸收式制冷，制冷机的构造复杂，国内尚无小型吸收式制冷机商业生产厂家。三、太阳能与热泵节能干燥技术太阳能干燥室一般可分为温室型和集热器型两大类，实际应用中还有两者结合的半温室型或整体式太阳能干燥室。1、温室型太阳能干燥室温室型太阳能干燥室是一种具有排湿口的温室。这种干燥室的东、西、南墙及倾斜屋顶均采用玻璃或塑料薄膜等透光材料，太阳能透过玻璃进入干燥室后，辐射能转换为热能，其转换效率取决于木材表面及墙体材料的吸收特性。一般将墙体(或吸热板)表面涂上黑色涂料以提高对太阳能的吸收率。温室型干燥室一般为自然通风，如有条件也可以装风机实行强制通风，以加快木材的干燥速度。温室型干燥室的优点是：造价低；建造容易；操作简单；干燥成本低。它的缺点是：保温性能不好，昼夜温差大；干燥室容量少。2、集热器型太阳能干燥室这类干燥室是利用太阳能空气集热器把空气加热到预定温度后，通入干燥室进行干燥作业的。从操作系统来看，此类型太阳能干燥室可以比较好地与常规能源干燥装置相结合，用太阳能全部或部分地代替常规能源。且集热器布置灵活，干燥室容量较大。但集热器型比温室型投资大，干燥成本高一些。集热器型干燥室都采取了强制通风，除集热器系统有风机外，干燥室内设有循环风机。为克服太阳能间歇性供热的弱点，常需要与其他能源和供热装置联合。如太阳能一炉气，太阳能一蒸汽、太阳能一热泵除湿机等各种联合干燥。太阳能一热泵除湿机联合干燥是一种没有污染的比较理想的联合干燥方式。太阳能供热系统由太阳能集热器、风机、管路以及风阀组成。热泵除湿干燥机与普通热泵工作原理相同，具有蒸发器、压缩机、冷凝器与膨胀阀四大部件。但它具有除湿和热泵两个蒸发器，除湿蒸发器中的制冷工质吸收从干燥室排出的湿空气的热量，使空气中水蒸气冷凝为水而排出，达到使干燥室降低湿度的目的。热泵蒸发器内的制冷工质从大气环境或太阳能系统供应的热风吸热，制冷工质携热量经压缩机至冷凝器处放出热量，同时加热来自干燥室的空气，使干燥室升温。木材干燥过程中，干燥室的供热与排湿由太阳能供热系统和热泵除湿机两者配合承担。二者既可以单独使用也可联合运行。如果天气晴朗气温高，可单独开启太阳能供热系统；阴雨天或夜间则启动热泵除湿机来承担木材干燥的供热与除湿。在多云或气温较低的晴天，可同时开启太阳能供热系统和干燥机，但从太阳能集热器出来的热空气不直接送入干燥室，而是经风管送向热泵蒸发器。此时由于送风温度高于大气环境温度，故可明显提高热泵的工作效率。综上所述，随着人们对建筑节能、健康建筑和环境的可持续发展的不断关注，太阳能作为清洁无污染的能源，将其热利用技术与建筑节能设备合理整合，必将对节能和环保做出巨大贡献。参考文献：1芦潮.太阳能采暖-热水联合系统在北京平谷区挂甲峪村的成功应用J.中国建设动态.阳光能源.2006(04)2周恩泽,董华,贾颖,范波.太