太阳能吸附式制冷空调技术的现状与应用分析

1、太阳能吸附式制冷空调技术的现状与应用分析山东建筑大学 孟繁晋 戎卫国济南市市政工程设计研究院 刘薇【摘要】 本文介绍了太阳能吸附式制冷空调技术的研究现状，并且通过与其它制冷空调技术进行比较，对其应用前景进行了分析。【关键词】 太阳能吸附式制冷空调 研究现状 分析与比较1 引言随着经济的发展，能源和环境问题已经成为人类普遍关注的问题。对于制冷空调系统的应用主要存在以下问题：一方面，空调能耗占建筑总能耗的比例相当大，随着人们生活水平的提高，空调能耗将会持续增长；另一方面，传统制冷空调中的工质cfcs及其替代产品r134a等与臭氧层的破坏、温室效应、全球变暖等环境问题都有关系。这就迫使需要制冷界寻求

2、一种新的制冷方式及工质，以适应可持续发展的需要。太阳能吸附式制冷技术正是解决上述问题的一种有效途径。另外，近年来基于安装简便、使用灵活、运行节能等方面的考虑，多联变频空调系统的应用也越来越多。在公共建筑、民用建筑，如学校、幼儿园、托儿所、办公楼、商店、旅馆等场都有所应用。由于太阳能吸附式制冷空调和多联变频空调系统都具有制冷量相对较小，适用场合基本相同等特点，所以本文针对这两种系统进行了分析比较。2 太阳能吸附式制冷空调的工作原理目前，市场上太阳能吸附式制冷机组多采用硅胶-水为工质对的制冷剂。这种制冷方式，能利用太阳能集热器提供的7590的热水为驱动热源，以硅胶为吸附剂，以水为制冷剂，利用硅胶在

3、加热时易解析，冷却时易吸收的特点，通过冷剂蒸汽在吸附床内不断地交替冷却吸附和加热解析，冷却器不断的冷却，蒸发器不断的蒸发来源源不断的制取空调用的冷冻水。连续工作的双效吸附器回热回质型制冷循环可由clapeyron图表示。如上图所示，这种硅胶-水为工质对的吸附空调系统采用双床、双蒸发器、双冷凝器结构，分别组成两个吸附/解吸工作真空腔，每一个吸附/解吸真空腔中都有一个冷凝器、一个吸附床和一个蒸发器（水蒸发器）。为了提高系统运行的经济性和对低温热源（如65左右热源）的适应性，在两个吸附/解吸腔的外测装设一个回质用真空阀门。图中eg2及ea2段对应吸附器1加热解吸、吸附器2冷却吸附过程，g2g3及a2

4、a3段对应从吸附器1到吸附器2的回质过程。当吸附器1解吸/吸附器2吸附过程临近结束时，回质真空阀打开，吸附器1内的制冷剂蒸气就会在较大的压差作用下迅速进入吸附器2，实现二次解吸和吸附，以提高系统制冷性能。当吸附器内的压力接近平衡时，关闭回质真空阀，打开相应阀门进行两个吸附器之间的回热。吸附器1内的热水进入吸附器2中，将其管路中的冷水排出并对其进行预热，以提高太阳能热水的利用率。此过程对应图中g3a1a1e及a3g1g1e段。吸附器1 吸附/吸附器2解吸的过程与上述过程相似。通过两个吸附器的交替吸附和解吸，可实现连续制冷。3 太阳能吸附式制冷空调的技术现状 在太阳能利用领域中，太阳能供热水及采暖

5、技术较为成熟。但是，太阳能供热水及采暖的应用与人类对热量的需求规律并不完全一致。在太阳辐射强度大，环境温度较高的季节，人们对热水及采暖的要求很少，而对空调降温的要求则很大。而吸附式制冷空调就是一种比较理想的利用太阳能达到空调降温的技术。 吸附式制冷的研究是20世纪30年代瑞典人faraday发现氯化银吸附氨能够制冷的现象后开始的。1923年法国工程师husle用二氧化硅吸附二氧化硫制成了第一台吸附式制冷设备。欧洲一些发达国家，从20世纪70年代开始对太阳能吸附式空调进行了较深入的研究。由法国、德国、奥地利、希腊、意大利、葡萄牙及西班牙7个欧洲国家发起的“climasol计划”在上世纪末推出了太

6、阳能空调的示范工程。在我国，上海交通大学、浙江大学、中国科学院广州能源所等科研单位都致力于太阳能空调技术的研究。上海生态建筑示范楼利用吸附式空调技术实现了冬季地板采暖，夏季空调，过渡季节强化自然通风，四季供应热水等功能。利用太阳能吸附式空调系统进行低温保粮的技术也实验成功。而且，我国某些企业已经开始生产吸附式空调机组。吸附式制冷空调技术正在逐渐走向成熟。3 太阳能吸附式制冷空调技术与其它技术的比较和分析为了对太阳能吸附式制冷空调和多联变频空调系统进行分析和比较，针对两种制冷方式的实际的空调机组进行了分析。两种空调系统的技术参数分别列于表1和表2。表1 某太阳能吸附式制冷空调技术参数制冷量（kw

7、）真空泵功率（kw）制冷剂泵功率（kw）冷却水泵功率（kw）冷媒水流量（m3/h）太阳能集热器面积（m2）机组重量（t）1060.40.45.51816011表2 某多联变频空调机组技术参数制冷量（kw）压缩机功率（kw）冷媒注入量（kg）机组重量（t）106.67.2+7.52+5.7400.92太阳能吸附式制冷空调主要为真空泵、制冷剂泵及冷却水泵的电耗，多联变频空调机组主要为压缩机的电耗。由以上技术参数可以看出，两种空调机组在制冷量基本相同，满负荷运行的情况下，太阳能吸附式制冷空调的耗电量为6.3kw，多联变频空调机组的耗电量为27.9kw。由于空调系统在全年满负荷运行的天数较少，多数在满

8、负荷的5075左右运行，所以多联变频空调机组实际耗电量要比满负荷时的耗电量要小。太阳能吸附式制冷空调同多联变频空调机组相比制冷量相对较小。受机器本身传热传质特性以及工质对对制冷性能的影响，增加制冷量时，势必增加吸附剂并使换热设备的质量大幅度增加，所以将增加初投资，制冷机组也会显得庞大而笨重。由于太阳辐射能的不稳定性及间歇性，在一定程度上影响系统运行的稳定性。为实现系统的连续运行,太阳能吸附式空调系统往往设置辅助热源(燃气、燃油锅炉等)。此外,由于地面太阳辐射能密度较低,使得太阳能吸附式空调系统需采用较大的集热面积。因而，在相同容量下，太阳能吸附式空调系统的初投资远高于多联变频空调机组。4 太阳

9、能吸附式制冷空调应用分析采用硅胶-水为工作对象的太阳能吸附式空调系统所需的热源温度较低，可直接由平板或其他形式的吸附集热器吸收的太阳辐射能驱动，节约常规能源，运行费用低。系统的制冷功率、太阳辐射及空调制冷用能在季节上的分布规律高度匹配，即太阳辐射越强，天气越热，需要的制冷负荷越大时，系统的制冷功率也相应越大。多联变频空调机组在机组启动时压缩机的功率可以逐级加载，便于独立控制，多联机技术可以实现各室内机的集中管理，采用网络控制、系统管理，这使得控制更加灵活。多联机技术应用时间比较早，发展时间比较长，技术相对已经成熟。在常规空调中还是一种比较节能的空调方式，目前有着较大的运用空间。太阳能吸附式制冷

10、空调系统，是一项新的技术，与多联变频空调系统相比，目前太阳能吸附式制冷空调系统的性能、运行稳定性尚相距甚远，而且设备造价高，需要一定的空间安装集热设备，但它具有节能、环保、良好的季节适应性、运行费用低，符合可持续发展战略的要求。随着太阳能集热技术的发展、吸附式制冷技术的日趋成熟及常规能源价格的提高，太阳能吸附式空调系统的系统性能及运行经济性也必将逐步提高。因此，在太阳能资源丰富的地区，太阳能吸附式空调系统可望逐步得到推广及应用。参考文献1 王如竹,代彦军.太阳能制冷m.北京:化学工业出版社,20072 薛德千.太阳能制冷技术m. 北京:化学工业出版社,20063 周祖毅. 双变或全变式多联机空调系统j.暖通空调,2005,94 刘益才,秦岚.商用空调多联机系统关键技术发展研究j.建筑热能通风空调,2004,85 邱信立,廉乐明,李力能.工程热力学m.北京:中国建筑工业出版社,1992,106 刘涛. 太阳能固体吸