浅谈太阳能直驱式中央空调

1、浅谈太阳能直驱式中央空调摘要：运用太阳能技术是当今国内外资源控制领域研究的一个热点，高层次的利用太阳能技术正成为当前 环境问题的解决方案之一。太阳能中央空调理念的产生符合节能、环保的社会要求。本文结合国内外的太 阳能中央空调的研究，论述了太阳能空调的机理、影响因素及关于当前问题的解决办法。关键词：太阳能、中央空调、节能、环保、吸收式制冷引言：伴随着工业化和现代化的进程，环境正面临着最为严重的破环，节能、减排成为了当务 之急。同时，曲于一百多年来氟利昂空调的使用，臭氧层也不断受之威胁，而且根据联合国在 1987年通过的蒙特利尔议定书规定，从2010年起不再生产和消费用作制冷剂的氟利昂， 这种对臭

2、氧破坏性很大的化学物质将成为历史。因此寻找新的制冷剂或者制冷方法止迫在眉 睫。太阳能中央空调理念的引入，成为了解决这些问题的最佳方法。太阳能空调，就是利用太 阳能作能源，澳化锂制冷机用水做冷媒的空调设备。整机没有任何氟利昂类化学产品，而且运 行时也不需要电能驱动压缩机，达到了完全无污染和近乎零运行费用。太阳能空调的应用正好 与季节相吻合。夏季温度最高，空调负荷最大，需要的制冷量也最大，而此时阳光辐射最强， 太阳能输岀的能量也最大，太阳能空调提供的冷量也最大。我国太阳能资源丰富，而且阳光辐 射较强的时间也相当长，南方每年大约有6-8个月，北方也有4-6个月，所以太阳能作能源运 行空调是大有可为的

3、。然而太阳能空调较高的产品投入，较低的利用率都成为了发展太阳能空调的绊脚石。但 在节能、减排迫切的要求下，在太阳能空调优越的产品理念下，通过整合太阳能技术、蓄能技 术，不断优化产品性能，降低产品价格，增加产品的竞争力。太阳能小央空调必将以其独特的 产业优势造福千家万户。1.基本工作原理：太阳能直驱式屮央空调系统主要由太阳能集热器、蓄能器和渙化锂吸收式制冷机三部分构 成。2.漠化锂吸收式制冷机工作原理滉化锂吸收式制冷机是利用滉化锂的水溶液作为工质來进行的。其中低沸点的水为制冷 剂，高沸点的混化锂为吸收剂。主机主要冇冷凝器、蒸发器、发生器、吸收器以及电控部分组成。在制冷机运行过程中，当浪化锂水溶液

4、在发生器内受到导热油加热后，溶液中的水不断汽 化；水蒸气进入冷凝器，被冷却水降温后凝结；随着水的不断汽化，发生器内的溶液浓度不断 升高，进入吸收器；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过 程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；在此过程中，低温水蒸气进 入吸收器，被吸收器内的浓渙化锂溶液吸收，溶液浓度逐步降低，由溶液泵送冋发牛器，完成 整个循环。冷刼介质进婆刼介质出冷媒介质进待媒介质出2.1稀溶液与浓溶液循环原理吸收器屮吸收了低压水蒸气的溪化锂溶液浓度变小，温度也较低，被溶液泵送往使之沸腾 并产生制冷剂蒸汽，因发生器中的压力较高，所以制冷剂蒸汽的压力

5、也较高，也就是说通过泵 的升压和工作蒸汽的加热，使低压蒸汽的压力升高。溶液沸腾产生出制冷剂蒸汽后，浓度和温度都有所升高，又具有了吸收水蒸汽的能力，因 发生器的压力比吸收器中的压力要高得多，故在送往吸收器中让其吸收水蒸汽时必须通过节流 阀降压。在吸收器中，溶液被喷淋在内通冷却水的传热管管束上，因溶液在吸收水蒸气时要放出大 量的吸收热，故需犬量的冷却水进行冷却，实验和理论都表明，溶液的浓度越高，温度越低， 吸收水蒸气的能力就越强，所以，在实际中，要努力提高其浓度，降低其温度，但要注意避免 因浓度过高，温度过低而结晶。另外，一方而稀溶液温度较低，送往发生器后需消耗能量对其加热；而另一方而，弄溶液 的

6、温度较高，在吸收器屮需冷却才能冇较强的吸收水蒸气的能力，所以，如能使浓溶液和稀溶 液进行热较好，无疑可提高机组的性能系数。因此，在实际的漠化锂吸收式制冷机中，一般都设有溶液交换器。在溶液热交换器中，稀 溶液在管内流动，而浓溶液在管外(壳程)流动，从而达到热加换的目的。2. 2单效漠化锂吸收式制冷机的结构布置标准的单效澳化锂吸收式制冷机，一般是以0. impa的低压蒸汽或75°c以上的热水作为驱 动热源的。它的优点是体积小、结构紧凑、操作简单、使用热源的品位较低、造价便宜，但其 性能系数较低，一般只有0. 7左右。由于它是浪化锂吸收式制冷机的基础，其他机组都是在此 基础之上发展起来的，

7、因此，本章着重讨论单效混化锂吸收式制冷机的结构。单效澳化锂吸收式制冷机主要ft以下部分组成：(1) 发生器其作用是使从吸收器來的稀溶液沸腾浓缩，产生冷剂蒸汽和浓溶液；(2) 冷凝器其作用是使发生器产生的冷剂蒸汽冷凝成冷剂水并送往蒸发器；(3) 蒸发器 其作用是使冷剂水蒸发吸热，供出低温冷媒水；(4) 吸收器其作用是使发生器来的浓溶液吸收蒸发器来的冷剂蒸汽产生稀溶液；(5) 溶液热交换器其作用是使从吸收器来的低温稀溶液和从发生器來的高温浓溶液z间 进行热量交换，从而减轻发生器和吸收器的热负荷，提高机组的性能系数。(6) 其他装置主要有使溶液和冷剂水循环的溶液泵和冷剂水泵，抽岀机内不凝气体并产生

8、高度真空的抽气装置以及冷量调节系统等。从漠化锂吸收式制冷机的原理可知，发生器和冷凝器的压力较高，而吸收器和蒸发器的压 力较低，因此，通常把发生器和冷凝器布置在一个空间内，而把吸收器和蒸发器布置在另一个 空间内。又由于浪化锂吸收式制冷机工作时处于高真空状态卜，因此都把它的外壳设计成i员i筒形结 构。把高压部分布置在上方，低压部分布置在下方，屮间用溶液槽隔开。2. 3单效漠化锂吸收式制冷机的性能一般而言，渙化锂吸收式制冷机的性能比较稳定，其性能系数(cop)的高低取决于设计水 平、机组型式、运转情况，工作蒸汽压力、冷却水温度和流量、污垢情况、机组内的真空水平 等许多因素。澳化锂吸收式制冷机在实际运

9、行中，常常由于热源加热蒸汽压力(或水温)的波动、季节 气候变化和用户负荷的改变，使制冷机不能在设计工况下工作，例如引起制冷机工作蒸汽与冷 却水的消耗量、制冷机的性能系数等产生一系列的变化。另外，在用户冷负荷发生变化时，制 冷机的制冷量也应随时作相应的改变。由于单效混化锂吸收式制冷机的性能较差，其性能系数(cop)较小，一般只有07左右。 影响其性能的主要有以下一些因素：2. 4.1不凝性气体对制冷机性能的影响真空是混化锂吸收式制冷机的第一生命，浪化锂吸收式制冷机是在高真空状态下工作的 制冷设备，有些机组的制冷性能不稳定或达不到设计能力的一个主要原因，就是机组真空问题 没有解决好。对于溟化锂吸收

10、式制冷机来讲，真空度的高低实质上是机组内不凝性气体被抽除 多少的反映。机组系统内不凝性气体的来源大致如下：机组启动时，机组内空气未完全抽尽；空气通过 管路连接处、焊缝、阀门等处泄漏到机组内；在机组内，由于溟化锂溶液对金属材料的腐蚀而 产生的氢气。机组内存在不凝性气体，主要影响吸收过程，使传热、传质减弱。外部漏入制冷 机的空气与制冷机内因金属表面腐蚀所释放的氢气等均属不凝性气体。这些气体都不能凝结， 也不会被漠化锂溶液吸收。当它们附着于冷凝器的传热管表面时，增加了传热热阻，提高了冷 凝压力，使发生器压力随之增大，减小了发生器的产汽量，使制冷机的制冷量下降。不凝性气 体存在于吸收器小时，减少了吸收

11、过程中水蒸气被吸收的质推动力，使传质系数减小，传质过 程恶化，制冷量明显下降。不凝性气休积聚越多，制冷量下降越厉害，有时甚至会达到不能制 冷的地步。2. 4. 2溶液循环量对制冷机性能的影响溶液循坏量的多少对机组的经济运转非常重要。对于额定的加热蒸汽压力、冷却水温度和 冷媒水出口温度，澳化锂吸收式制冷机右与之对应的溶液循环倍率，从上式可看出，在此循环 倍率下，进发生器的稀溶液量与制冷量成正比。若调整不当，会出现以下两种情况。(一)稀溶液量过人若进入发生器的稀溶液量过人，则发生器里加热蒸汽的热量人部分用來提 高稀溶液的温度，产汽量降低，从而使发生器中溶液的平衡浓度下降，同时使通向吸收器的浓 溶液

12、流量增大，加大了吸收器的放热量，提高了喷淋溶液的温度，降低了喷淋溶液的浓度，使 喷淋溶液的吸收效果恶化，吸收能力下降。产汽量降低使制冷量下降，浓溶液浓度降低使性能 系数下降。（二）稀溶液量过小若进入发生器的稀溶液量过小，其结果与上述情况相反。但浓溶液出口浓 度的增加，将会产生浓溶液结晶的危险。一旦发生结晶，吸收器吸收效果将恶化，蒸发器不可 能发挥其制冷效果，使制冷机处在局部负荷下运行，这是很不利的。因此，溶液循环量的调节 是否合适，对溟化锂吸收式制冷机的经济运行是十分重要的。另外，吸收器喷淋量加大可以 适当地改善吸收器的吸收效果，但却增加了吸收器泵的电耗。反之，若吸收器喷淋量太小，则 会影响吸

13、收效果。所以必须调整喷淋量到一个合适的值。蒸发器喷淋量的影响结果与吸收器喷 淋量的影响结果相类似。渙化锂吸收式制冷机因发生器容汽空间的垂直高度太小，冷剂蒸汽的流速太高或描液板结 构不良，或者曲于加热蒸汽压力突然升高，稀溶液浓度较低，溶液的ph值太大，冷却水温 度太低等原因而造成发生器中溶液强烈沸腾，使发生器中的浣化锂液滴被冷剂蒸汽带入冷凝 器；吸收器澳化锂液滴也有可能溅入蒸发器，造成冷剂水污染。叮以从蒸发器液囊视镜观察冷 剂水的颜色，发现冷剂水带黄色时，有污染z疑。这时可通过冷剂水取样阀取样，测定冷剂水 的密度，若测得的密度不大于1. 04kg/l时，一般不作处理；当大于1. 04kg/l时，

14、可通过冷剂 水旁通阀使冷剂水再生，直至冷剂水的密度达到合格。冷剂水被污染后，随着机组运行时间的增长，冷剂水屮視化锂的含量会越来越多，试验表 明，当冷剂水的密度大于11时，制冷量将明显下降。这是因为冷剂水含混化锂后会呈现稀溶 液状态。根据拉乌尔定律可知：同一温度下漠化锂水溶液的饱和蒸汽压力总是低于纯水的蒸汽 压力，由于溶液周围冷剂蒸汽压力的下降，使吸收器中传质推动力减小，吸收过程减弱，造成 冷媒水出口温度上升，制冷机的制冷量下降。2. 4. 3表面活性剂对制冷机性能的影响为了提高浪化锂吸收式制冷机中传热，传质效杲，提高制冷机的性能，目而广泛地添加一 定的有机物质-表面活性剂，在浪化锂溶液中添加0

15、. 1%的辛醇，可以使制冷量提高10% 15%。在混化锂溶液屮常用的表而活性剂冇异辛醇或正辛醇，它们在常压下均为无色冇刺激性 气味的油状液体，儿乎不能溶解于溟化锂溶液。在加热蒸汽压力较高的两效溟化锂吸收式制冷 机屮，由于加热温度较高，辛醇在较高温度下要分解，可改用氟化醇。它们的强化机理如下： （一）提高吸收效果添加表而活性剂后提高了吸收效果。这是因为添加辛醇后，溶液的表而张力大幅度下降， 使溶液与水蒸气的结合能力增强，这意味着吸收效率的提高；另外，添加辛醇后，混化锂水溶 液的分压力降低，吸收推动力增大，提高了吸收效果。（二）增强传热添加表面活性剂后，冷凝器由膜状凝结变为珠状凝结，提高了冷凝效果

16、，添加辛醇后起到 了改善凝结表面的作用。由于辛醇可以使铜管受热面完全润湿，含冇辛醇的水蒸汽与铜管受热 而接触后，随后形成一层液膜，水蒸气在辛醇液膜上呈现珠状凝结。珠状凝结的放热系数可比 膜状凝结提高两倍以上，因而提高了冷凝器的传热效杲。一般添加0.1%0.3%已能满足耍求。辛醇的密度较小，它总是漂浮丁吸收器液囊的液面上。为使辛醇能随着溶液的喷淋进入吸 收器的传热面，在吸收器液面上设有冲辛醇管，冲击辛醇，使z与溶液混合，然后通过喷淋溶 液把它带至吸收器传热管。如不足时可予以补充。2. 4. 4水侧污垢系数对制冷机性能的影响澳化锂吸收式制冷机运行一段时间后，由于各种因索的影响，传热管内壁上逐渐生成

17、一层 水垢，增加了传热热阻，使传热恶化。这时冷凝器压力和吸收器压力都增加，从而降低了浓度 茅，加大了溶液的循环倍率f,导致制冷量下降。污垢系数是表示这种污垢所引起的热阻大小 的参数，污垢系数越大，热阻越大，传热效果越差，制冷量越小。通常來说，新机组的制冷量比设计值高8%10%,这是因为新漠化锂吸收式制冷机的污垢 系数近似等于零。但为了保证在长期运行以后，制冷量仍可达到设计耍求，在运行期间应注意 水质分析，若发现水质较差，则应及时采取水处理措施，例如对水屮的杂质进行适当的化学处 理，并定期用机械或化学方法清理传热面。另外，制冷机在设计时，应根据所用水的水质情况 选取适当的污垢系数进行传热计算。各

18、种情况的污垢系数可在有关书籍及手册屮查得。通常在 水质比较好的情况下，可取o.ooolntc/w,如果水质很茅，污垢系数甚至可达0. 0004 0. 0006m°c/wo因此，我们必须了解制冷机的这种运转性能和研究它们的变化规律。根据这种变工况的特 性，用户能够按口己的具体条件恰当地选择制冷机；能够确定和选择制冷机的调节、控制方案, 使制冷机在最合理的情况下工作。这种调节和控制应是自动化的，它不仅可以减少操作人员的 劳动强度，而且可以准确地保证制冷机在规定的工况下运行，从而降低运转费用，防止运转事 故的发生。3集热器集热器是太阳能z驱式太阳能空调的核心所在，集热器的质量直接关系着太阳

19、能空调的成 败，就口前太阳能集热产品而言，真空管太阳能集热器是太阳能空调的最近选择。3. 1. 1真空管太阳能集热器的结构:分内外管，内管内蹬有水银涂层，内管外壁有吸热涂层，内外管之间是真空层；外管是透 明的玻璃，内外管均采用高皱度的高硼硅玻璃；一端有进出口，另一端封闭。3.1.2真空管太阳能的特点：仁真空管太阳能工作原理是采用内管的吸热涂层对太阳光吸收，加热内管里的水，在与水 箱或連箱进行交换，提高水温。作为一种集热板它在吸热的同时也会进行散热，而热量的传递 只有三种方式：辐射，传导，对流。真空管太阳能的三种散热传热方式均很小，内管的水银涂 层防止热量辐射；内外管中间的真空层防止热量传导；至

20、于热量的对流散发对真空管太阳能而 言，几乎为零。热效率达93.5%o2真空管太阳能的使用寿命：由于它的材料是高硼硅玻璃，而内外涂层在真空的环境里不 受氧化，在不受外力的情况下寿命超20年以上。3各种环境的影响：散热小，保温效果好，抗冻能力强（在南极都有优良表现）；真空管对台风的阻力小，抗 台风能力强；真空管是圆形的形状受外来冲击力小，抗冰雹能力强。3. 2. 1跟日技术跟日对焦太阳能能技术在很大程度上提高太阳能集热器的效率。当太阳直射时，对焦才更 加精确，而且单位面积聚光面上聚集的被真空管吸收的太阳光最多，通过比较各种跟fi技术， 视h技术对太阳能空调来说相对更完善些。3. 2. 2视日运动轨

21、迹跟踪系统视fl运动轨迹系统根据跟踪系统的轴数可分为单轴和双轴两种。单轴跟踪一般用3种方 式：一是倾斜布置东西跟踪；二是焦线南北水平布置，东西跟踪；三是焦线东西水平布置，南 北跟踪。这3种方式都是单轴转动的南北向或东西向跟踪。双轴跟踪可以分为两种方式：极轴 式全追踪和高度角一方位角式全追踪。在太阳高度和赤纬角的变化上都能够跟踪太阳，从而获 得最多的太阳能。全跟踪（即双轴跟踪）就是根据这样的要求而设让的。视口运行轨迹跟踪方法 是通过计算机计算太阳运行轨迹，并自动跟踪其轨迹来实现对太阳的跟踪。在天文学上，太阳 的观测位置是可以根据当地的地理位置和时间来确定的，计算机就根据这一信息来确定太阳的 观测

22、位置。其优点是通过计算机运算使跟踪装置可以全天跟踪，而不需要人为地干预和帮助。 另外，采用视日运行轨迹跟踪方法还需要完成日出吋间 和f1落时间的计算。在口出前，跟踪装置按照一定的运行轨迹到达预定的位置等待仃出；在f1 落后，跟踪装置又需要按原路线返回到日出前位置。另一方面， 这种跟踪方式对机构的机械加工水平和仪器的安装都有较严格的要求，要求机构的加工精度必 须足够高，成木较高。另外，由于算法、机械加工精度以及仪器的安装等原因，跟踪精度受到 了 一定的限制。3. 2. 3跟踪精度通过提高太阳能利用率方法可知，所有的跟踪方法都和精度有关，且计算机控制的全自动 跟踪装置要比英他跟踪装置的跟踪精度高。虽然研究人员利用计算机控制相继开发了高精度装 置，但是对于具体的应用以及究竟需要多高的跟踪精度，目前并没有统一的标准。实验表明: 对于太阳能光伏发电自动跟踪系统而言，跟踪精度是10。，每40min跟踪一次吋，太阳能电池 板的接收面的太阳相对辐射通量仅变化0. 8%。另外，对于高跟踪精度意味着高成本，无法 进行大而积的推广。因此，适当