太阳能空调系统的特点及应用

太阳能空调系统的特点及应用

李亮

中铁第四勘察设计院集团有限公司

摘要：太阳能是清洁可再生能源，将其应用到空调系统中可大大降低建筑能耗，减少对环境的污染，符合可持续发展战略，具有良好的社会效益。太阳能空调系统构成复杂，设备投资较高，但运行费用低，具有较好的经济效益。本文从工作原理、系统组成等方面简要论述了太阳能空调系统。

关键词：太阳能可再生能源建筑能耗可持续发展战略太阳能空调系统经济效益

0引言

太阳能储量丰富，清洁安全，是一种很好的自然能源，是未来人类首选的能源之一。从70年代后期开始，太阳能利用技术迅速发展，太阳能空调技术也随之出现。我国每年日照时间约在2000—3300h，平均每年总辐射能量约在300-800MJ/m2（1）。在一天中太阳辐射最强的时候也是空调负荷基本达到最大的时候，所以用太阳能驱动空调可以很好的满足制冷需求。研究发现，夏季太阳辐射越强、天气越热，建筑负荷越大，太阳能空调的制冷效果越好。而采用太阳能作为主要驱动能源、采用氨或水或其它自然物质作为工质的太阳能制冷与太阳能直接供暖技术正是符合节能和环保要求的技术。一方面使用太阳能驱动制冷空调装置以及采暖装置，可以节省对常规能源的消耗，也减轻了采用常规能源带来的对环境的压力；另一方面，采用对环境友好的工质，也消除了由于采用氟利昂等人工合成工质而引发的对地球温室效应的加剧和对大气臭氧层的破坏。

1太阳能空调系统的种类

按照太阳能负担全部热源的份额来进行分类，太阳能空调系统可以分为两大类：辅助太阳能空调系统和完全太阳能空调系统（2）。辅助太阳能空调系统是太阳能集热装置仅提供整个系统所需要的驱动(或再生)热的一部分，余下部份由辅助热源提供；完全太阳能空调系统则是由太阳能集热装置提供整个系统所需要的全部驱动(或再生)热，没有任何辅助热源或辅助供冷装置。考虑到系统的综合效率，不同的太阳能集热器需要与不同类型的制冷机组进行组合。形成了五种组合方式：(1)吸收式制冷机+真空管式集热器；(2)吸附式制冷机+真空管式集热器；(3)吸附式制冷机+平板式集热器；(4)除湿冷却装置+平板式集热器；(5)除湿冷却装置+空气式集热器。太阳能空调系统一般采用吸收式制冷机+真空管式集热器的组合方式，本文着重介绍太阳能太阳能吸收式制冷空调系统。

2太阳能吸收式制冷空调系统组成

太阳能空调系统主要由吸收式冷水机组、太阳能集热器、贮热水箱、辅助热源、循环水泵及末端装置等构成，如图1所示。

图1太阳能空调系统图（3）

（1）吸收式冷水机组。吸收式冷水机组型式很多，太阳能吸收式制冷系统中多采用热水型。根据热水温度不同又分为单效型和双效型，双效型的制冷效率高于单效型，但其热源温度也较高。目前，玻璃真空管集热器集水温度一般为70～95℃，因此吸收式冷水机组一般采用单效热水型溴化锂冷水机组。机组容量应依据最大空调负荷选取。

（2）太阳能集热器。太阳能集热器是利用太阳辐射吸收材料的光热效应，将太阳辐射转变为热能并传热工质传递热量的特殊产热装置，它是太阳能制冷供热系统中最重要、最基本的组成部分。其集热性能高低直接影响到系统的经济性、可靠性。目前常用的集热器形式为玻璃真空管式和热管真空管式。前者价格较低，但集热效率却不如后者高。玻璃真空管集热器的集热效率一般为0.407，热管真空管的集热效率为0.512。因为太阳能集热器价格较高，在系统总投资中所占比重较大，从经济角度分析采用玻璃真空管集热器是合理的。

（3）蓄热水箱。蓄热水箱用于供应非日照时间需热量，因此理论上其容量需满足全年最不利日的热量需求，这样可最大限度降低运行费用，但是其容积将加大，相应的投资和占地面积将增加，同时集热器面积也增加，造成初投资整体增加，这是不经济的。因此蓄热水箱以夏季最不利日需要量来设计。冬季不能满足要求时投入辅助热源。

（4）辅助热源。辅助热源应采用节能环保型，同时系统启停、控制、调节应方便。常用辅助热源形式一般有热泵、电加热、小型燃气炉等。

3太阳能吸收式制冷空调系统工作原理

夏季，被太阳能集热器加热的热水首先进入蓄热水箱，当蓄热水箱的热水温度达到一定值时，由蓄热水箱向吸收式冷水机组提供热水；从吸收式冷水机组流出的降温热水流回蓄热水箱，通过集热器循环泵输送至屋面太阳能集热器，加热成高温热水，如此循环；制冷机产生的冷水流向空调箱，以达到制冷空调的目的。当太阳能不足以提供高温热水时，可由辅助锅炉补充热量（4）。

冬季，同样经集热器加热的热水进入蓄热水箱，当热水温度达到一定值时，由蓄热水箱直接向空调末端提供热水，以达到供暖的目的。同样当太阳能不能满足要求时，也可由辅助锅炉(或高温热泵机组)补充热量。

太阳能集热器收集太阳能，通过热管加热制冷机发生器中的溴化锂溶液，驱动制冷机运行；制冷机产生的冷量通过空调箱对房间进行空调，多余的冷量储存在蓄冷装置中，提供夜间空调．使用重力分离式热管，并采用双热源布置，配备燃气加热器作为第二热源，保证系统全天候稳定运行．将冷凝器出来的部分热冷却水储存在热水箱中作为生活热水。直燃型、蒸汽型、热水型三种溴化锂吸收式制冷机组，太阳能空调系统中采用热水型溴化锂吸收式制冷机组。

4太阳能空调推广相关建议

以低品位的太阳能驱动的太阳能空调系统与传统的空调系统相比有着明显的优点，其节能环保，符合时代发展的潮流，但是其在推广过程中存在一些问题，为了更好地推广太阳能空调系统，特提出以下建议：

(1)设备小型化。加快小型机、家用机的研发，对太阳能空调的推广有着季要的意义；

(2)降低成本。太阳能空调虽然节能，节省运行费用，但是由于太阳能集热器等设备造价高，初投资大，超出一般单位、个人的承受能力。因此降低太阳能集热器等设备成本，是单位、个人使用太阳能空调系统的关键；

(3)提高太阳能设备转化效率。目前市场上的太阳能集热器及光电转化设备效率较低，与太阳能空调制冷系统所要求的效能不匹配，也使得太阳能空调的推广受到了制约。太阳能设备效率的提高可为小型化创造条件；

(4)结合建筑外装进行太阳能集热器的安装敷设。集热器与建筑间的匹配问题一直是太阳能空调系统的一大难题，结合建筑外装饰，进行集热器敷设，既能够满足集热器面积要求，又不影响建筑美观。

(5)加强法规政策扶持。开发使用太阳能空调系统是利国利民的好方法，国家及政府应从法规政策上予以支持。加大对相关技术产品的资金及技术上的扶持；加强对节能产品的法规政策扶持，以便推动太阳能空调的广泛使用。

5结语

近年来，随着传统能源的逐渐枯竭，人们对节能意识、环保意识的逐渐提升，以及地球表面的温度逐年上升，夏季人们对空调的需求、冬季人们对供热的需求以及过渡季人们对热水的需求都越来越强烈，因此充分发挥太阳能供热空调系统所具备的综合优势来满足不同季节的空调、供暖和热水需求，必将取得显著的经济、社会和环境效益。现今，太阳能空调系统的应用还不是很广泛，相信在不远的将来，太阳能空调系统势必在建筑领域发挥更大的作用。

参考文献

[1]魏鹏.太阳能空调系统评述及其推广应用[J].技术交流,2009.1,125（30）.

[2]周建戎,潘毅群.太阳能空调系统综述[J].制冷，2002.12,21（4）:60-63.

[3]高月芬,魏兵,王松岭.太阳能空调系统及其经济性分析[J].电力科技发展与节能,1993,33（4）:1209-1212.

[4]毛婕等.太阳能空调系统的开发与应用[J].机械工程与自动化,2011.10,第5期:200-201.