淺析太陽(yáng)能空調的工作原理

太陽(yáng)能制冷就是利用太陽(yáng)集熱器為吸收式制冷機提供其發(fā)生器所需要的熱媒水。熱媒水的溫度越高，則制冷機的性能系數（亦稱(chēng)COP）越高，這樣空調系統的制冷效率也越高。例如，若熱媒水溫度60℃左右，則制冷機COP約0~40；若熱媒水溫度90℃左右，則制冷機COP約0~70；若熱媒水溫度120℃左右，則制冷機COP可達110以上。實(shí)踐證明，采用熱管式真空管集熱器與溴化鋰吸收式制冷機相結合的太陽(yáng)能空調技術(shù)方案是成功的，它為太陽(yáng)能熱利用技術(shù)開(kāi)辟了一個(gè)新的應用領(lǐng)域。

　　1.基本工作原理

　　太陽(yáng)能吸收式空調系統主要由太陽(yáng)集熱器和吸收式制冷機兩部分構成。

　　1.1 吸收式制冷工作原理

　　吸收式制冷是利用兩種物質(zhì)所組成的二元溶液作為工質(zhì)來(lái)進(jìn)行的。這兩種物質(zhì)在同一壓強下有不同的沸點(diǎn)，其中高沸點(diǎn)的組分稱(chēng)為吸收劑，低沸點(diǎn)的組分稱(chēng)為制冷劑。常用的吸收劑—制冷劑組合有兩種：一種是溴化鋰—水，通常適用于大型中央空調；另一種是水—氨，通常適用于小型空調。

　　吸收式制冷機主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器組成。

　　本文以溴化鋰吸收式制冷機為例。在制冷機運行過(guò)程中，當溴化鋰水溶液在發(fā)生器內受到熱媒水加熱后，溶液中的水不斷汽化；水蒸氣進(jìn)入冷凝器，被冷卻水降溫后凝結；隨著(zhù)水的不斷汽化，發(fā)生器內的溶液濃度不斷升高，進(jìn)入吸收器；當冷凝器內的水通過(guò)節流閥進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)，急速膨脹而汽化，并在汽化過(guò)程中大量吸收蒸發(fā)器內冷媒水的熱量，從而達到降溫制冷的目的；在此過(guò)程中，低溫水蒸氣進(jìn)入吸收器，被吸收器內的濃溴化鋰溶液吸收，溶液濃度逐步降低，由溶液泵送回發(fā)生器，完成整個(gè)循環(huán)。

　　1.2 太陽(yáng)能吸收式空調工作原理

　　所謂太陽(yáng)能吸收式制冷，就是利用太陽(yáng)集熱器為吸收式制冷機提供其發(fā)生器所需要的熱媒水。熱媒水的溫度越高，則制冷機的性能系數（亦稱(chēng)COP）越高，這樣空調系統的制冷效率也越高。例如，若熱媒水溫度60℃左右，則制冷機COP約0?40；若熱媒水溫度90℃左右，則制冷機COP約0?70；若熱媒水溫度120℃左右，則制冷機COP可達1?10以上。

　　常規的吸收式空調系統主要包括吸收式制冷機、空調箱（或風(fēng)機盤(pán)管）、鍋爐等幾部分，而太陽(yáng)能吸收式空調系統是在此基礎上再增加太陽(yáng)集熱器、儲水箱和自動(dòng)控制系統。

　　在夏季，被集熱器加熱的熱水首先進(jìn)入儲水箱，當熱水溫度達到一定值時(shí)，由儲水箱向制冷機提供熱媒水；從制冷機流出并已降溫的熱水流回儲水箱，再由集熱器加熱成高溫熱水；制冷機產(chǎn)生的冷媒水通向空調箱，以達到制冷空調的目的。當太陽(yáng)能不足以提供高溫熱媒水時(shí)，可由輔助鍋爐補充熱量。

　　在冬季，同樣先將集熱器加熱的熱水進(jìn)入儲水箱，當熱水溫度達到一定值時(shí)，由儲水箱直接向空調箱提供熱水，以達到供熱采暖的目的。當太陽(yáng)能不能夠滿(mǎn)足要求時(shí)，也可由輔助鍋爐補充熱量。

　　在非空調采暖季節，只要將集熱器加熱的熱水直接通向生活用儲水箱中的熱交換器，就可將儲水箱中的冷水逐漸加熱以供使用。

　　2.空調及供熱綜合示范系統

　　為了將太陽(yáng)能吸收式空調技術(shù)付諸實(shí)際應用，根據“九五”國家科技攻關(guān)計劃任務(wù)，北京市太陽(yáng)能研究所于1999年9月建成一套我國目前最大的太陽(yáng)能吸收式空調及供熱綜合示范系統（見(jiàn)壓題照片）。

　　2.1安裝地點(diǎn)概況

　　太陽(yáng)能空調示范系統建在山東省^^^山市。^^^山市位于山東半島的東南端，北接煙臺，西臨青島，南瀕黃海。該地區有較好的太陽(yáng)能資源，年平均日太陽(yáng)輻照量為17?3MJ／m2。當地夏季最高氣溫33?1℃，冬季最低氣溫－7?8℃，夏季和冬季分別有制冷和采暖的要求，因此是安裝太陽(yáng)能空調系統的合適地點(diǎn)。

　　^^^山市銀灘旅游度假區利用本地區自然條件，大力發(fā)展旅游事業(yè)，正在籌建“中國新能源科普公園”?？破展珗@計劃建造包括風(fēng)能館、太陽(yáng)能館等在內的8個(gè)館、廳。太陽(yáng)能空調系統就建在科普公園內的太陽(yáng)能館。

　　在這里人們不僅可以參觀(guān)太陽(yáng)能科普展品，增長(cháng)太陽(yáng)能科普知識，了解最新的太陽(yáng)能技術(shù)，并且在參觀(guān)和娛樂(lè )的同時(shí)可親身感受到太陽(yáng)能空調和采暖所營(yíng)造的舒適環(huán)境。

　　2.2主要技術(shù)性能

　　新建的太陽(yáng)能空調系統由熱管式真空管集熱器、溴化鋰吸收式制冷機、儲熱水箱、儲冷水箱、生活用儲熱水箱、循環(huán)泵、冷卻塔、空調箱、輔助燃油鍋爐和自動(dòng)控制系統等部分組成。系統安裝完成后，經(jīng)過(guò)冬、春、夏三季運行和測試二極管，電磁閥，達到表1的主要技術(shù)性能。

　　2.3系統設計特點(diǎn)

　?。?）太陽(yáng)能與建筑有機結合

　　整個(gè)太陽(yáng)能館的總體設計既使建筑物造型美觀(guān)、新穎別致，又能滿(mǎn)足集熱器安裝的要求。依據這個(gè)原則，建筑物的南立面采用大斜屋頂結構，一則斜面的面積比平面大得多，可以布置更多的集熱器；二則在斜面上布置集熱器時(shí)無(wú)需考慮前后遮擋問(wèn)題，而且造型也非常美觀(guān)。斜屋頂傾角取35°，與當地緯度接近，有利于集熱器充分發(fā)揮作用。

　?。?）熱管式真空管集熱器提高了制冷和采暖效率

　　熱管式真空管集熱器是北京市太陽(yáng)能研究所的一項重大科技成果，具有效率高、耐冰凍、啟動(dòng)快、保溫好、承壓高、耐熱沖擊、運行可*等諸多優(yōu)點(diǎn)，是組成高性能太陽(yáng)能空調系統的重要部件。熱管式真空管集熱器可為高效溴化鋰制冷機提供88℃的熱媒水，從而提高整個(gè)系統的制冷效率；這種集熱器還可在北方寒冷的冬季有效地工作，為建筑物供暖。

　?。?）大小兩個(gè)儲熱水箱加快了每天制冷或采暖進(jìn)程

　　根據一天內太陽(yáng)輻照度變化的固有特點(diǎn)，儲熱水箱不僅可以使系統穩定運行，還可以把太陽(yáng)輻照高峰時(shí)的多余能量以熱水形式儲存起來(lái)。本系統與一般太陽(yáng)能空調系統的不同之處在于設置了大、小兩個(gè)儲熱水箱。小儲熱水箱主要用于保證系統的快速啟動(dòng)。測試結果表明，在夏季和冬季晴天的早晨，小儲熱水箱內水溫就能分別達到88℃和60℃，從而滿(mǎn)足制冷和供暖的要求。