淺析太陽能空調(diào)的工作原理

太陽能制冷就是利用太陽集熱器為吸收式制冷機(jī)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(jī)的性能系數(shù)（亦稱COP）越高，這樣空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率也越高。例如，若熱媒水溫度60℃左右，則制冷機(jī)COP約0~40；若熱媒水溫度90℃左右，則制冷機(jī)COP約0~70；若熱媒水溫度120℃左右，則制冷機(jī)COP可達(dá)110以上。實踐證明，采用熱管式真空管集熱器與溴化鋰吸收式制冷機(jī)相結(jié)合的太陽能空調(diào)技術(shù)方案是成功的，它為太陽能熱利用技術(shù)開辟了一個新的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　1.基本工作原理

　　太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)主要由太陽集熱器和吸收式制冷機(jī)兩部分構(gòu)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)來進(jìn)行的。這兩種物質(zhì)在同一壓強(qiáng)下有不同的沸點，其中高沸點的組分稱為吸收劑，低沸點的組分稱為制冷劑。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(diào)；另一種是水—氨，通常適用于小型空調(diào)。

　　吸收式制冷機(jī)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(jī)為例。在制冷機(jī)運行過程中，當(dāng)溴化鋰水溶液在發(fā)生器內(nèi)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(jié)；隨著水的不斷汽化，發(fā)生器內(nèi)的溶液濃度不斷升高，進(jìn)入吸收器；當(dāng)冷凝器內(nèi)的水通過節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器時，急速膨脹而汽化，并在汽化過程中大量吸收蒸發(fā)器內(nèi)冷媒水的熱量，從而達(dá)到降溫制冷的目的；在此過程中，低溫水蒸氣進(jìn)入吸收器，被吸收器內(nèi)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，完成整個循環(huán)。

　　1.2 太陽能吸收式空調(diào)工作原理

　　所謂太陽能吸收式制冷，就是利用太陽集熱器為吸收式制冷機(jī)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(jī)的性能系數(shù)（亦稱COP）越高，這樣空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率也越高。例如，若熱媒水溫度60℃左右，則制冷機(jī)COP約0?40；若熱媒水溫度90℃左右，則制冷機(jī)COP約0?70；若熱媒水溫度120℃左右，則制冷機(jī)COP可達(dá)1?10以上。

　　常規(guī)的吸收式空調(diào)系統(tǒng)主要包括吸收式制冷機(jī)、空調(diào)箱（或風(fēng)機(jī)盤管）、鍋爐等幾部分，而太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)是在此基礎(chǔ)上再增加太陽集熱器、儲水箱和自動控制系統(tǒng)。

　　在夏季，被集熱器加熱的熱水首先進(jìn)入儲水箱，當(dāng)熱水溫度達(dá)到一定值時，由儲水箱向制冷機(jī)提供熱媒水；從制冷機(jī)流出并已降溫的熱水流回儲水箱，再由集熱器加熱成高溫?zé)崴?；制冷機(jī)產(chǎn)生的冷媒水通向空調(diào)箱，以達(dá)到制冷空調(diào)的目的。當(dāng)太陽能不足以提供高溫?zé)崦剿畷r，可由輔助鍋爐補(bǔ)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(dāng)熱水溫度達(dá)到一定值時，由儲水箱直接向空調(diào)箱提供熱水，以達(dá)到供熱采暖的目的。當(dāng)太陽能不能夠滿足要求時，也可由輔助鍋爐補(bǔ)充熱量。

　　在非空調(diào)采暖季節(jié)，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(diào)及供熱綜合示范系統(tǒng)

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

　　2.1安裝地點概況

　　太陽能空調(diào)示范系統(tǒng)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(qū)有較好的太陽能資源，年平均日太陽輻照量為17?3MJ／m2。當(dāng)?shù)叵募咀罡邭鉁?3?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，因此是安裝太陽能空調(diào)系統(tǒng)的合適地點。

　　^^^山市銀灘旅游度假區(qū)利用本地區(qū)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、太陽能館等在內(nèi)的8個館、廳。太陽能空調(diào)系統(tǒng)就建在科普公園內(nèi)的太陽能館。

　　在這里人們不僅可以參觀太陽能科普展品，增長太陽能科普知識，了解最新的太陽能技術(shù)，并且在參觀和娛樂的同時可親身感受到太陽能空調(diào)和采暖所營造的舒適環(huán)境。

　　2.2主要技術(shù)性能

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

　　2.3系統(tǒng)設(shè)計特點

　?。?）太陽能與建筑有機(jī)結(jié)合

　　整個太陽能館的總體設(shè)計既使建筑物造型美觀、新穎別致，又能滿足集熱器安裝的要求。依據(jù)這個原則，建筑物的南立面采用大斜屋頂結(jié)構(gòu)，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無需考慮前后遮擋問題，而且造型也非常美觀。斜屋頂傾角取35°，與當(dāng)?shù)鼐暥冉咏?，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能研究所的一項重大科技成果，具有效率高、耐冰凍、啟動快、保溫好、承壓高、耐熱沖擊、運行可*等諸多優(yōu)點，是組成高性能太陽能空調(diào)系統(tǒng)的重要部件。熱管式真空管集熱器可為高效溴化鋰制冷機(jī)提供88℃的熱媒水，從而提高整個系統(tǒng)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。

　?。?）大小兩個儲熱水箱加快了每天制冷或采暖進(jìn)程

　　根據(jù)一天內(nèi)太陽輻照度變化的固有特點，儲熱水箱不僅可以使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，還可以把太陽輻照高峰時的多余能量以熱水形式儲存起來。本系統(tǒng)與一般太陽能空調(diào)系統(tǒng)的不同之處在于設(shè)置了大、小兩個儲熱水箱。小儲熱水箱主要用于保證系統(tǒng)的快速啟動。測試結(jié)果表明，在夏季和冬季晴天的早晨，小儲熱水箱內(nèi)水溫就能分別達(dá)到88℃和60℃，從而滿足制冷和供暖的要求。