太陽能光熱空調技術及其在夏熱冬冷地區的適用性選擇★

鄭 琳 張 煒* 李尚杰

(四川大學建筑與環境學院,深地科學與工程教育部重點實驗室，四川 成都 610065)

·水·暖·電·

太陽能光熱空調技術及其在夏熱冬冷地區的適用性選擇★

鄭 琳 張 煒* 李尚杰

(四川大學建筑與環境學院,深地科學與工程教育部重點實驗室，四川 成都 610065)

太陽能空調能夠降低建筑能耗，保護環境，介紹了太陽能光熱空調的概念，指出實現太陽能空調制冷的方式分為光電與光熱，簡述了不同類型的太陽能光熱空調技術的原理和特點，并且針對不同類型太陽能空調的特點，選擇出適用于夏熱冬冷氣候區的太陽能光熱空調類型。

太陽能空調，空調能耗，蓄能，建筑節能

0 引言

隨著能耗問題成為人們越來越關注的熱點問題，建筑能耗占據社會能耗的30%，其中空調能耗占據了建筑能耗的50%。因此，發展低能耗建筑，低能耗空調形式是推進我國節能減排重要舉措。傳統空調的制冷媒介一般為氟氯化物，這是造成臭氧層空洞的主要原因，嚴重污染環境，而太陽能空調利用可再生能源太陽能，具有環境友好的特點，具有潛在的應用潛力[1]。

太陽能作為可再生能源，除了具有清潔性，還不受地域的限制。我國地域遼闊，太陽能資源豐富并且分布廣泛，全國70%以上的地區全年日照數高達2 000 h。豐富的資源儲備說明與傳統電制冷空調相比，太陽能空調具有更低的運行成本，特別是在一些太陽能資源豐富但是經濟不夠發達的地區比如川西高原，太陽能空調具有更佳的利用價值[2]。太陽能空調制冷的最大優點是它具有季節匹配性。在天氣越熱，越需要冷量的時候，這時太陽輻射情況最好，太陽能空調的制冷量也就最大[3]。夏熱冬冷氣候區的氣候最突出的特點就是常年濕度很高，在空調的選擇上要重點考慮處理濕度的問題。

1 太陽能光熱制冷技術特點與現狀

太陽能空調制冷技術根據原理可以分為兩種方式，一種是將太陽能轉換為電能，再以電能驅動壓縮式制冷系統。第二種是利用太陽能集熱器收集熱量，利用熱能來驅動制冷[4]。目前太陽能光熱制冷主要分為四類，分別為太陽能吸收式制冷，太陽能吸附式制冷，太陽能除濕式制冷以及太陽能噴射式制冷。其中前三種制冷形式較為普及，但太陽能噴射式空調也由于其特點而被研究學者重點研究。

1.1 太陽能吸收式制冷

吸收式制冷循環主要由發生器，蒸發器，冷凝器和吸收器組成。吸收式制冷循環利用不同沸點的工質對進行制冷。高沸點的為吸收劑，低沸點的為制冷劑。目前常用的二元工質對為氨—水工質對，溴化鋰—水工質對。溴化鋰吸收式制冷技術在國內發展已經較為成熟[5]。

太陽能吸收式制冷循環有如下特點：太陽能吸收式制冷利用低品位的熱能太陽能，并且整個運行環境比較安靜，只有功率較小的泵在運行，不產生過多的噪聲。制冷工質無毒，不污染環境，制冷劑在真空狀態下運行，更加安全。但是吸收式制冷具有易結晶，腐蝕性強等缺點。

對于太陽能吸收式制冷，應用最廣泛的工質對為溴化鋰—水工質對，該方式具有較高的制冷效率(EER)，對熱源的要求較低，占據太陽能吸收式制冷中的主要地位。

1.2 太陽能吸附式制冷

吸附式制冷技術利用固體吸附劑，如活性炭和沸石等，對某些制冷劑蒸汽具有比較強的吸附作用，吸附作用使得蒸發器中的制冷劑液體通過蒸發而進行制冷。當吸附劑進行加熱后就會使吸附劑中的制冷劑解吸，解吸后的蒸汽會在冷凝器中放熱變為液體，制冷劑回到蒸發器中完成整個循環。

太陽能吸附式制冷循環將太陽能集熱系統與吸附式制冷系統結合。該系統有如下特點：太陽能吸附式空調的優點是所需的熱源溫度較低，所以可以良好的與一般太陽能集熱器匹配。系統運行簡單，初投資和運行費用較少，系統運行穩定。但是與傳統的電驅動壓縮式制冷相比，吸附式制冷系統的制冷功率較小，當所需要的制冷量較大的時候，系統內的換熱設備面積會增加，這樣會增大投資和系統的體積。

1.3 太陽能除濕式制冷

除濕式空調制冷利用干燥劑來吸附空氣中的水蒸氣，降低了空氣的濕度，通過水在干燥的空氣中蒸發降溫而實現制冷。干燥劑與噴水冷卻系統結合就成為了除濕空調。除濕式空調系統利用干燥劑吸附空氣中的水分后，經過熱交換器進行降溫，再經過蒸發器冷卻。

太陽能除濕式空調系統利用太陽能收集熱量使吸濕后的干燥劑再生，實現除濕制冷循環。太陽能除濕式空調需要的熱源溫度不高，一般的太陽能平板式集熱器系統的熱量就可以滿足除濕式空調的需要，因此可以節約太陽能集熱器的成本。該系統的一大優勢就是可以實現熱量與濕量的分開處理，可以更加獨立的控制房間的溫度與濕度。太陽能除濕式空調制冷系統的制冷媒介為水，不產生污染，非常環保。除濕的形式能夠有效的處理房間內的潛熱負荷。干燥劑還能同時吸附室內空氣中的有害物質，提高了室內空氣品質。

1.4 太陽能噴射式制冷

噴射式制冷將傳統制冷系統中的壓縮機替換為噴射器，蒸汽從噴射器的噴嘴中高速噴出，創造出低壓環境，液體制冷劑汽化吸熱產生制冷效果。蒸汽噴射式空調中的常用介質為水。整個系統由蒸發器，噴射器，冷凝器，節流閥組成。噴射式制冷循環不需要消耗很大的能量，唯一的動力消耗只有增壓泵，運行可靠。噴射器可以在低品味的熱源下進行循環，結構相對簡單[6]。

太陽能噴射式制冷循環由太陽能集熱器和蒸汽噴射式制冷機組成。制冷劑在發生器與集熱器中的水進行換熱，制冷劑加熱成為高溫高壓的蒸汽。蒸汽經過噴射器，壓力降低，流速迅速增加，低壓環境將蒸發器中的蒸汽抽吸，然后兩路蒸汽混合，經過噴射器的擴壓段到冷凝器中冷凝。從冷凝器中出來的流體分為兩路，一路經過節流閥進入蒸發器，另一路進入發生器再與集熱器中的熱水進行換熱。

2 夏熱冬冷地區太陽能空調的優化選擇

夏熱冬冷地區的平均濕度在75%,使人感覺悶熱不舒適。即使在冬季濕度依然很大，陰冷潮濕。由于夏熱冬冷氣候區的特點，并且隨著人民生活水平的提高，對于空調的選擇就有更高的要求。表1為四種形式的太陽能空調的主要優劣勢對比。根據太陽能空調的特點，太陽能除濕式空調由于其能夠獨立處理溫度和濕度從而更加適用于夏熱冬冷地區。

3 太陽能制冷技術的發展

在太陽能的利用和轉換過程中，常常存在能源的供給與需求時間不匹配的問題，即清潔能源的間歇性特點，即太陽能的采集受氣候和晝夜的影響比較大。所以太陽能空調與蓄能技術的結合是現在學者研究的熱點和前景。蓄能式太陽能空調能夠降低空調的負荷，減少電能的消耗，提高整個空調系統的使用效率，調峰蓄能，緩解能源需求緊張的問題。用于空調工程的蓄冷方式有三種，分別是水蓄冷，冰蓄冷以及共晶鹽蓄冷。其中將相變蓄冷(共

晶鹽蓄冷)技術與太陽能空調結合，能夠提高太陽能制冷系統運行的穩定性和工作效率，提高太陽能利用率，提高末端用戶側的熱舒適性。圖1是太陽能空調系統與蓄能結合的系統形式。

另外，根據我國目前技術的發展，如何提高太陽能的轉化率也是非常重要的問題。提高太陽能轉化率就要提高太陽能集熱器的集熱效率，研究和開發更加先進的不同類型的太陽能集熱器，對太陽能集熱器的結構進行改進使其具有更高的效率。在建筑的設計過程中，也要注重集熱器系統與建筑的結合，實現太陽能技術與建筑設計一體化。

4 結語

隨著科學技術的發展和社會的進步，人們的生活水平也越來越高，對能源的消耗也越來越多。太陽能制冷空調能夠在建筑節能領域緩解人們對能源日益增長的需求與匱乏的傳統不可再生能源之間的矛盾。市場對太陽能空調的需求也越來越大，對太陽能空調的研究具有潛在的經濟效益和社會效益。太陽能除濕式空調系統更加適用于夏熱冬冷氣候區。

[1] 楊俊斌,耿世彬.太陽能空調的技術現狀與發展[J].潔凈與空調技術,2017(1):95-99.

[2] 譚軍毅,余國保,舒水明.國內外太陽能空調研究現狀及展望[J].制冷與空調(四川),2013(4):393-399.

[3] 金葉佳,尹芳芳,李開創,等.常見太陽能空調制冷技術的現狀及比較[J].太陽能,2011(9):32-35.

[4] 代彥軍,王如竹.太陽能空調制冷技術最新研究進展[J].化工學報,2008(S2):1-8.

[5] 萬忠民,舒水明,胡興華,等.太陽能混合吸收式制冷空調系統的性能研究[J].華中科技大學學報(自然科學版),2006(8):62-64.

[6] 張 博,沈勝強,阿布里提·阿不都拉.太陽能噴射式制冷系統性能分析[J].太陽能學報,2001(4):451-455.

Solar powered air conditioning technology and the application in hot summer and cold winter climate zone★

Zheng Lin Zhang Wei* Li Shangjie

(CollegeofArchitectureandEnvironment,SichuanUniversity,KeyLaboratoryofDeepEarchScienceandEngineeringofMinistryofEducation,Chengdu610065,China)

Solar powered air conditioning system can reduce building energy consumption and protect the environment. The concept of solar powered air-conditioning is introduced. The solar powered air conditioning system includes photoelectric and thermal technology. This paper briefly introduces the principle and characteristics of different solar powered air conditioning systems and gives the proposes of choosing appropriate solar powered air conditioning in the hot summer and cold winter climate zone.

solar powered air-conditioning, energy consumption, energy storage, buliding energy saving system

1009-6825(2017)20-0125-02

2017-05-08★:國家自然科學基金資助項目(No.51508352)；深地科學與工程教育部重點實驗室(四川大學)開放課題基金資助項目(No.DUSE201702)；成都市科技惠民項目(No.2015-HM01-00244-SF)

鄭 琳(1993- )，女，在讀碩士

張 煒(1981- )，男，副教授

TU831.74

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