基于太陽能輻射技術的熱能轉換空調制冷技術分析

陳友

摘 要 隨著生態環境的惡化和全球性資源危機，太陽能資源作為一種可再生清潔能源，近年來受到國際社會的關注，并開始廣泛應用在發電、制熱過程中。空調作為家庭基本家用電器，雖然改善了夏天人們生活的環境，但是空調運行期間需要耗費大量的電力。太陽能輻射技術將太陽能轉換為熱能，然后用熱能進行制冷，能夠有效地緩解夏天高峰用電緊張局面。

關鍵詞 太陽能輻射技術 熱能轉換 空調制冷技術

中圖分類號：TU831.6 文獻標識碼：A

0引言

隨著社會經濟的發展，人們生活水平的提高，空調具有制冷供暖作用，因此逐漸走入千家萬戶。根據最新數據顯示，我國城鎮居民每百戶空調擁有量已經達到了125臺。然而中國作為空調生產大國和使用大國，空調在使用過程中需要耗費大量的電力，尤其在夏季空調是用電的主要設備。太陽能作為節能環保能源之一，將其用于空調制冷技術，能夠將太陽能轉換為冷能量達到制冷效果，將太陽能制冷技術與我國的季節相匹配，充分利用我國太陽能資源。目前太陽能制冷技術有多種，但是應用最廣的是基于太陽能輻射熱能轉換空調制冷技術。這種制冷技術成本低，能夠進行大規模推廣。

1太陽能輻射技術熱能轉換空調制冷技術原理

太陽能輻射技術熱能轉換空調制冷技術原理其實就是利用太陽能實現供熱和制冷的過程，實現這一技術途徑有兩種方式：第一，通過太陽能轉換為熱能，然后再將熱能進行制冷。第二種方法就是將太陽能轉換為電能，然后由電能進行供熱制冷。但是這種方法都必須依靠太陽能集熱器，太陽能集熱器是太陽能輻射空調制冷技術的關鍵元件。下圖是太陽能輻射熱能轉換空調制冷工作原理圖：

從上述圖中可以看出太陽能集熱器有平板式、真空管式以及聚焦式，其中平板式集熱器集熱溫度低，聚焦式集熱器集熱溫度性能最好。按照太陽能集熱器的集熱溫度，可以將太陽能輻射熱能轉換空調技能技術分成吸收式、吸附式、除濕空氣以及噴射式制冷式。其中吸收式空調制冷技術在太陽能輻射熱能制冷技術中應用最廣。下圖是太陽能輻射熱能制冷模式對應的集熱器和集熱溫度圖：

從上圖中可以看出，除濕太陽能集熱技術所需的熱源溫度最低，這主要是由于除濕空調的主要目的是除濕，所以除濕空調環境為開放式的環境。所以集熱器可以選擇平板式太陽能集熱器和空氣集熱器，吸附式制冷集熱器所需的熱源在60℃-85℃，如果集熱溫度超過85℃，那么可以驅動單效吸收式制冷，如果集熱溫度達到了150℃時，則可以驅動雙效太陽能吸收制冷模式，這種運行模式效率非常高，能夠充分發揮太陽能集熱器的制冷功能。

2當前太陽能輻射熱能空調制冷技術存在的問題

雖然近年來，太陽能廣泛應用在發電以及制冷領域，但是在實際推廣中還存在以下問題：第一，太陽能輻射技術適用建筑層數比較少。由于太陽能集熱器的采光面積比較大，所以無法在高密度的輻射到大量的建筑樓層。第二，太陽能輻射技術的應用成本比較高。由于太陽能輻射熱能空調制冷技術使用的主要器件太陽能集熱器價格比較昂貴，所以在推廣過程中，不太容易被普通家庭接受，因此推廣起來具有一定的難度。因此，只有加快對太陽能集熱器的研究和開發，降低太陽能集熱器的使用成本，才能進一步推廣太陽能集熱器。第三，太陽能輻射技術的熱能轉換空調制冷技術系統比較復雜。太陽能輻射轉換熱能空調調節的溫度在0-100℃之間，如果超過或者小于這個溫度，那么制冷系統就無法正常發揮出它應有的作用。所以使用這種技術的制冷系統必須按照大量的輔助熱源，增加制冷規模，這一定程度上使得系統的結構更加復雜。

3基于太陽能輻射技術人吸收式空調制冷技術

考慮到太陽能的應用成本以及推廣，太陽能輻射技術的熱能轉換空調制冷技術在應用過程中要與建筑有效的結合，所以可以使用太陽能輻射技術的吸收式空調制冷系統。

3.1空調制冷系統流程

按照太陽能輻射技術的吸收式空調制冷技術，所使用的集熱器為U型管太陽能集熱器，這種集熱器在高溫條件下集熱效果非常好。U型管太陽能集熱器在集熱面積為90平方米的條件下，具有3立方米的保溫水箱，而且U型管太陽能集熱器制冷機組選擇單效溴化鋰-水吸收系統，這種吸收系統的額定制冷量為8KW，冷凍水出口流量為2m3/h，冷凍水的流量溫度為10℃；冷卻水出口流量為6m3/h，流量溫度在30℃；系統熱水進水溫度為90℃，流量為6.2m3/h。該系統與輻射吊頂末端進行連接，對室內熱負荷進行有效的控制。

3.2空調制冷系統構成

該吸收式空調制冷系統由U型管太陽能集熱器、單效溴化鋰-水吸收模式的之惡靈機組、數據采集中心、控制系統、輻射供冷系統等構成。其中輻射吊頂的使用面積為50平方米的毛細管輻射末端，這種毛細管的外徑大小為3.35mm，厚壁為0.5mm。獨立除濕送風系統使用一次回風、兩級冷卻模式進行獨立除濕，獨立除濕送風系統運行模式如下：首先空調制冷系統的新風和回風交融，然后風機將兩種混合風送到預冷器，太陽能制冷系統以提供的冷水進行冷熱源交換，風冷冷卻器進行二級冷卻除濕，并將冷卻風送到機組。根據上文中吸收式空調制冷技術的流程可以看出，室內送風分成兩級進行，首先將太陽能進行預冷，然后用電能制冷，這種制冷模式降低電能的消耗。數據測量系統由溫度傳感器、數據采集器、流量計以及光譜輻射傳感器等構成，其主要目的是測量溫度、太陽能輻射強度以及流量。光譜輻射傳感器的敏感度比較高，能夠測量9.35um/W/㎡，溫度傳感器的測量精度是0.15℃，主要是測量風機進出口溫度以及房間表面溫度，流量計則測量冷卻水、預冷水、出口水的溫度，其測量精度位0.1m3/h。

3.3吸收式空調制冷系統制冷性能分析

基于太陽能輻射技術熱能轉換吸收式空調制冷系統進行研究，選擇夏季天氣比較晴朗，制冷機器太陽能資源比較集中的時間9：30-17：50進行運行。發現太陽能輻射吸收式空調制冷系統集熱規律如下：

從上述圖中可以看出太陽能輻射一天的總量為17MJ/㎡，室外平均氣溫為30℃，太陽能輻射最強的時間段為13：30，最強達到了800W/㎡，一天的平均輻射量為475W/㎡。下圖為太陽能蓄水水箱溫度變化曲線：

從上述曲線變化圖可以看出，太陽能蓄熱水箱溫度最大值在14：00，最高溫度可達到87℃，與太陽能輻射強度最強值落后半個小時，系統運行時間水箱集熱平均溫度為78℃。下圖為空調制冷量和制冷機組消耗熱量圖

吸收式空調運行期間，空調制冷機組平均制冷量在4KW，最大制冷量為4.7KW，空調一開始的實際制冷系數為0.3，隨著時間的推移，到了15：30左右，空調制冷效率逐漸提高，這主要是由于太陽能輻射降低，制冷劑消耗的熱量降低，那么蓄水水溫則不斷上升。從上述結果可以看出，吸收式太陽能空調制冷效果比較好，可以大范圍進行推廣。

4結束語

近年來，我國太陽能空調制冷技術不斷進步，然而實際應用和推廣過程中還存在不少技術難題。因此，要進一步加大對太陽能制冷技術的研究。將太陽能轉化為熱能，然后用熱能進行制冷，在制冷過程中與周圍的建筑有效的結合在一起，從而最大限度發揮太陽能制冷作用，降低太陽能應用的成本，為推廣和應用太陽能空調制冷技術打下良好的基礎。

參考文獻

[1] 李裕斌.基于太陽能輻射技術的熱能轉換空調制冷技術研究[J].機械與電子，2016（02）：20-23.

[2] 黃振強.試論太陽輻射換熱空調的制冷技術[J].電子制作，2015（10）：47-48.

[3] 段仕民.太陽能制冷空調技術工程應用的一些問題探析[J].商業故事，2016（19）：34-35.endprint