1、浅谈太阳能空调技术发展现状及展望摘要 随着温室效应的加剧，生活水平的提高，人类对空调的需求急剧上升。普通空调发展很快，但耗电大、热岛效应严重，太阳能空调虽然发展慢，但它以不需电能、节约能源、没有污染、工作寿命长等优点引起世界学者的重视。本文综合介绍了太阳能空调技术的开发价值、几种太阳能空调技术的原理和特点、太阳能空调的优点，并对太阳能空调技术的发展与现状做了分析。关键词：太阳能 吸收式 吸附式 喷射式 应用与前景Abstract :As the aggravate that the greenhouse effect, improvement of living standards, huma
2、n a sharp rise in demand for air conditioning.Common air conditioning development soon, but big power consumption, severe heat island effect.Solar energy air conditioning, though slow, but it does not need electricity, energy saving, no pollution, long working life, cause the attention of the schola
3、rs.This paper introduces the solar energy air conditioning technology development value, several kinds of solar air conditioning technology principle and the characteristic, the advantage of solar air conditioning, and solar air conditioning technology development and analyzes the present situation
4、of. Key words: solar absorption type adsorption type jet type application and Prospect 0 引言在世界能源日益紧张、空调能耗逐年增多的情况下，人们致力于寻找更为节能的空调系统。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，以其清洁无污染、来源广的特点获得人们的青睐。而且利用太阳能作为能源的空调系统，越是太阳能辐射强烈的时候，环境气温越高，人们的生活越需要空调，此时，太阳能空调的制冷能力就越强。以太阳能为驱动热源的空调制冷系统，既节约了能源，还不使用破坏大气层的氟利昂等有害物质，是名副其实的绿色空调。就我国的空
5、调行业而言，空调器的市场正处于发展和完善阶段，目前，大中城市家庭的空调器普及仅在 20%以下，市场潜力十分巨大。随着人们生活水平的大幅提高，空调器已逐渐成为家庭必备的家用电器，阻碍空调进入家庭的主要矛盾是耗能和价格因素。从太阳能空调的特性和技术特点来看，太阳能空调最适合于上述矛盾的解决和应用，当前空调行业的需求也给太阳能空调技术的发展和应用带来了难得的机遇。1 发展太阳能空调应用的基础和意义（1）太阳能利用的合理性。一般的太阳能热利用项目，如采暖、热水等，在需求上其实与太阳能的提供并不完全一致：当天气越冷、人们越需要温暖的时候，太阳能量的提供往往不足从这个角度来看，太阳能空调的应用是最合理的：
6、当太阳辐射越强。天气越热的时候，我们需要空调的负荷也越大。这是太阳能空调应用最有利的客观因素。 （2）太阳能空调的市场基础。太阳能热水器在国内市场迅猛发展，全国太阳能热水器的使用量已超过 1000 万平方米近年来每年增长超过 200 万平方米，由此可见，太阳能热水器的使用量和需求量都非常大，市场前景非常好。另一方面，空调的需求也是一个巨大的市场。如果把供热与空调结合起耘将是一个更加理想的方案。这是太阳能空调实现推广应用的市场基础。（3）太阳能空调的技术基础 太阳能制冷空调的关键技术已经成熟。在太阳能集热器方面，真空管集热器、平板集热器都已经在市场上推广应用；在制冷机方面，溴化锂吸收式制冷机在九
7、十年代大量地进入了市场。中国科学院广州能源研究所研制的低温热水型两级吸收式淡化侄制冷机，热源温度只需 60以上，特别适合于太阳能的利用；在系统方面，已经积累了丰富的经验。因此，太阳能空调应用在技术上是可行的。（4）太阳能空调的经济性。太阳能热水器的经济性问题，市场已经作了很好的说明。太阳能空调建立在太阳能热水应用的基础上，利用的是夏天用不完的能源，使太阳能得到充分的利用。增加的投资是制冷机部分，而这部分的投资在常规空调方面也是需要的。因此，太阳能空调与太阳能热水相结合，有更好的经济性。 （5）环境保护，可持续发展的要求。随着经济的发展和人们生活水平的提高，空调的需求量越来越大。在一般民用建筑物
8、，空调的能耗占了一半以上，给能源、电力和环境带来很大的压力。电力的发展同时带来废气阶放，温室效应和酸雨等环境问题，空调机的制冷剂（CFCs）还会对大气臭氧层造成破坏。切时龟空调用的是清洁的太阳能，制冷过程也没有污染的危险，系统本身是符合环境保护要求的。另一方面，节省了电力和燃料，间接上也减轻了环境的压力，太阳能空调的应用完全降合可持续发展战略的要求。 2 太阳能制冷系统的基本类型目前的太阳能空调制冷技术从原理上大致可分为两种实现途径：一是太阳能转化为电能，再以电能来驱动压缩式制冷，其产生电能的方式又分为光伏式和光热式两种，原理简单，容易实现；二是直接利用太阳能集热器收集热量，以热推动制冷，技术
9、要求高，但成本低、无噪声、无污染。这种方式的太阳能空调一般又可分为吸收式和吸附式两种。 吸收式制冷技术是利用吸收剂的吸收和蒸发特性进行制冷的技术，根据吸收剂的不同，分为氨-水吸收式制冷和溴化锂-水吸收式制冷两种。它以太阳能集热器收集太阳能产生热水或热空气，再用太阳能热水或热空气代替锅炉热水输入制冷机中制冷。由于造价、工艺、效率等方面的原因，这种制冷机不宜做得太小。所以，采用这种技术的太阳能空调系统一般适用于中央空调，系统需要有一定的规模。 吸附式制冷技术是利用固体吸附剂对制冷剂的吸附作用来制冷，常用的有分子筛-水、活性炭-甲醇吸附式制冷。其中以太阳能热转化驱动的空调系统一般不仅能够在夏季制冷使
10、用，而且全年可以方便地采暖和提供热水等，大大降低了系统的综合经济成本，是未来空调系统的理想形式。 2.1 吸收式空调系统吸收式空调系统是利用溶液浓度的变化来获取冷量的。 自蒸发器出来的低压蒸汽进入吸收器,被吸收剂强烈吸收,吸收过程中放出的热量被冷却水带走,形成的溶液由泵送入发生器中,被热源加热后蒸发,产生高压蒸汽,进入冷凝器冷却,而稀溶液减压回流到蒸发器,完成一个循环。它的特点与系统使用的制冷剂有关,常用于吸收式制冷系统的制冷剂有水系、氨系、乙醇系、氟里昂系四大类。水系工质对是目前研究最热门的课题之一。对它的研究主要是针对现今大量生产的商用溴化锂吸收式制冷机存在的易结晶、腐蚀性强、蒸发温度只能
11、在 0C 以上等缺陷;对氨系工质对的研究主要是针对它的一些致命缺陷,如:制冷性能系数(COP)比溴化锂小 ;工作压力高,一定的危险性;有毒;氨和水之间沸点相差不够大,需要精馏等。吸收式空调虽然技术相对成熟 ,但系统成本较压缩式高,主要用于中央空调等大型空调。吸收式太阳能空调系统之所以成为最接近商业化的太阳能空调方式，是因为它除了拥有一般太阳能空调都具有的季节匹配性好、环境友好等优点外，另一个重要的原因是它可与商品化的大型溴化锂吸收式质量冷机组配套，大幅度降低了投资运行费用，切运行较可靠。因此目前太阳能吸收式空调系统较适宜办公楼、宾馆等公共建筑的中央空调系统。为了提高太阳能吸收式空调的竞争力，可
12、在以下几方面取得突破：一是太阳能集热器。作为太阳能热利用的核心部件，高温高集热效率、低成本和可靠性都是目前的研究重心。二是太阳能化的制冷主机。目前市场上很少有针对太阳能等低温热源的溴化锂制冷机组，此外，与空调系统相配套的蓄热方式和自动控制方式也需要进一步改进和突破。2.2 吸附式空调系统吸附式空调系统根据吸附剂与吸附质之间作用关系不同,可分为物理吸附和化学吸附。 工作过程由热解吸和冷却吸附组成。吸附剂和吸附质形成的混合物在吸附器中发生解吸,放出高温高压的制冷剂气体进入冷凝器,冷凝出来的制冷剂液体由节流阀进入蒸发器吸收热量,产生制冷效果,蒸发出来的制冷剂气体进入吸附发生器,被吸附后形成新的混合物
13、,完成一个循环。 与太阳能吸收式空调系统相比，太阳能吸附式空调具有两个主要优势：一时所需热源温度较低，其太阳能集热部分一般采用平板式集热器，成本大大降低；二是吸附式系统的制冷功率相对较小，并且由于其工作特性决定吸附式增加制冷量时势必大幅度增加成本和系统重量，因此吸附式尤其适合针对普通住宅的小型化户室空调系统，具有较大的市场发展潜力。目前太阳能吸附式空调的最大缺陷是系统 COP 值偏低，不仅低于传统压缩式空调，而且远低于太阳能吸收式空调，这使得吸附式制冷的竞争力大打折扣。吸附式系统的 COP 值不高除了与工质的选择有关，主要原因是吸附系统中的传热传质性能较低，这也是限制传统吸附式制冷产业化的瓶颈
14、之一。为了改善吸附式系统的传热传质性能，提升系统整体的 COP 值，国内外学者一般在以下方向做研究和努力：（1）对工质的合理选择和优化。作为吸附式制冷的核心，选择合适的工质不仅能大大提高制冷效率还能节省成本，增强可靠性。（2）吸附式制冷循环方式的研究。如基于吸附式制冷基本循环发展而来的各种先进的连续回热回质型、多级复叠型、热波型和对流热波型。（3）改善吸附床传热传质性能的研究。吸附床是吸附制冷系统的心脏，对整个系统性能的影响至关重要。2.3 喷射式空调系统典型的太阳能喷射制冷系统主要由发生器、喷射器、冷凝器、蒸发器、工质泵及膨胀阀等组成。发生器内的工质吸收太阳能集热器收集的热能产生高压蒸汽，而
15、后进入喷射器喷嘴进行绝热膨胀，在喷嘴出口形成低压，抽吸蒸发器的低压制冷蒸汽，并与之在喷射器的混合室内混合，混合蒸汽经喷射器扩压段减速增加后，将压力提升至冷凝压力，随后混合蒸汽进入冷凝器冷却冷凝成液体，一部分经工质泵升压后进入发生器，另一部分经节流阀降压后进入蒸发器蒸发制冷，完成制冷循环。在太阳能喷射制冷系统中，循环泵是唯一的运动部件，系统设置简单，并且具有运行稳定、可靠性较高的优点。然而系统制冷量取决于蒸发器支路中的制冷工质，即被喷射器工作流体抽吸的部分，因此系统的 COP 较低。3 太阳能空调技术的优点（1） 节约能源。据统计,国际上用于民用空调所消耗的电能约占民用总电耗的50%,而太阳能取
16、之不尽、用之不竭,利用太阳能空调将大大节约能源。 （2）安全环保。根据蒙特利尔议定书,目前压缩式制冷机使用的 CFC 类工质因为对大气臭氧层有破坏作用应停止使用。而太阳能制冷一般采用非氟氯烃类物质作为制冷剂臭氧层破坏系数(ODP)和温室效应系数(GWP) 均为零。 （3）太阳能空调技术的应用前景 据统计,就空调行业而言,美国家用空调的持有量为 40%,而我国大中城市家庭的空调器普及率仅在 20%以下,在中小城镇和农村地区普及率更低,市场潜力十分巨大。目前,空调器的市场正处于发展和完善阶段,随着人们生活水平的大幅度提高,对空调的需求越来越多。现在,阻碍空调进入家庭的主要原因是耗能和价格因素;另外
17、,目前大量生产的大型商用中央空调和家用壁挂、立式空调不太适合人们日益追求的高档住宅,急需一种小型户式中央空调来填充这一空白。而从太阳能空调的优点和技术特点来看,太阳能空调最适合于上述矛盾的解决和应用。以上因素给太阳能空调技术的发展和应用带来了难得的机遇。经过几十年的发展,太阳能空调技术已经开始迈入实用化阶段。现在,科技的进步和经济的发展对能源与环境提出了更高的要求,在世界能源日益紧张的今天,采用更为节能的空调系统是人类的共同需要,相信在政府和社会的大力支持下,太阳能空调技术一定有广阔的应用前景4 存在的问题及可能的解决办法 （1） 因受太阳能集热器的影响，太阳能空调普遍存在着效率低、价格高的问
18、题。但是太阳能空调是建立在太阳能热水应用基础上的，太阳能空调中的太阳能集热器可以与太阳能热水器相通用，随着太阳能热水器的发展，太阳能集热器的效率也会提高。 （2） 从集热器、制冷机等相应的成本分配来看，集热温度、冷水温度及冷却水温度应各为多少，才能建立一个最为经济合理的太阳能空调系统，也是尚待解决的课题。（3） 由于太阳能的收集存在着时效问题，蓄热技术也必须得到很好地解决。现存的蓄热方法主要采用增加热水容量，增强保温效果，随着蓄热技术和蓄热载体的研究开发，太阳能空调系统的不可靠性和间断性也会有所改善。 （4） 对于居住相对集中的楼房来说，集热器的安装受到很大的限制。这主要是因为太阳能空调的安装
19、不普遍，楼房的设计没有考虑到太阳能空调。 （5） 没有太阳能空调系统的计算机设计软件、控制芯片、技术标准、统一的配套设备和零部件。这是科技与市场结合的问题，需要太阳能空调形成一定的规模，占领一定的市场，还需要一定的时间和政府、科技部门的支持。 经过几十年的发展，太阳能空调技术已经开始迈入实用化阶段，并逐渐走入了市场；科技的进步和经济的发展对能源与环境也提出了更高的要求，相信在政府和社会的大力支持下，紧紧依托太阳能热水器这个成熟的大市场，太阳能空调一定会有很大的发展。5 太阳能空调技术的发展前景在世界能源日益紧张。空调能耗逐年增加的情况下，采用更为节能的空调系统是人类共同需求。以太阳能为驱动热源
20、的空调制冷系统，既节约了能源，还不使用破坏大气层的氟利昂等有害物质，是名符其实的绿色空调。在节能和环保方面有很大的发展潜力。太阳能空调技术多是建立在太阳能集热器基础上，一方面，由于太阳能的利用效率低、价格高、并且受时效影响，对于居住相对集中的楼房来说，如果楼房的设计没有考虑到太阳能空调，集热器的安装将受到很大的限制；另一方面，太阳能制冷有多种形式，但就目前的研究现状来看，各种不同形式的制冷系统都多少存在着不足，所有限制了太阳能系统的运行效率，以及各种制冷循环的联合运行都是将来研究的重点领域。随着太阳能空调系统设计制造的软硬件系统、技术标准、配套设备的发展，并依托绿色建筑这个发展的建筑市场，太阳
21、能在空调制冷中的研究应用一定会有很大的发展。我国是发展中国家，地域辽阔，人口众多，电力资源分布严重不均衡，但是大多数地方，特别是西部地区阳光照射充足，随着人们生活水平的提高，对空调的需求将大大增加，而太阳能空调技术正好满足这种需求，因此必有广阔的发展和应用前景。参考文献1李金伟，秦玉涛，马利军，杜学峰.浅析太阳能空调技术的开发与应用J. 中州大学学报.2003,10，20（4）.2刘桂兰.太阳能空调技术的应用于发展J. 机械与电气.2008,12.3吴鹏.浅谈太阳能空调技术J. 科技致富向导.2009,20.4张守刚.太阳能空调技术的发展与现状J. 可再生能源.2003，03.5吕斌.太阳能空调技术的现状与发展趋势J. 节能与环保.2010，4.6郑艺华.太阳能空调技术开发利用的评价J. 中国能源.2000,07.7谭军毅，余国保，舒水明.国内外太阳能空调研究现状及展望J. 制冷与空调.2013,04.8金叶佳，尹芳芳，李开创，谷伟，余雷.常见太阳能空调制冷技术的现状及比较J. 太阳能.2011,09.
