1、利用太阳能驱动的混合动力冷水机组的太阳能制冷系统 1摘要在 2010 年,我们开发了一个名为“太阳能冷却系统”的吸收式制冷机。并且对它进行了一些改进。目前,“太阳能冷却系统”可以很容易的进行组装,而且我们还构建了示范装置,验证了组装工具。1 引言吸收式制冷机使用自然制冷剂水作为冷却介质,同时为了预防全球变暖而采用了零抽样损耗的 Freon-Free。此外,吸收式制冷机使用热能作为驱动源,具备了节约能源的能力。全球变暖问题日益严重,促进并引进可再生能源实现低碳社会已成为首要工作。在此,我们着眼于太阳能,并开发了同空调系统相结合的太阳能冷却系统。在太阳能制冷系统中,水被太阳能加热,流入吸收式制冷机
2、,其中的热能用来驱动空调。这个系统将储备丰富、能量转化率高的太阳能引入了在工业领域具有很高能耗速度的空调中。我们公司专门为太阳能冷却系统研发了太阳能混合制冷机组,并于 2010 年 6月建立完成,同时也进行了示范实验。使用单效吸收式制冷机传统的太阳能冷却系统。它是低效率吸收式制冷机。并且该系统是复杂的系统，需要后备锅炉的热水供应。 太阳能驱动的混合式冷水机组具有自动备份的水加热性能差使用功能利用太阳能热优先被热能，如天然气，石油以及使用水不稳定的太阳能热量加热。上述系统中允许使用不稳定的可再生资源的空调，同时不需要建立复杂的备份系统。我们开发了太阳能驱动的混合式冷水机组和太阳能冷却系统。介绍如
3、下：2 太阳能驱动的混合式冷水机2.1 太阳能驱动的混合式冷水机的外形太阳能驱动的混合式冷水机组是由一个高效的燃气吸收式制冷机/加热器COP1.3（总值（GDP） 热值） ，为它们配备有一个太阳能热回收单元，其包括一个热回收的主机热交换器和特殊冷凝器。利用太阳能驱动的混合动力冷水机组的太阳能制冷系统 2图 1 太阳能驱动的混合式冷水机如图 2 中所示的循环流程，太阳能热水被用于加热和再生吸溶液在热回收的热交换器。在使用这个再生过程中产生的制冷剂用于使高温的燃料发电机冷却。图 2 太阳能驱动的混合式冷水机组冷却循环流程图一般来说,太阳能收集器有特征之间的温差越小集温度和外部空气温度、收集效率越高
4、,因此,它是必须允许太阳能吸收式制冷机/加热器使用热水增加整个系统的效率。由于冷却器/加热器可以通过引入热水，使排气冷却过程中的油耗减少，因此可以考虑使用热引进吸收式制冷机/加热器（基因链接） 。但是，基因-Link 是一个旨在利用由热电联产系统等得到稳定的高温度（8390C）的废气余热热水，利用太阳能驱动的混合动力冷水机组的太阳能制冷系统 3并且不能使用低温热水。其原因在 Gene-Link 的产生原理图制冷剂蒸气的产生和在低温条件下的热交换与热回收的原理图（图 3）中可以看出。因此，饱和温度回收热交换器被该吸收式冷却器/加热器的饱和温度限制，以防止对数平均温差和收集被维持的低温.热水。图
5、3 基因环线原理图 4 太阳能驱动混合式冷水机原理因此，如原理图所示，在图 4 中，太阳能混合冷水机组的冷凝器排斥热回收换热器的热回收装置和分离提供基础吸收冷却/加热与最初因热冷却水的特殊的电容器结构。这减少了热回收装置中的压力，维持了对数平均温差，以便于收集低温.热水。利用太阳能驱动的混合动力冷水机组的太阳能制冷系统 4如图 5 所示，上述系统使低温.热水在 75C 冷却评级操作(负载率:100%,冷却水温度:32C)或更低 temp.根据加载条件和热水冷却水条件使用。图 5 太阳能驱动混合型冷水机可以使用的热水温度2.2 太阳能驱动混合式冷水机的规格由于考虑到太阳能收集器的安装面积等适用性
6、问题，有 8 种型号的吸收式制冷机/加热器与 80-300rt（281 到 1055 千瓦）可供选择。每种太阳能吸收式制冷机/加热器的基本规范如表 1 所示。表 1 产品的规范3 太阳能系统的轮廓3.1 建筑的轮廓该示范工厂建在我们位于群马县中心城市志贺县的工厂内，拥有一座与空调工厂平行建立的两层办公室。建筑物的轮廓示于表 2 中。由于该系统安装在厂房的屋顶，位置很高，而且需要通风，所以即使通过加热也很难充分加热。因此，进行加热的办公室有热负荷非常小的特性。 （加热所利用太阳能驱动的混合动力冷水机组的太阳能制冷系统 5需的年度能源消耗比例为 16%）该系统已于 2010 年 12 月和 201
7、1 年 2 月开始进行全方位的验证测试。表 2 建筑的轮廓3.2 系统的轮廓如图 6 所示的该系统的流程图。在夏季，太阳热（在 75到 90之间的热水）被引入到太阳能驱动的混合式冷水机组用于降温，在冬季，太阳热（在45到 60之间的热水）直接用于加热换热器取暖。另外，如果太阳能热量不足，可以通过气体的能量用备份系统来弥补。一种在 75到 90的高温区效率很高的真空玻璃管式太阳能集热器应用于太阳能收集器。160 面收集器（260 平方米）额定运转时满足废热回收量的太阳能驱动的太阳能混合式冷水机组就建立在办公室的屋顶上。此外，为了使太阳能收集器的安装支架尽可能的简单，采用了构建时与屋顶平行的结构。
8、如果太阳辐射突然波动，热水储存罐可以吸收太阳能收集器与太阳能驱动的混合式冷水机组之间的热量差，用以缓冲。此外，散热器可以用来防止热水由于过多的吸收热量导致沸腾，使收集的热量不能在节假日等时间使用，进行制冷或加热。图 6 系统示意图利用太阳能驱动的混合动力冷水机组的太阳能制冷系统 6图 7 收集器的外观表 3 系统布局4 太阳能冷却系统的功能4.1 降低太阳热能可用区域的温度通常，太阳能集热器都具有集热温度和外部空气温度的温差越小，收集效率越高的特性。因此，有必要使太阳能吸收式冷水机组/加热器能够利用低温.热水，以提高整个系统的效率。由于冷却器/加热器可以减少冷却，排气过程中的油耗，吸收式制冷机
9、组/加热器（Gene-Link）可能被采用。然而，Gene-Link 是一款通过热电联产等系统用于稳定高温废热热水（83到 90），故不能使用低温.热水。然而，在太阳能驱动混合式冷水机组中，75（评估）和 60（部分负载情况下）左右的太阳能热可以里利用热水换热器的优化来使用太阳能加热和审查冷却水的流程。图 8 显示了使用太阳能收集器的系统的效率。这个效率和传统相比，在60和 83（太阳辐射：1000W）提高了 3%。利用太阳能驱动的混合动力冷水机组的太阳能制冷系统 7图 8 太阳能集热器的热回收效率4.2 尽可能的简化和缩减太阳能热能收集设施一些提供从太阳能收集器会的的热水的太阳能混合动力机组
10、，例如泵，是必不可少的。但是这些项目必须在考虑太阳能驱动混合式冷水机组的包装的同时尽可能的简化。反映这些验证结果之后的包装，可以见有效的减少现场工作的步骤和建设的成本。图 9 集热器设备4.3 装备冷却/加热功能的控制和监视的热量收集设施当引入太阳能冷却系统时，有必要建专门建立启动/停止集热设施等控制功能，从而在冷冻和太阳能集热器过热时进行保护。所以，这些控制功能被组装在太阳能驱动混合式制冷系统中，控制整个系统的启动。利用太阳能驱动的混合动力冷水机组的太阳能制冷系统 8装备控制功能的太阳能驱动混合动力机组的节能效果实现了最大化，依赖于太阳能热利用的加强与联动控制功能。从而消除了对特使控制设备的
11、需求。下面有一些太阳能驱动混合动力机组添加联动控制设备的实例：（1） 太阳能驱动的混合动力机组的备份联动（2） 联锁控制相应拾取设定温度的变化此外，该系统还配备了具有细细采集功能的针对运行状态和节能效果的监控系统。监控系统可以显示任何时间的收集量和效率，从而有助于提高系统的操作条件和对审查的把握。如上所述，在建立太阳能冷却系统时，如何降低成本是一个大问题。为太阳能驱动混合动力机组装配控制系统和监控系统，有效的减少了建立系统的成本。5 评价现状和成果5.1 加热操作（1）操作条件图 10 为三月八日运营数据。从数据上看，证实了太阳热有优先使用功能和天然气为基础的备份功能的正常运行和系统的整体功能
12、功能正查。此外，虽然天气是多云和阴冷，只有在早上 10 点到下午 2 点才有太阳可以进行操作，是气体量减少了 15%。尽管如上面提到的还是有些天能观察到还原效果，二月平均减少率为5%（预估 43%）和三月份的 9%（预估 69%），这表明一个远低于预估的水平。正如建筑概要中描述，因为在该地区受加热时建筑实际操作中的一部分，如果转化成空调负荷银子，数据代表只有 3%的负载（日平均），此外，负荷集中在早晨和晚上，以此，当太阳热能可以使用时却几乎在空载的条件下保存了一天的时间。因此，不考虑时区的话，会造成很大哦差异。此外，低估了太阳能集热器的辐射是另一个因素。然而，每年天然气使用量的加热率约为 16
13、%，是一个较低的水平，和假定的每年预估值没有的太大区别。（2）改进点利用太阳能驱动的混合动力冷水机组的太阳能制冷系统 9即使在单一操作太阳热量的条件下，不断冷却/加热。由于在单一操作条件下太阳能可以在白天长时间保持，并且随时使用，我们打算通过自动停止制冷/加热来实现节能。此外，在设施方面，我们的目标是通过提供一个利用收集到的太阳热进行加热的储热水箱来对系统进行提升以及采取措施检查辐射后的建设条件。图 10 加热操作数据（第三日）5.2 冷却操作（1）操作条件图 11 为五月二十日的操作数据，图 12 为六月二十八日的运营数据。从数据上看，这是证实了太阳热优先使用功能和天然气为基础的备份的功能的
14、正常运行和整体系统的正常功能。由于在最高温度为 28.4和较低的负载条件下的一些操作，空调的负荷系数只有五月二十日的 23%，气体量则能减少 25%。同时，最高温度为 34.5和空调负荷系数为六月二十八日的 60%，然而，气体量可以减少 11%。冷却操作开始在 5 月下旬，因此，每月还原率的数据仅显示在 6 月，但是，正如预估的结果，降低 10%是可以实现的。（2）太阳能驱动混合动力机组的影响据证实，从太阳能集热器获得的热水可以不断在 75或更低的温度下使用，甚至在 60的低负荷操作期间，也能使用。利用太阳能驱动的混合动力冷水机组的太阳能制冷系统 10在实际系统中，由于太阳辐射，效果不能够量化
15、。负载波动应考虑利用专门为太阳能的利用而开发的混合动力机组，这样可以有效减少从太阳能集热器中提取的热量，因此该系统被证实提高了太阳能集热器收集效率以及整个系统的效率。图 11 冷却操作数据（五月二十日）图 12 冷却操作数据（六月二十八日）（3）改进点当冷却器/加热器的制冷剂泵激活启动/停止控制开关，并改变到低负荷运行模式时，热水的引流打开，同时关闭制冷剂泵的启动/停止开关。然而，即使在利用太阳能驱动的混合动力冷水机组的太阳能制冷系统 11只有太阳能热水的操作负荷下，也能证实提取温度的增加依赖于接通时的延时输出，还有备份控制系统的激活。6 结论上述的太阳能驱动的验证显示，专门开发的混合动力机组
16、的应用却定了太阳能热的利用。进一步来说，我们确保了我们的组合系统可以有效的引入太阳能制冷系统。通过商业化的系统改进，在验证中反馈未来，我们的目标是让太阳能冷却系统被大众承认为一个解决全球变暖问题的有效工具，然后大力推广。参考文献1）Matsubara, T, Honma, R, Kato, K, 2010, Demonstration test of commercial-use air-conditioning system using solar heat and development of special absorption chiller/heater, Transactions of the Japan Society of Refrigerating and Air Conditioning Engineers
