太阳能制冷与空调

太阳能空调的意义
从节能和环保的角度考虑，用太阳能替代或部分 替代常规能源驱动空调系统，正日益受到世界各国 的重视。 当前，世界各国都在加紧进行太阳能空调技术的 研究。据调查，已经或正在建立太阳能空调系统 的国家和地区有意大利、西班牙、德国、美国、日 意大利、 意大利 西班牙、德国、美国、 韩国、新加坡、香港等，这是由于发达国家的 本、韩国、新加坡、香港 发达国家的 空调能耗在全年民用能耗中比发展中国家占有更大 的比重。因此，利用太阳能进行空调，对节约常规 的比重 能源、保护自然环境都具有十分重要的意义。
太阳能制冷与空调
思考题
1 太阳能吸收式空调系统自身的特点有那些 与常 太阳能吸收式空调系统自身的特点有那些?与常 又有何优缺点? 规的压缩式空调系统相比，又有何优缺点 2 太阳能吸收式空调系统工作时分几个环节 简述 太阳能吸收式空调系统工作时分几个环节?简述 其工作原理. 其工作原理 3 常规的压缩式空调系统工作时分几个环节 简述 工作时分几个环节?简述 其工作原理. 其工作原理 4 制冷系统工作时经常有相变产生 为什么 制冷系统工作时经常有相变产生,为什么 为什么? 5 举例说明你在生活中见到的连续发生两次相变 的实例. 的实例
随着我国国民经济的迅速发展和人民生活的逐 步提高，在全国用能量不断增加的同时，温室气体 的排放量也正在快速增长，我国目前已成为世界上 世界上 温室气体排放第二大国。 温室气体排放第二大国。因此，节约能源、减少温 室气体排放是一项需要全社会作出不懈努力的重要 任务。 太阳能是一种取之不尽、用之不竭的洁净能源。 在太阳能热利用领域中，不仅有太阳能热水和太阳 不仅有太阳能热水和太阳 能采暖，而且还有太阳能制冷空调。 能采暖，而且还有太阳能制冷空调 换句话说，在太阳能转换成热能后，人们不仅 可以利用这部分热能提供热水和采暖 热水和采暖，而且还可以 热水和采暖 利用这部分热能提供制冷空调。 利用这部分热能提供制冷空调
4.3 太阳能吸收式制冷系统
吸收式制冷是利用两种物质所组成的二元溶 液作为工质来运行的。这两种物质在同一压强 下有不同的沸点，其中高沸点的组分称为吸收 高沸点的组分称为吸收 低沸点的组分称为制冷剂。 剂，低沸点的组分称为制冷剂。 吸收式制冷就是利用溶液的浓度 溶液的浓度随 吸收式制冷就是利用溶液的浓度随其温度 压力变化而变化这一物理性质 变化而变化这一物理性质， 和压力变化而变化这一物理性质，将制冷剂与 溶液分离，通过制冷剂的蒸发而制冷 蒸发而制冷， 溶液分离，通过制冷剂的蒸发而制冷，又通过 溶液实现对制冷剂的吸收。 溶液实现对制冷剂的吸收。
(2)虽然太阳能空调可以无偿利用太阳能 资源，但由于自然条件下的太阳能辐照密度 不高，使太阳集热器采光面积与空调建筑面 使太阳集热器采光面积与空调建筑面 积的配比受到限制，因此目前尚只适用于层 积的配比受到限制，因此目前尚只适用于层 数不多的建筑。 数不多的建筑 要解决这个问题的途径，应当是加紧研 制可产生水蒸气的中温太阳集热器 水蒸气的中温太阳集热器，以便将 水蒸气的中温太阳集热器 中温太阳集热器与蒸汽型吸收式制冷机结合， 进一步提高太阳集热器采光面积与空调建筑 面积的配比。
溴化锂水溶液是由溴化锂和水这两种成分组 成，它的性质跟纯水很不相同。纯水的沸点只与 纯水的沸点只与 压力有关， 压力有关，而溴化锂水溶液的沸点不仅与压力有 关，而且与溶液的浓度有关 与溶液的浓度有关。 与溶液的浓度有关 由于溴化锂本身的沸点很高，极难挥发 沸点很高， 沸点很高 极难挥发，所 以可认为溴化锂饱和溶液液面上的蒸气为纯水蒸 气；在一定温度下，溴化锂溶液液面上的水蒸气饱和分压力小
转移热量的过程，就是制冷过程 转移热量的过程，就是制冷过程。
根据热力学第二定律，热量只能自发地从高温物 体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温 人工制冷过程， 物体。人工制冷过程，就是在外界的补偿下将
低温物体的热量向高温物体传送的过程。 低温物体的热量向高温物体传送的过程。 的过程
以使用的补偿过程的不同，制冷大体上可 以分为两大类。 一类是消耗热能，用热量由高温传向低温 一类是消耗热能 的自发过程作为补偿，来实现将低温物体的热 量传送到高温物体的过程。 另一类是消耗机械能，用机械做功来提高 另一类是消耗机械能 制冷剂的压力和温度，使制冷剂将从低温物体 吸取的热量连同机械能转换成的热量一同排到 环境介质中，从而完成热量从低温物体传向高 温物体的过程。
4.1.3 太阳能空调在现阶段的局限性
当然，凡事都要一分为二。在强调太阳能空调 具有诸多优点的同时，也应当看到它现阶段存在的 一些局限性，因而需要进一步加强研究开发，努力 在推广应用过程中逐步解决这些问题。 (1)虽然太阳能空调可以显著减少常规能源的 消耗，大幅度降低运行费用，但由于现有太阳集热 器的价格较高，造成太阳能空调系统的初始投 资偏高， 资偏高，因此目前尚只适用于较为富裕的用户。 要解决这个问题的途径，应当是坚持不懈地降低现 有太阳集热器的成本，使越来越多的单位和家庭具 有使用太阳 能空调的经济承受力。
太阳能吸收式制冷系统
• 由于这种制冷方式利用吸收剂的质量分数 由于这种制冷方式利用吸收剂的质量分数 变化来完成制冷剂循环 所以被称为吸收 来完成制冷剂循环， 变化来完成制冷剂循环，所以被称为吸收 式制冷。 式制冷。 常用的吸收剂—制冷剂组合有两种： • 一种是溴化锂 水，通常适用于大中型中央 溴化锂-水 溴化锂 大中型中央 空调； 空调 • 另一种是水-氨，适用于小型 小型家用空调。 水氨 小型
人类赖以生存的地球正在逐渐变暖，地 地 球表面的温度正在逐步上升，我国的年平均 球表面的温度 年平均 气温也正在逐年升高。 气温 以华北地区为例，1980—1989年期间的平 均气温升高0.1-0.6℃，1990—1998年期间的 平均气温升高0.3～0.8℃。正因为如此，人 们对夏季空调的要求越来越强烈，安装空调 已成为我国大部分地区的一股消费热潮。
4.2 太阳能制冷系统分类
4.2.1 制冷的基本概念及分类 所谓制冷，就是使某一系统的温度低于周围环境介 质的温度并维持这个低温。此处所说的系统可以是空 间或者物体；而此处所说的环境介质可以是自然界的 空气或者水。 为了使这一系统达到并维持所需要的低温，就得不 断地从它们中间取出热量并将热量转移到环境介 质中去。 质中去 这个不断地从被冷却系统取出热量并
(2)压缩式制冷机的主要部件是压缩机， 无论采取何种措施，都仍会有一定的噪声； 而吸收式制冷机除了功率很小的屏蔽泵之 外，无其他运动部件，运转安静，噪 运转安静，
声低。 声低。
(3)同一套太阳能吸收式空调系统可以 将夏季制冷、冬季采暖 夏季制冷、 夏季制冷 冬季采暖和其他季节提供热 水三种功能结合起来，做到 一机多用， 一机多用， 四季常用，从而可以显著地提高太阳能 系统的利用率和经济性。
4.1.2 太阳能空调的优点
• 太阳能空调的最大优点在于季节适应性好：一 方面，夏季烈日当头，太阳辐射能量剧增，人们 在炎热的天气迫切需要空调；另一方面，由于夏 季太阳辐射能量增加，使依靠太阳能来驱动的空 调系统可以产生更多的冷量。
• 常规电能空调，天热是用电高峰，制冷与 常规电能空调，天热是用电高峰， 季节耗能矛盾十分突出。 季节耗能矛盾十分突出。 • 而太阳能空调系统的制冷能力是随着太阳 太阳能空调系统的制冷能力是随着太阳 辐射能量的增加而增大的， 辐射能量的增加而增大的，这正好与夏季 人们对空调的迫切要求相匹配。 人们对空调的迫切要求相匹配。
(3)虽然太阳能空调开始进入实用化示范 阶段，愿意使用太阳能空调的用户不断增多， 但由于已经实现商品化的都是大型的溴化锂 吸收式制冷机，目前尚只适用于单位的中央 空调。 解决这个问题的途径，应当是积极研究 开发各种小型的溴化锂 溴化锂吸收式制冷机或 溴化锂 氨-水吸收式 水吸收式制冷机，以便将小型制冷机与 太阳集热器配套，逐步进入千家万户。
4.1.1太阳能空调的意义 4.1.1太阳能空调的意义
近年来，我国城乡建筑的发展非常迅速。全 国每年建成的房屋建筑面积高达16～19亿平方 米。到2001年底，全国城乡现有的房屋建筑面 积已超过360亿平方米。建筑耗能在全球总耗能 中占有很大的份额。目前，全国建筑耗能量已 全国建筑耗能量已 超过全国总耗能量的四分之一以上，而且有继 超过全国总耗能量的四分之一以上 续上升的趋势。众所周知，建筑耗能包括热水、 采暖、空调、照明、家电等。其中，住宅和公 共建筑的空调在全部建筑耗能中占有很大的比 重。
4.3.1 溴化锂吸收式制冷
(1)溴化锂吸收式制冷的工作原理 溴化锂吸收式制冷的工作原理 在溴化锂吸收式制冷中，水作为制冷剂，溴化 锂作为吸收剂。 溴化锂是由碱金属元素锂(Li)和卤族元素(Br) 溴化锂 两种元素组成，分子式LiBr 分子式LiBr 分子式LiBr，分子量86.844，密 度346kg／m3(25 ℃时)，熔点549 ℃ ，沸点 沸点 1265 ℃ 。 它的一般性质跟食盐大体类似，是一种稳定的物 质，在大气中不变质、不挥发、不分解、极易溶 在大气中不变质、 在大气中不变质 不挥发、不分解、 解于水，常温下是无色粒状晶体，无毒、无臭、 解于水，常温下是无色粒状晶体，无毒、无臭、 有咸苦味。 有咸苦味
(1)传统的压缩式制冷机以氟里昂为 传统的压缩式制冷机以氟里昂为 传统的压缩式制冷机以氟里昂 介质， 它对大气层有一定的破坏作用， 介质， 它对大气层有一定的破坏作用， 蒙特利尔协议书签订后 特别是蒙特利尔协议书签订后， 特别是蒙特利尔协议书签订后，国际上 禁用氟氯烃化合物， 将禁用氟氯烃化合物，迫切要求寻找代 用工质； 用工质； 而吸收式制冷机以不含氟氯烃 化合物的溴化锂为介质，无臭、无毒、 化合物的溴化锂为介质，无臭、无毒、 溴化锂为介质 无害，十分有利于保护环境。 无害，十分有利于保护环境。
太阳能光热转换制冷，即本章介绍的太阳能制冷或机械能)作为外界的补偿，使系统达到并维持所需 的低温。 如果按上述消耗热能及消耗机械能这两大类补偿 过程进行分类的话，太阳能制冷系统主要有以下几 种类型。（重点介绍其中两种类型） 重点介绍其中两种类型） (1)太阳能吸收式制冷系统 消耗热能 。 太阳能吸收式制冷系统(消耗热能 太阳能吸收式制冷系统 消耗热能)。 (2)太阳能吸附式制冷系统(消耗热能)。 (3)太阳能除湿式制冷系统(消耗热能)。 (4)太阳能蒸汽压缩式制冷系统 消耗机械能 太阳能蒸汽压缩式制冷系统(消耗机械能 太阳能蒸汽压缩式制冷系统 消耗机械能)。 (5)太阳能蒸汽喷射式制冷系统(消耗热能)。 在下面4.3～4.7中，将对这五种太阳能制冷系统 的工作原理及其有关问题分别予以介绍。