太阳能冷暖空调设计方案

太阳能冷暖空调设计方案

1 绪论

目前市场上的空调器种类繁多，但社会上使用的空调系统主要还是以空气源热泵作为冷热源，由于其“室外机”受环境空气季节性温度变化规律的制约，夏季供冷负荷越大时对应的冷凝温度越高而冬季供热负荷越大时对应的蒸发温度越低，为此增加了大量能耗。根据热力学原理，降低冷凝温度或提高蒸发温度都将提高制冷循环效率、节约能源。为此若能寻找到更理想的新热源形式取代或部分取代目前多采用的空气热源，无疑将有广泛的应用前景和明显的节能效果。由于太阳光的辐射和土壤的保护，地下一米半处温度常年保持在5～15℃。我们生活的环境温度随着季节的不同，变化很大，冬季，北方最低气温零下40℃，夏季，南方最高气温零上40℃。实际上，相对于环境温度，冬季，地温是一个巨大的热资源，夏季，地温是一个巨大的冷资源。地温中央空调的运行原理: 这项高新技术根据可逆卡诺循环原理，利用地温能源，冬天采用热泵技术原理，通过热交换将地下水或土壤中的热量提出用于室内采暖，而夏天则利用地下土壤或地下水带走热量，达到制冷效果。与地面上环境空气相比，地温中央空调利用地源热泵技术,采用逆卡诺循环原理,利用水循环把地下水中的热能收集起来,再进行能量转换,制冷时出口温度为7～12摄氏度,供热时出口温度为45～55摄氏度。夏季室内温度控制在18～22摄氏度以下, 在冬季可以用太阳能产生的热量使室温保持在16～20摄氏度,是集制冷、供暖为一体的经济型中央空调。太阳能冷暖空调是利用先进的超导传热贮能技术，集成了太阳能，超导地源制冷系统的优点，最新研发成功的一种高效节能的冷暖空调系统。该系统的输入端可以连接到太阳能集热板，超导地源低温制冷系统。它的输出端与室内冷暖分散系统相连接。所有的连接设备，均采用温控系统集中自动控制，是冬季采暖夏季制冷的节能环保产品。设计中采用太阳能发电来为太阳能冷暖空调提供所需的高品位电能,是空调行业的创新,随着人们对环境的重视。经过近十几年来,科学家的不断探索,太阳能发电技术已经趋于成熟, 我国太阳能资源丰富，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000个小时，与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多。我国太阳能资源的理论储量达每年17000亿吨标准煤，约等于数万个三峡工程发电量的总和。因而太阳能发电在我国很有发展潜力，用太阳能发电来满足空调所需电能,对我国能源的合理利用有着重要的意义。

地源热泵技术在空调行业的应用,将大大缓解我国能源短缺问题。据统计，我国总的能源利用率约为30％，这仅相当于发达国家50年代的水平。我国建

筑耗能约占总耗能的25％，其中供热采暖能耗约占一半。能源短缺导致中国的能源价格越来越接近发达国家的水平。要在可利用能源每年增长率仅为3％～5％的条件下满足国民经济持续每年增长8％～9％，就必须重视节能技术和节能产品的开发利用，这决定了必须在窍门和取暖这一耗能大项上有所改进。中国建筑科学研究院空调所指出，地源热泵技术由于热泵仅仅用来传输热量，而不是产生热量，所需要的热量有70％来自地下，夏天制冷时，用来将建筑物中的热量传入地下所消耗的电力也非常少，因此可以大大缓解我国的能源压力。

同时，地源热泵技术是一项环保性技术。分析和调查表明，地源热泵的应用将减轻臭氧层的破坏，对降低温室效应起了积极作用,这项技术和沼气发电技术在空调行业的联合应用将缓解城市空气污染问题,符合我国的可持续发展战略。

2 设计要求

系统的具体设计要求为：

（1）设计出能利用太阳能转换成电能的设备来带动地温空调。

（2）利用水循环把地下水中的热能收集起来,进行能量转换,进行制冷、供暖。

（3）解决回灌井回灌效果不好（堵塞）问题。

（4）解决水井管网排污、清洗管路中杂质问题。

（5）解决回灌水从井中溢出问题。

基于上述要求, 所设计的系统必须有以下结构模块：光能－电能转化单元,能量收集及其转化单元,常见问题的优化单元。

3 冷暖地温空调工作原理及其设计与研究

3.1 设计原理及其特点

3.1.1 设计原理

地温中央空调采用逆卡诺循环原理, （该原理是由两个绝热过程和两个等温过程构成的循环过程。它是1824年N.L.S.卡诺在对热机的最大可能效率问题作理论研究时提出的。卡诺假设工作物质只与两个恒温热源交换热量，没有散热、漏气等损耗。为使过程是准静态过程，工作物质从高温热源吸热应是无温度差的等温膨胀过程，同样，向低温热源放热应是等温压缩过程。因限制只与两热源交换热量，脱离热源后只能是绝热过程，①在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆热机的效率都相等，与工作物质无关，其中T1、T2分别是高温和低温热源的绝对温度。②在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可逆热机的效率不可能大于可逆卡诺热机的效率。可逆和不可逆热机分别经

历可逆和不可逆的循环过程）利用水循环把地下水中的热能收集起来,再进行能量转换。再利用热泵原理（热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象，其工作原理与制冷机相同）通过少量的电能输入,实现低位热能向高位热能转移，利用水源热泵机组代替传统的制冷机组和锅炉,以水为储存和提取能量的基本介质,借助压缩机系统,消耗少量电能,在夏季将建筑物中的热量转移到水中。冬季则从水源中提取热量,以达到调节室内温度的目的。同时设计中利用太阳能发电来提供水空调所需电能,是空调行业的创新。

该机组设计合理，运行稳定可靠，制冷制热效率高，运行的可靠性和稳定性强，该机组最大优点是：高效、节能、经济、环保、运输、安装、维修极为方便,更加高的取暧比。

3.1.2 特点

（1）高效一般空调对着空气换热称为风冷热泵，缺点在于天气炎热或者寒冷最需要冷量或热量时效率反而下降。地温一年四季基本恒定在16℃左右，略高于该地区平均温度1到2度，使得热泵无论在制冷或制热工况中均处于高效率点，1kw的能量可供60-80平方米的建筑采暖、制冷。

（2）耗电省冬季运行时，COP约为4.2，即投入1KW电能，可得到4KW 的热能，夏季运行时，COP可达5.3，投入1KW电能，可得到5KW的冷量，能源利用效率为电采暖方式的3-4倍；并且热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的用电能耗。

（3）节省占地面积省去了冷却塔、锅炉及与之配套的煤棚和渣场，节省了土地资源，产生附加经济效益，并改善了建筑物的外部形象。

（4）经济初投入低于其它中央空调机组，运行费用仅为其它型式空调机组的50%左右。

（5）可靠性高、寿命长无故障运转时间５万小时，使用寿命20－30年。

（6）环保使用过程中不释放任何对环境有害的排泄物，井水回灌，不破坏水资源。

（7）安全不存在任何爆炸和燃烧的隐患，使用方便，适用面广，既可用于中草药小区域取暖制冷，又可多机组合用于建筑群体。

（8）舒适适度除室内湿度不过分干燥,而且相对湿度应该始终保持在60%左右人体最舒适水平，这样就克服了井水空调过分潮湿和氟利昂空调过分干燥的缺陷。

（9）健康空气净化能力强，不断产生负离子，室温柔和清凉爽快森林般自然环境不生空调病。