基于太阳能辐射技术的热能转换空调制冷技术分析

摘 要 随着生态环境的恶化和全球性资源危机，太阳能资源作为一种可再生清洁能源，近年来受到国际社会的关注，并开始广泛应用在发电、制热过程中。空调作为家庭基本家用电器，虽然改善了夏天人们生活的环境，但是空调运行期间需要耗费大量的电力。太阳能辐射技术将太阳能转换为热能，然后用热能进行制冷，能够有效地缓解夏天高峰用电紧张局面。

关键词 太阳能辐射技术 热能转换 空调制冷技术

中图分类号：TU831.6 文献标识码：A

0引言

随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，空调具有制冷供暖作用，因此逐渐走入千家万户。根据最新数据显示，我国城镇居民每百户空调拥有量已经达到了125台。然而中国作为空调生产大国和使用大国，空调在使用过程中需要耗费大量的电力，尤其在夏季空调是用电的主要设备。太阳能作为节能环保能源之一，将其用于空调制冷技术，能够将太阳能转换为冷能量达到制冷效果，将太阳能制冷技术与我国的季节相匹配，充分利用我国太阳能资源。目前太阳能制冷技术有多种，但是应用最广的是基于太阳能辐射热能转换空调制冷技术。这种制冷技术成本低，能够进行大规模推广。

1太阳能辐射技术热能转换空调制冷技术原理

太阳能辐射技术热能转换空调制冷技术原理其实就是利用太阳能实现供热和制冷的过程，实现这一技术途径有两种方式：第一，通过太阳能转换为热能，然后再将热能进行制冷。第二种方法就是将太阳能转换为电能，然后由电能进行供热制冷。但是这种方法都必须依靠太阳能集热器，太阳能集热器是太阳能辐射空调制冷技术的关键元件。下图是太阳能辐射热能转换空调制冷工作原理图：

从上述图中可以看出太阳能集热器有平板式、真空管式以及聚焦式，其中平板式集热器集热温度低，聚焦式集热器集热温度性能最好。按照太阳能集热器的集热温度，可以将太阳能辐射热能转换空调技能技术分成吸收式、吸附式、除湿空气以及喷射式制冷式。其中吸收式空调制冷技术在太阳能辐射热能制冷技术中应用最广。下图是太阳能辐射热能制冷模式对应的集热器和集热温度图：

从上图中可以看出，除湿太阳能集热技术所需的热源温度最低，这主要是由于除湿空调的主要目的是除湿，所以除湿空调环境为开放式的环境。所以集热器可以选择平板式太阳能集热器和空气集热器，吸附式制冷集热器所需的热源在60℃-85℃，如果集热温度超过85℃，那么可以驱动单效吸收式制冷，如果集热温度达到了150℃时，则可以驱动双效太阳能吸收制冷模式，这种运行模式效率非常高，能够充分发挥太阳能集热器的制冷功能。

2当前太阳能辐射热能空调制冷技术存在的问题

虽然近年来，太阳能广泛应用在发电以及制冷领域，但是在实际推广中还存在以下问题：第一，太阳能辐射技术适用建筑层数比较少。由于太阳能集热器的采光面积比较大，所以无法在高密度的辐射到大量的建筑楼层。第二，太阳能辐射技术的应用成本比较高。由于太阳能辐射热能空调制冷技术使用的主要器件太阳能集热器价格比较昂贵，所以在推广过程中，不太容易被普通家庭接受，因此推广起来具有一定的难度。因此，只有加快对太阳能集热器的研究和开发，降低太阳能集热器的使用成本，才能进一步推广太阳能集热器。第三，太阳能辐射技术的热能转换空调制冷技术系统比较复杂。太阳能辐射转换热能空调调节的温度在0-100℃之间，如果超过或者小于这个温度，那么制冷系统就无法正常发挥出它应有的作用。所以使用这种技術的制冷系统必须按照大量的辅助热源，增加制冷规模，这一定程度上使得系统的结构更加复杂。

3基于太阳能辐射技术人吸收式空调制冷技术

考虑到太阳能的应用成本以及推广，太阳能辐射技术的热能转换空调制冷技术在应用过程中要与建筑有效的结合，所以可以使用太阳能辐射技术的吸收式空调制冷系统。

3.1空调制冷系统流程

按照太阳能辐射技术的吸收式空调制冷技术，所使用的集热器为U型管太阳能集热器，这种集热器在高温条件下集热效果非常好。U型管太阳能集热器在集热面积为90平方米的条件下，具有3立方米的保温水箱，而且U型管太阳能集热器制冷机组选择单效溴化锂-水吸收系统，这种吸收系统的额定制冷量为8KW，冷冻水出口流量为2m3/h，冷冻水的流量温度为10℃；冷却水出口流量为6m3/h，流量温度在30℃；系统热水进水温度为90℃，流量为6.2m3/h。该系统与辐射吊顶末端进行连接，对室内热负荷进行有效的控制。

3.2空调制冷系统构成

该吸收式空调制冷系统由U型管太阳能集热器、单效溴化锂-水吸收模式的之恶灵机组、数据采集中心、控制系统、辐射供冷系统等构成。其中辐射吊顶的使用面积为50平方米的毛细管辐射末端，这种毛细管的外径大小为3.35mm，厚壁为0.5mm。独立除湿送风系统使用一次回风、两级冷却模式进行独立除湿，独立除湿送风系统运行模式如下：首先空调制冷系统的新风和回风交融，然后风机将两种混合风送到预冷器，太阳能制冷系统以提供的冷水进行冷热源交换，风冷冷却器进行二级冷却除湿，并将冷却风送到机组。根据上文中吸收式空调制冷技术的流程可以看出，室内送风分成两级进行，首先将太阳能进行预冷，然后用电能制冷，这种制冷模式降低电能的消耗。数据测量系统由温度传感器、数据采集器、流量计以及光谱辐射传感器等构成，其主要目的是测量温度、太阳能辐射强度以及流量。光谱辐射传感器的敏感度比较高，能够测量9.35um/W/㎡，温度传感器的测量精度是0.15℃，主要是测量风机进出口温度以及房间表面温度，流量计则测量冷却水、预冷水、出口水的温度，其测量精度位0.1m3/h。

3.3吸收式空调制冷系统制冷性能分析

基于太阳能辐射技术热能转换吸收式空调制冷系统进行研究，选择夏季天气比较晴朗，制冷机器太阳能资源比较集中的时间9：30-17：50进行运行。发现太阳能辐射吸收式空调制冷系统集热规律如下：

从上述图中可以看出太阳能辐射一天的总量为17MJ/㎡，室外平均气温为30℃，太阳能辐射最强的时间段为13：30，最强达到了800W/㎡，一天的平均辐射量为475W/㎡。下图为太阳能蓄水水箱温度变化曲线：

从上述曲线变化图可以看出，太阳能蓄热水箱温度最大值在14：00，最高温度可达到87℃，与太阳能辐射强度最强值落后半个小时，系统运行时间水箱集热平均温度为78℃。下图为空调制冷量和制冷机组消耗热量图

吸收式空调运行期间，空调制冷机组平均制冷量在4KW，最大制冷量为4.7KW，空调一开始的实际制冷系数为0.3，随着时间的推移，到了15：30左右，空调制冷效率逐渐提高，这主要是由于太阳能辐射降低，制冷剂消耗的热量降低，那么蓄水水温则不断上升。从上述结果可以看出，吸收式太阳能空调制冷效果比较好，可以大范围进行推广。

4结束语

近年来，我国太阳能空调制冷技术不断进步，然而实际应用和推广过程中还存在不少技术难题。因此，要进一步加大对太阳能制冷技术的研究。将太阳能转化为热能，然后用热能进行制冷，在制冷过程中与周围的建筑有效的结合在一起，从而最大限度发挥太阳能制冷作用，降低太阳能应用的成本，为推广和应用太阳能空调制冷技术打下良好的基础。

参考文献

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