太阳能空调制冷技术的研究.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date太阳能空调制冷技术的研究太阳能空调制冷技术的研究专科毕业设计（论文）论文题目： 太阳能空调制冷技术的研究 二级学院： 轮机工程学院 专 业： 供热通风与空调工程技术 班 级： 供热空调121301 姓 名： 翁亚伟 学 号： 121810130129 指导教师： 吕龙 职 称： 助教 2015年6月 南京原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在指导教师的指导下，

2、独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日论文使用授权本人完全了解江苏海事职业技术学院有关保留、使用论文的规定，学院有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏海事职业技术学院可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）作者签名： 指导教师签名： 日期： 年

3、 月 日摘要太阳能空调制冷技术一般有两种，第一种是利用光伏技术产生电力，再用电力推动传统压缩式制冷机制冷；第二种是进行光-热转换，用热作为能源制冷。第一种方法比较常规，但以目前市场上电池的价格计算，利用光伏技术的造价为光-热转换的3-4倍，因此国内外的太阳能空调系统通常以第二种为主。本文总结了太阳能的利用和几种不同太阳能空调制冷技术，并且分析了太阳能空调制冷技术的发展前景，认为在提高太阳能产业规模和加大对太阳能空调制冷技术的研发投入后，太阳能空调制冷技术将会拥有更广阔的发展空间！关键词太阳能制冷技术发展前景研发投入 -Abstract Solar air conditioning and re

4、frigeration technology in general, there are two methods, the first is the use of photovoltaic technology to generate electricity, and then the power to promote the traditional compression chiller refrigeration; the second is light - heat conversion, and heat as an energy source for cooling. The fir

5、st method is more conventional, but the current market price of the battery calculated using the cost of photovoltaic technology for the light - heat conversion of 3-4 times, so solar air-conditioning system is usually the second main overseas. This article summarizes the use of solar energy and sev

6、eral different solar air conditioning and refrigeration technology, and analyzes the development prospects of solar air conditioning and refrigeration technologies that increase in the size of the solar industry and solar air conditioning and refrigeration technology to increase R & D investment, so

7、lar air conditioning and refrigeration technology It will have a broader space for development!Keywords Solar Refrigeration technology Prospects R & D investment 目 录1 引言12 太阳能22.1太阳能的含义和优势32.2太阳能的主要利用方式32.3太阳能在空调制冷领域的应用33 几种新型太阳能制冷技术53.1 太阳能吸收式制冷技术53.2 太阳能吸附式制冷技术63.3 太阳能喷射式制冷技术84 太阳能空调制冷技术优势与应用前景104

8、.1太阳能空调制冷技术优势分析104.2太阳能空调制冷技术应用前景分析105 阳能空调制冷技术发展趋势125.1产业化125.2 研发新的技术 115.3 建筑物的热-电-冷联供系统11结 论12致 谢13参考文献141 引言太阳能是独一无二的清洁能源，它取之不尽用之不竭，是地球万物的能量来源。大力发展太阳能驱动制冷装置，可减轻对传统能源的依赖。另一方面，采用新能源也能减轻传统人工合成冷媒对地球温室效应的加剧和对大气臭氧层的破坏，节能环保一举两得！目前市场上空调制冷装置的动力来源基本以传统能源为主，而且所采用的工质往往是高代价的氟利昂等。随着空调制冷设备的普及，这些设备的节能与环保问题也更是受

9、到社会的关注与重视。所以在制冷空调领域，加大对新能源的研究投入，加强新能源在制冷空调设备的应用意义重大。在新能源领域中，太阳能的普遍性与可利用性更是受到全球研究者的青睐。因此大力发展太阳能空调制冷设备刻不容缓。太阳能空调制冷技术起步于上个世纪七十年代后期，起步阶段多数是小型的吸收式制冷试验样机。后来沙特阿拉伯建设了平板集热器的太阳能空调，采用溴化锂制冷机进行制冷，并公开了其性能。上个世纪九十年代，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制冷机，热源温度只需60以上，特别适合于太阳能的利用。目前国内不少空调厂家也开始生产太阳能空调了，比如说珠海格力生产小型太阳能空调，天加空调以及福州能

10、源研究所等生产的大型太阳能空调都具有比较成熟的经验。 2 太阳能2.1太阳能的含义和优势2.1.1太阳能的含义我们人类需要的能源大部分都直接或间接地来自太阳。太阳能也被称为“太阳辐射”，主要是指太阳以能量的形式向太空发射的电磁辐射。太阳会在高温核聚变反应时释放出大量的辐射，其中只有二十亿分之一的能量到达地球，但却给地球提供了大量的光和热。此外我们熟悉的风能，水能也都由太阳能转换得到。2.1.2太阳能的优势太阳能是一种天然洁净的能源。太阳能是清洁能源，在开发利用中过程，不会对生态环境产生危害，不可能输出污水，残渣废气等污染物。而且太阳能无害无毒，开发利用太阳能不会对人对物造成伤害，在倡导低碳生活

11、的今天，这几点是极其宝贵的。太阳能能是现今世界上可以开发的最大能源。在已经探明的情况下，全球可以开采的煤炭资源总量是16000亿吨，这些煤炭预计还可以开采200年。截止2013年,煤炭在中国的能源结构中占主导地位，占比接近70%。此外全球可采开采的化石能源总量也就只相当于34000亿吨原煤！但是太阳能资源十分巨大，每年由于太阳辐射地球表面而创造的能量就相当于1300000亿吨原煤！太阳能是相当普遍的，利用方便。无论在平地、高原、海洋，无论亚洲、非洲、欧洲，乃至南北两极，太阳能无处不在！太阳能可以直接开发利用，不要担心运输和开采费用。在偏远农村、孤岛和山地高原中，能源利用最大问题就是运输问题,如

12、石油，天然气煤炭都需要大型工程运输。相比较而言，太阳能显然具有明显优势太阳能还具有最重要的长久性。太阳能几乎是用之不竭的，我们所生活的地球的生命大概还有几十亿年，而根据太阳产生的核能速率推测，太阳能还能存在上百亿年。从这个意义上讲，可以说太阳能是肯定用不完的。所以，大力发展太阳能是实现可持续发展的必然选择。2.2太阳能的主要利用方式 太阳能的主要利用方式一般分为：光热利用，光电利用还有光生物利用。光热利用：它是把太阳辐射热能收集起来，物质再相互作用转化为热能。现在市场上有以下几种太阳能收集器：平板型集热器，聚焦集热器和真空管集热器。 目前我们所熟知的太阳能热水器、太阳房、太阳能空调、太阳能海水

13、淡化等都是利用这个原理。光电利用：目前太阳能研究的最主要方向就是太阳能发电。太阳能发电一般有两种方法，第一种是光-热-电转换。一般是先把光能转化为热能，再把热能转化为电能。这个方案成本较高，效率较低；还有一种是光-电转换。基本原理是利用光伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能。目前使用的光电太阳能产品有光伏路灯、光伏电站、航天器供能设备等。光生物利用：即光合作用，利用植物的光合作用而实现将太阳能转换成为生物能的过程。目前主要应用于大棚蔬菜、油料作物和巨型海藻。2.3太阳能在空调制冷领域的应用如图1所示，这是太阳能在暖通制冷中的技术应用路线。分析图1可知，太阳能在暖通制冷领域中应用的技术环节主要为2

14、个方面：其一，直接利用太阳能，通过设备吸收的太阳能直接转化为热能，并将此热能用于暖通制冷，这个环节并不需要中间转化为其他形式能量；其二，先将太阳能置换为电能，随后依靠生成的电去驱动其他装置进行制冷或供热，该部分多应用于太阳能的储备。利用太阳能制冷或者制热过程中，可以根据不同的需要调节温度区域，以适应用户的需求。太阳能收集和转换多是通过集热装置实现，现阶段市场使用较多的集热装置其种类有3种，其分别为聚焦式、真空管以及平板式；3种类型集热器按照集热功能而言是逐渐降低的，所能集热的温度也是依次减小的。通过太阳能集热器收集转化的热能，经过相应的调节转化之后能够用于供暖，也能经过多种制冷效用之后用于制冷

15、。这种就是太阳能热驱动空调的优势所在，其不仅能够有效地利用太阳能进行制冷与供暖，还能够与现阶段使用较多的采暖和太阳能热水系统相互补充。二者有效结合可以在利用太阳能过程中降低对季节性太阳能不足带来的影响，均衡匹配太阳能资源，实现对太阳能的充分利用。在建筑结构中安装太阳能集热器，整个建筑就能够按照用户需求来调节温度，并能够享受全年的热水供应，其功能和作用是十分有利的。通过规模化使用太阳能，也能够降低日常冷暖成本。图1太阳能在空调制冷领域的应用示意图3 几种新型太阳能制冷技术3.1 太阳能吸收式制冷技术3.1.1太阳能吸收式制冷技术概述它的工作原理为运用制冷剂蒸发吸热，再通过吸收剂吸收所产生的冷量，

16、并将制冷蒸汽传输到工作地点。其实质为溶液浓度变化的吸热过程，但这一过程中必须控制好反应室压力。其系统工作路线布置如图2，蒸发装置中的蒸汽压力较低，进入吸收装置之后会与其中的吸收剂反应，混合成浓度较高的液体混合物；而整个过程中产生的热量则由冷却水进行吸收。其后，再由泵将浓溶液抽送到发生器之中，到达发生器的溶液受热变为高压蒸汽，进入到冷凝器之中形成稀溶液，再减压流回吸收器；同时集热板需要将收集的太阳能传送到发生器中。从能量角度分析，整个装置主要是通过吸收器和发生器将热能转化为需要的冷量。因其工作原理主要运用液体浓度的变化，系统的特点与制冷液特性有很大的关系。这种制冷技术的关键在于选取适当的制冷液，

17、常用的制冷剂材料有4种，即水、乙醇、氟里昂以及氨。图2太阳能吸收式制冷系统示意图3.1.2 太阳能吸收式制冷技术研究分析较其他种类制冷技术而言，吸收式制冷技术是最古老的，其最早形成于上个世纪三十年代，但由于此项技术应用成本过高、工作效率低下，因此在实际应用中受到限制。以后很长一段时间内，吸收式制冷技术作用都被忽视，虽然期间学者对于此项技术有所研究，但研究成果并不显著。直到1992年，由于当时的能源危机，一些发达国家开始将关注重点放在此项技术之上，并随着先进科技的运用与原有技术的改善，吸收式制冷技术得到了长足的发展，在实际应用中也较为广泛。这种技术的热能来源主要为太阳能，因此，吸收式制冷技术的反

18、应温度是比较低的，虽然运用集热器等装置来提升发生温度，但这提升额度是十分有限的。吸收式制冷技术在工作循环之中运用的是单效方式，此模式下设有单级与双级2类方式。到现在为止，太阳能制冷机类型有很多，应用较多的为热水型单级吸收式溴化锂。这种类型制冷机在获得足够的太阳能，并形成较高的发生温度，且系统冷却水达到工作要求的情况下，能够发挥较好的制冷效果。但如其中由一项环节受到影响，其工作效率必将大大折扣。因此，为确保此类制冷机的工作效率，实际运用中需要采取特殊装置提升发生温度，这就在较大程度上增加了此类制冷机的生产成本，降低了其普及性。除此之外，此类制冷机还存在一问题缺陷即机器能够利用的温差较小，仅仅为6

19、到8摄氏度。为克服这一弊端，以WBMa为代表的诸多学者对这一领域进行了深入的研究，在原有单级吸收式制冷机基础上，提出了双级溴化锂一水吸收式制冷机；其改善了原有单级制冷机存在的不足，具体优势可概括为2个方面：首先，两级吸收式制冷机并不需要太高的热源温度，在一个较低的温度区间（75-85）就可正常工作，当控制好冷凝水温度时，该制冷机就能保证很高的工作效率；其次，该制冷机对于热源可利用温差要求并不大，具有较宽广的温度适应能力，能够保证制冷机在温度波动较大的情况下正常工作。3.2 太阳能吸附式制冷技术3.2.1太阳能吸附式制冷技术概述如图3所示，太阳能吸附式制冷系统主要由太阳能吸附集热器、冷凝器、蒸发

20、储液器、风机盘管、冷媒水泵等部分组成。太阳能吸附式制冷技术的原理包括吸附和脱附两个过程。脱附过程。 吸附床内充满了吸附剂，吸附有制冷剂，冷凝器与冷却系统相连，一般冷却介质为水。工作时，太阳能集热器对吸附床加热，制冷剂获得能量克服吸附剂的吸引力从吸附剂表面脱附，进入右边管道，系统压力增加。当压力与冷凝器中对应温度下的饱和压力相等时，制冷剂开始液化冷凝，最终制冷剂凝结在蒸发器中，脱附过程结束。在这个过程中，太阳能集热器供能，冷凝器放热。吸附过程。 冷却系统对吸附床进行冷却，温度下降，吸附剂开始吸附制冷剂，管道内压力降低。蒸发器中的制冷剂因压力瞬间降低而蒸发吸热，达到制冷效果，制冷剂达到吸附床，吸附

21、过程结束。在此过程中，蒸发器吸收冷媒水的热量，吸附床放热。对于太阳能吸附集热器，既可采用平板型集热器，也可采用真空管集热器。通过对太阳能吸附集热器内进行埋管的设计，可利用辅助能源加热吸附床，以使制冷系统在合理的工况下工作；另外，若在太阳能吸附集热器的埋管内通冷却水，回收吸附床的显热和吸附热，以此改善吸附效果，还可为家庭或用户提供生活用热水。当然，由于吸附床内一般为真空系统或压力系统(这要根据吸附剂一制冷剂的材料而定)，因而要求有良好的密封性。蒸发储液器除了要求满足一般蒸发器的蒸发功能以外，还要求具有一定的储液功能，这可以通过采用常规的管壳蒸发器并采取增加壳容积的方法来达到此目的。图3太阳能吸附

22、式制冷系统示意图3.2.2太阳能吸附式制冷技术研究分析伴随人们对太阳能吸附制冷技术日益深化的探究，该技术已具备了一定的实际应用价值，并以自身独有的节能特色，拥有了不可估量的市场应用潜力。以上海交大为例，其低温制冷研究所经过研究推出了一种全新的空调系统，该系统以太阳能吸附制冷为原理，借助通风管运用太阳能实现对自然风的增强而达到制冷效果。这使得其不仅能够借助吸附集热装置与通风管大幅削减建筑物室内的热负荷，还能够借助吸附制冷伴随生成大量热能的原理，对夜晚通风效果进行增强。因此，将该工艺运用到家庭制冷空调中是极为可行的。这是由于伴随我国现代经济的不断发展，中央空调制冷将成为众多家庭未来消费的新领域，而

23、家用中央空调在国内市场尚处于初级阶段，其具备极为广泛的适用性，除了一般家庭住宅楼之外，还能够被应用到写字楼、商用公寓等诸多地方。在过去，办公楼的制冷系统多采用集中空调或多台分体式空调，这两种方法在使用中均有着一定的局限性，不是最佳的选择。除此之外，太阳能吸附制冷还可应用于列车冷藏运输、汽车内部制冷、住宅楼冷热并供系统等诸多领域。譬如，太阳能吸附制冷同冰蓄冷进行有机结合后充当冷源；太阳能吸附制冷同旧有的空气压缩制冷剂吸收制冷进行有机结合充当冷源，等同于冰蓄冷中的局部蓄冷，区别在于具体的制冷量需根据实际使用状况进行确定；旧有传统制冷同太阳能冷水制备进行结合充当冷源。3.3 太阳能喷射式制冷技术3.

24、3.1太阳能喷射式制冷技术概述该制冷技术其运行原理如下图4。制冷剂经由集热装置的加压后生成饱和的蒸汽，并将其送入喷射装置，使其被以极高的速度喷出。这一过程中会在喷射位置构成一个真空范围，从而把蒸发装置内的低压蒸汽吸收进喷射装置，而被喷出的气体则进入冷凝装置，放热冷凝成液体。随后液体状的制冷剂分成两部分，一部分经由节流装置重新回到蒸发装置中重复上述过程，构成完整的制冷循环。而另一部分则经由循环泵加压后进入集热装置，再次进行加热增压的循环，该循环就是整个系统的动力循环。图4太阳能喷射式制冷系统示意图3.3.2太阳能喷射式制冷技术研究分析该系统原理简单而言是运用太阳能生产具备高压的蒸汽实现喷射制冷。

25、整个制冷系统拥有工艺简洁等诸多优势，但不足之处在于其制冷系数相对较低，有鉴于此著名学者等人经过研究后，针对其不足之处提出了压缩喷射混合循环与增压喷射循环两种不同的低能耗解决方法，实现了对喷射制冷工艺其系数偏低这一不足的有效改良。经由等人的研发，该工艺具备了更好的实用价值。而将其同其他制冷工艺进行进一步的有机结合后，可在不提升系统结构难度的前提下实现对系统工艺的进一步完善与能耗的进一步降低。譬如一种新型的复合式太阳能吸收-喷射制冷系统，其通过对喷射制冷工艺与吸附制冷工艺的有机结合，有效保存吸附制冷系统结构简洁这一特性的同时很好的改善了喷射制冷效率偏低的不足。与此同时，其通过增设气液喷射装置，破除

26、了传统吸收循环粗壮你的局限性，使得吸收器与发生器浓度变为可控的变量，从而实现了对吸收循环运行效率的大幅提升。4 太阳能空调制冷技术优势与应用前景4.1太阳能空调制冷技术优势分析传统的空调制冷系统多以电能作为驱动力，通过对空气的压缩制冷达成室内外热量的转移。这一工艺通常能耗均相对偏大，这在当今全球能源日益枯竭的背景下，逐渐开始受到人们的摒弃。而太阳能空调则是对这一不足的有效弥补，其以清洁的太阳能作为主要动力，系统运行时不仅基本不产生任何运行费用，且不存在运动部件，既不会产生噪音亦具有长久的使用周期。特别是对于气候炎热、辐射强烈的高温地区等对于空调有着强烈的需求的地方，太阳能空调的功效则越强，这可

27、以说是一种人与自然和谐共处的典范。通过对太阳能空调系统的使用，在构造舒适居住环境的同时，还可大幅减小大气环境温度，实现对城市热岛效应的有效消除。除此之外，该工艺在大量节约能源消耗的同时还不会生产对大气具有破坏效果的物质，是真正意义上的绿色空调，拥有者不可估量的市场前景。4.2太阳能空调制冷技术应用前景分析纵观我国当前的空调市场不难发现，其正处于发展的上升期。特别是伴随着近年来国家经济的日益发展，人们收入提升的同时对居住质量的要求也越来越高，空调已不可避免的成为居家必备电器之一，而目前限制空调进一步推广普及的原因就是价格与能耗问题。而太阳能空调则是有效改善上述问题的有效手段，特别是随着全球能源的

28、日益枯竭与环境问题的日益加重，绿色环保且节能的空调系统成为人们共同的期盼。这正给太阳能空调技术的发展和使用提供了不可多得的契机，使其具备了难以估量的市场潜力。太阳能空调以清洁的的太阳能为驱动力，是真正意义上的绿色空调。但不可否认的是，现有的太阳能空调系统或多或少均存在一定的缺陷，其可归纳为两点：一是太阳能利用效率仍相对较低且初期成本较高，对于住宅楼而言，只有在设计时加以考量并留有专门的空间才可安设集热装置，在已建成大楼上难以普及应用。二是虽说现有的太阳能制冷系统形式多种多样，但所有的系统或多或少存在一定不足，譬如系统效率较低、系统结构复杂，维修困难等，这均是其未来发展中有待解决的重点和难点。但

29、是可以坚信的是，随着相关工艺技术的不断完善，太阳能空调必将获得全面的推广与普及。5太阳能空调制冷技术发展趋势51产业化 随着示范性太阳能空调的研发与试用，充分证明了该技术在使用上是切实可行的，而其良好的经济效益亦充分表明太阳能空调拥有难以估量的市场应用前景，推动其产业化、规模化发展势在必行。但不可否认的是，要想真正实现太阳能空调的产业化建设尚有诸多工作需一一进行。不仅需要研发配套的电脑设计程序与管理程序，还需制定统一的市场行业标准与零部件标准，只有具备了这些基础条件方能从根本上推动其在产业化建设的进步。52 研发新的技术现有的太阳能空调，其所采用的制冷工艺多为溴化锂吸收制冷，受限于制作工艺与生

30、产成本，此类空调系统通常多体积巨大，这使得其仅适用于大型的集中制冷供热，而无法满足单个家庭的小型制冷需求。有鉴于此，积极推动技术创新，研发小型太阳能空调系统势在必行。53 建筑物的热-电-冷联供系统 建筑物耗能一直是能源消耗绝对主力之一。而在建筑能耗中，制冷供热往往占据其能耗总量的五成左右。因此，推动太阳能空调系统的应用，可有效实现对能源的大幅节约。长期以来，欧美发达国家均将热-电-冷联供的太阳能系统在建筑物上的应用作为研究重点进行不断的研究，这也将是太阳能利用的重点发展方向之一。结 论太阳能制冷在空调系统上的应用不仅前景广阔且是社会发展的必然趋势，但受限于制造成本的高昂，其进一步的全面应用仍

31、有待增强。与此同时，相关专业技术人员的匮乏亦是制约其发展的关键所在。有鉴于此，亟待解决的问题有：降低系统制造成本；提升系统运行稳定性；提升系统运行效率；推动系统的小型化、自动化发展等。我国国土面积广阔，伴随经济发展的不均衡，电力资源分布上亦存在地域差异性，特别是中西部电力资源匮乏地区，其却拥有着充足的太阳能，因此太阳能空调系统的研发与应用能有效解决以上问题。致 谢首先我要感谢江苏海事职业技术学院，这三的年大学时光是我最快乐的日子。本论文是在我导师的真诚指导下完成的。导师日常工作繁忙，但还是不厌其烦的帮助我，教导我。他沉稳严谨的作风让我受益终生。感谢这三年来一直陪伴在我们左右的王玉洁老师。她是我

32、们心目中的“女神”，是德才兼备的学习榜样。在这里向王玉洁老师致以最真诚的谢意，感谢她三年来为我们所做的一切。也感谢所有教导我们的大学老师，你们的谆谆教诲，我会永远记在心中。在这里我向各位老师深深地鞠上一躬。感谢空调121301班的同学们和辅导员老师，大家风雨同舟共度三年，希望在以后的日子里大家继续团结互助，共同成长。接下来就要步入社会工作了，大家都要努力，真诚祝福各位朋友身体健康，事业有成。参 考 文 献1清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能 2011年度发展研究报告M.北京:中国建筑工业出版社,20112住房城乡建设部.建筑业“十二五”发展规划R.中华人民共和国,20113颜昭文.太阳能辅

33、助喷射式制冷系统性能提升研究D.台湾大学,20104刘涛.太阳能固体吸附式制冷技术在制冷空调装置中的应用J.制冷与空调,20065王如竹,代彦军.太阳能制冷M.北京:化学工业出版社,20076王如竹,代彦军.太阳能空调制冷技术最新研究进展J.化工学报,20097 Stephen White. State of the Art in Solar Cooling TechnologiesC. National Workshop on Solar/ Hybrid cooling, New Delhi, India. October 5, 20098刘涛.太阳能固体吸附式制冷技术在制冷空调装置中的应用J.制冷空调,20069制冷空调技术进展.上海:上海交通大学出版社,200110何梓年,刘芳,南振英.太阳能空调爱供热综合系统.暖通空调,2002 11顾兆林,钱承耀,李兴武.太阳能吸收一喷射复合制冷系统研究，1996