2023年[太阳能制冷讲座1太阳能空调制冷技术]太阳能制冷空调.docx

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1、2023年太阳能制冷讲座1太阳能空调制冷技术太阳能制冷空调 匪羽科普 苑” 太阳能制冷讲座（） 太阳能空调制冷技术 上海交通高校制冷与低温工程探讨所 代彦军王如竹 摘要：太阳能用于空调制冷，最大的优点是季节匹配性好。利用太阳能实现制冷效应有多种技术途径， 其中将太阳辐射转变为热能，通过热能实现制冷的方式最具有应用前景，特点是能够实现太阳能供热、空调综合利用，全年综合转换效率高。针对常见的太阳能热能转换制冷空调方式，从太阳能集热转换、匹配制冷循环选择、最新探讨进展等方面进行了分析介绍。 关键词：太阳能制冷；集热转换；制冷循环；空调 一引言 太阳能是分布广泛、运用清洁的可再生能源，有望在将来社会能

2、源结构中发挥更加重要的作用。其中利用太阳能进行供热、采温煦制冷是实现规模化、低成本利用太阳能的重要途径。特殊是，近年来随着集中式太阳能热水和采暧系统的规模化应用，夏季太阳能热量过剩现象非常突出，各国学者都在主动找寻能够实现夏季利用太阳能进行空调制冷的有效方法，目的在于可以提高太阳能集热器的全年利用效率，另一方面可以开拓一条利用太阳能解决空调制冷需求的崭新技术途径。太阳能空调制冷的最大优点在于它有很好的季节匹配性，天气越热、越须要制冷的时候，太阳辐射条件越好，太阳能制冷系统的制冷量也越大。 太阳辐射通过光伏效应或通过热发电等途径转变为电能，之后通过电能驱动蒸汽压缩制冷循环、斯特林循环以及热电效应

3、实现制冷过程。另外，通过特定的可逆吸热和放热反应，以太阳能为热源，也能够实现特定场合下的制冷要求。 二太阳能空调制冷技术途径 利用太阳能实现供热与制冷的可能技术途径如图所示，主要包括太阳能转换为热能，利用热能供热制冷，以及将太阳能转换为电能，利用电能驱动相关设备供热制冷两大类型。依据需求，太阳能制冷过程也可以实现从空调到冷冻温区的不同要求。图的左侧反映了太阳能收集与转换环节，其中太阳能集热器是将太阳辐射转变为热能的装置，目前 图太阳能制冷空调技术途径 在各种太阳能制冷转换途径当中，太阳能热驱动空调能够和当前广泛应用的太阳能热水和采暧系统紧密结合，构成太阳能综合利用系统，从而实现太阳能利用与季节

4、改变的最佳匹配。即利用一套太阳能集热器做到冬季采暖、夏季空调、四季热水供应等，因而可与建筑结合在建筑能源结构中发挥重要的作用，这也是实现太阳能规模化、低成本应用的志向途径之一。 主要有平板式、真空管式和聚焦式集热器三种类型， 获得的集热温度依次上升。依据太阳能集热器集热温度的不同，可干脆用于热水供应以及采暖等，还可以驱动汲取式、吸附式、喷射式、除湿空调，朗肯循环、化学反应等过程获得制冷效应。也可以将 万方数据 科普？施瞳蛋臼 三太阳能热驱动制冷 太阳能为热源，采纳的工质对通常为活性碳一甲醇、表给出了目前常用的太阳能热驱动空调及其分子筛一水硅胶一水及氯化钙一氨等，可利用太工作方式。从空调系统讲，

5、主要有吸附式、汲取式、阳能集热器将吸附床加热后用于脱附制冷剂，通过除湿空调和喷射式制冷四大类，其中前三种探讨应加热脱附一冷凝一吸附一蒸发等几个环节实现制冷。 用最广。它们的工作原理是利用太阳能集热器产生（）太阳能除湿空调系统：是一种开放循环的吸的热能驱动制冷装置产生冷冻水或调整空气送往建附式制冷系统。基本特征是干燥剂除湿和蒸发冷却，筑环境内进行空调。详细如下： 也是一种适合于利用太阳能的空调系统。 （）太阳能汲取式制融用太阳能集热器收集太 （）太阳能蒸汽喷射式制您通过太阳能集热器 阳能来驱动汲取式制冷系统，是目前为止示范应用加热使低沸点工质变为高压蒸汽，通过喷管时因流最多的太阳能空调方式。多为

6、溴化锂一水系统，也出速度高、压力低，在吸入室四周吸引蒸发器内生有的采纳氨一水系统。 成的低压蒸汽进入混合室，同时制冷剂任蒸发器中（）太阳能吸附式制冷：利用吸附制冷原理，以 汽化而达到制冷效果。 表 几类太阳能热驱动空调技术特征和参数比较 采纳集热真空管或半板真空管威平板太阳能真空管 真空管或半板真空管太槽武聚焦太器类！空气集热器 太阳能热水系统太阳能热水系统 或平板集热器太阳能热水系统 能热水系统 阳能集热器 工作热源温度 额定 空调 晴天太阳能空调时间 约 空调方式露点约露点约一 约约。约千空气冷冻水的干空气冷冻水冷冻水冷冻水处理空调潜热显热与潜热 显热与显热与显热与显热与负荷类型部分潜热部

7、分潜热 部分潜热 部分潜热部分潜热系统规模 上述几种太阳能热能转换驱动的空调制冷方式行。假如集热温度可达以上，可驱动单效汲取中，目前为止太阳能溴化锂一水汲取式空调方式示式制冷过程。假如集热温度能达到。左右，则范应用最多，以欧洲为主。另外，吸附式制冷方式可以选用具有较高运行效率的太阳能双效汲取式制由于驱动热源要求温度低，近年来在我国和欧洲发冷方式。 展很快。除湿空调技术以开放循环方式工作，系统另外，以空调特点而言，除湿空调是对处理空牢靠性高，在处理空调潜热负荷方面具有优势。 气进行调整的空气调整手段，能够干脆把空气处图太阳能热驱动空调系统太阳能集热器与理到志向的温湿度条件。而吸附制冷、汲取制冷和

8、制冷方式之间的理论匹配关系（实际集热器效率要喷射制冷则主要以获得冷冻水为目的，进一步通低一些）。这里主要考虑了常见的平板式、真空管式过风机盘管或辐射末端对环境温湿度进行调整。和空气集热器几种类型。除湿空调在开放环境中工前者在处理潜热负荷方面具有优势，但对空气降作，主要用于湿度的处理，须要的热源温度最低，因温处理方面实力有限，某些状况下，须要与其他制此可匹配选用空气集热器和平板式太阳能集热器。冷方式结合处理实现显热、潜热分级处理，达到理其次是吸附式制冷，可在热源温度下运 卜 想空调效果。 万方数据 医重鄹科酱娥 冷功率及低温热源驱动下的工作性能，机组采纳了回质与回热循环措施，同时采纳了双蒸发器结

9、构实现了连续制冷量输出。在额定工况下（对应于的热水，冷冻水出口温度。），机组制冷功率为，热力为。用于太阳能制冷，可利用热水驱动，典型晴天条件下，能实现连续制冷。目前制冷量产品已小批量生产。此机组已在建筑太阳能空调、太阳能低温储粮系统获得应用。 此外，德国公司，日本和 图集热器集热温度与制冷方式匹配 公司也报道了他们的太阳能吸附式空调产品。图为德国某建筑运用的 四太阳能制冷技术新进展 由于太阳能制冷具有季节匹配性好、运用清洁等突出优点。近年来国内外在太阳能空调制冷领域的探讨特别活跃。主要体现在以下方面： 公司的硅胶一水吸附式制冷机组。这些机组的最大特点是要求驱动热源温度低，与集热器工作温度匹配好

10、。 与太阳能集热器温位匹配的热驱动制冷方式 目前广泛应用的太阳能集热器类型主要是真空管和平板式集热器，为非聚焦类集热装置，通常用于太阳能热水和采暖系统，集热温度通常在。之间。对传统的单效汲取式空调而言，每天能够保证以上集热温度的时间有限，因此须要与协助热源加热相结合。为了提高太阳能制冷过程中太阳辐射能源的贡献率，开发适合太阳能集热器温位的制冷机组，特殊是小容量的制冷机组是探讨的热点。 （）太阳能吸附式制冷机组 图为上海交通高校开发的太阳能硅胶一水吸附式空调机组，可依靠一般太阳能集热器阵列产生的热水驱动制冷循环。机组是由两个单吸附床结构复合而成的双床连续制冷系统，为了提高系统的制 图在德国应用的

11、日本公司吸附空调机组 （）太阳能除湿空调 除湿空调是各类空调方式中要求热源温度最低的，完全依靠干燥剂除湿和蒸发冷却原理工作，环保无污染。依据采纳干燥剂的不同，除湿空调分为溶液除湿空调和固体除湿空调两类。目前探讨主要集中在两个方面，一是干燥剂材料强化吸湿机理和吸附表面设计，二是除湿空调循环优化与系统构建及实施。 上海交通高校探讨应用了采纳复合干燥剂材料的两级转轮除湿空调机组（图），由于采纳了物理吸附、化学吸附耦合的复合干燥剂材料，同时经过对吸附表面的处理，使得除湿空调循环的动态吸湿率大幅提高，同时对可再生热源温度的要求得以降低。另一方面实行了级间冷却的方法，提高了系统效率。系统可利用。以上的热源

12、驱动，热力大于， 图硅胶一水吸附式空调机组 与一般太阳能集热器结合，能够将以上的太阳 万方数据 篓坐！篓生婆！堕竺：燮兰！：鎏盥！生翌丝垡笙圭：箜垫竺坐：型！竺鲎：銎！：！燮：塾！塑竺垫塑：尘！鳖塑：堕銎塑！型竺芝翌竺兰塑！婴登：翌！型娑：坚墅！：！垡篓墨！坚：竺登！垫：壁坚壁！：避 辐射能量转变为空调实力输出。系统目前已在江苏江阴万龙源太阳能科技公司示范运行。太阳能固体除湿空调系统在德国，葡萄牙、意大利、西班牙、美国等也有示范应用。图为西班牙某图书馆的太阳能空气集热器驱动的除湿空调机组。 疆圜髓羽 图以色列海法应用的太阳能溶液除湿空调 标准工况下，系统热力由传统除湿空调的左右提高到。不足是增

13、加了系统的困难性。 （）氨一水汲取式太阳能空调 氨水汲取式空调也是利用太阳能获得制冷效应的重要技术途径。早期国内外探讨报道较多，包括美国 图太阳能两级转轮除湿空调系统 能源概念公司以及我国部分单位。优点是能够满意从冷冻到空调区域的温度要求；不足是要求有精馏装置，系统稍困难。德国公司开发了的户用太阳能氨水汲取式空调机组，如图所示。 图西班牙太阳能空气集热器驱动除湿空调机组 太阳能溶液除湿空调的探讨应用主要集中在德国、澳大利亚、意大利等国家。依靠溶液的浓度差可以实现空调除湿实力蓄存，且能量储存不存在与四周环境的温差热损失，易于长期储存。以色列理工学院教授探讨小组曾长期示范运行太阳能溶液除湿空调机组

14、（如图），以平板太阳能集热器供应可再生热源，溶液除湿空调负担潜热负荷，热泵系统负责主要的显热负荷，在当地气候条件下运行效果较为志向。国内东南高校、清华高校等探讨机构在溶液除湿空调方面也开展了大量工作，东南高校在再生器和内冷型除湿器传热传质探讨等方面成果富有成效。清华高校提出的热湿独立处理的热泵溶液处理新风机组已经在肯定范围内应用。 （）溴化锂一水汲取式太阳能空调 溴化锂一水汲取式空调由于产业基础好，技术也相对成熟，目前与太阳能结合示范应用最多。我国探讨人员在开发结合太阳能热水系统的汲取式制冷系统方面也做了大量工作。最有代表性的是广州能源所研制的两级汲取式溴化锂空调机组（图），与 图奥地利某建筑

15、用（氨水汲取式太阳能空调 一 传统单效汲取制冷机相比，驱动热源温度大幅降低 上海交通高校太阳能制冷探讨小组最近提出一 （以上），因而与太阳能集热器能够更好地匹配 种采纳级间冷却的双级、双溶液太阳能除湿空调系统，采纳特别设计的大浓度差、集中再生循环方式， 工作。长沙远大公司研制了利用槽式太阳能集热器驱动的双效汲取式空调（图），与常规燃气结合，提 万方数据 ： 霉墨翟日科普苑： 另外，与一般家用太阳能热水器不同，太阳能空调系统须要较大的太阳能集热面积，通常布置为太阳能集热器阵列，传统的全玻璃真空管集热器在规模应用方面存在承压实力小、简单破损等不足，但成本低，具有价格优势。热管式集热器阵列流淌阻力小

16、，承压实力强，是一种适合工程化的集热器类型（图）。另外真空管式金属直流管、型管太 图广州能源所开发的两级汲取式空调 阳能集热器适合闭式承压双循环系统运行，也是一种能够任高温下保持较高集热效率的集热方式，适合用于太阳能空调系统。为了开发出中高温集热温度条件下稳定工作的集热器，高温集热条件下性能稳定的选择性涂层材料、表面处理技术、封接技术等也是探讨攻关的重点。 图远大公司的太阳能协助双效汲取式空调 高了太阳能制冷的转换效率，并在天津等地进行了示范应用。另外，国内一些相关单位，如北京太阳能探讨所、天普公司、海尔集团等也分别利用进行了太阳能汲取式空调系统的应用。 国外最出名的太瞰能汲取式空凋产品足日本

17、公司的系列产品，报道最小制冷量为，是目前太阳能空调领域应用最多的产品。 与现有热驱动制冷装置匹配的太阳能集热器太阳能空调制冷技术的另一方面重要进展是集热器技术。开发出适合目前热驱动制冷机驱动温度要求的高效太阳能集热器对推动太阳能空调技术进展具有主动意义。在提高太阳能集热器集热温度方面，非跟踪式聚焦太阳能集热器能够在较高集热温度条件下具有较高的转换效率，结合单效汲取式空调机组应用比目前太阳能真空管集热器具有更好的转换效果（图）。 图热管式太阳能集热器 太阳能空调供热复合能量利用系统单纯的太阳能制冷空调系统由于要用较多的集热器面积，往往初投资较大，改善系统经济性的途径就足提高太阳能集热器的利用率，

18、如冬季用于建筑采暧、全年供应热水，夏季空调等。图为上海交通高校独创实施的太阳能空调、采暖、热水供应与强化自然通风复合能量利用系统，特点是能够实现太阳能全年高效利用。冬季利用集热器产生的以上的热水通过地板辐射采暖末端进行供暧，夏季利用以上的热水驱动吸附制冷机进行空调降温，全年供应热水，过渡季节利用太阳能加热强化室内自然通风改善室内热环境。该项目入选了国际可再生能源推广安排。复合能量系统技术被认为是建筑结合规模化、低成本利用太阳能的蘑要方向。 其他太阳能制冷技术 上述太阳能空调制冷技术是目前国内外应用示范和推广的主流技术。此外，太阳能喷射制冷，太 图非跟踪式聚焦太阳能集热器 阳能驱动的热声制冷，太

19、阳能光伏电池驱动的半导 万方数据 氐 ：科骜苑匝盈 图太阳能空调、采暖热水供应与强化自然通风复合能量利用系统 体制冷和蒸汽压缩制冷等也不断有探讨报道，在某些特别场合获得应用。值得留意的是，一些被动式太阳能冷却技术，如太阳能强化自然通风，夜间辐射等的应用对降低环境热负荷也有主动的作用，与前述主动式太阳能制冷手段结合也是改善太阳能制冷的重要技术途径。 太阳能制冷应用分析 从目前国内外报道状况来看，据有关机构报道国外主要是欧洲应用和示范的太阳能空调项目在个以上，按技术分类，不同技术所占比例如图所示。其中太阳能汲取式空调占据了一半以上，除湿空调约占，吸附式空调占。 我国的太阳能空调应用示范项目依据报道

20、约在个左右。与欧洲不同足我国在吸附式制冷、除湿空调和两级汲取式空调的探讨应用方面具有特色，有关工作走在了国际前列。 五发展展望 太阳能空调制冷是夏季太阳能有效利用的最佳方案，有着良好的应用前景。从提高太阳能全年利用率和运行经济性角度而言，目前志向的太阳能空调方式应当是与一般平板式和真空管式太阳能热水系统结合的热驱动型空调制冷机组。两者的结合，可以较好地解决太阳能供热采暖系统冬季采暧，四季热水供应与夏季空调应用的匹配，最大幅度提高太阳能利用率。特殊是与建筑结合，能够在建筑用能环节发挥肯定的作用。 太阳能空调制冷技术的发展，近期是结合建筑用能需求，与建筑一体化太阳能供热采暧系统匹配，解决夏季部分建

21、筑空间太阳能制冷空调的问题。特殊应当走与普及型太阳能集热器结合的太阳能空调制冷技术路途，如吸附式、汲取式，除湿空调等，并进一步提高效率、降低成本，削减尺寸，不断提高太阳能综合利用效率。 下一步目标足实现与一般太阳能集热系统结合的太阳能空调制冷技术与产品定型化、规模化应用，预料各类太阳能制冷空调技术成熟和发展，能够在建筑采温煦空调领域发挥重要作用。 长远目标是构建与气候条件，能源结构特点相适应的太阳能制冷空调技术和产品体系，高温、高 图欧洲太阳能空调应用示范分析 效、低成本、紧凑式太阳能空调系统发展应用，能 万方数据 露蛋丑“毪 够在将来可持续能源利用结构中占有一席之地。 总的来看，太阳能集热转

22、换及与之匹配的制冷空调方式和蓄能方式有机结合是将来太阳能制冷空调技术进一步高效化、低成本、规模化应用的关键所在，也是将来一段时间太阳能空调制冷技术领域探讨和应用的重点。 【走向拥有更多可再生能源的将来【】国际太阳能协会自皮书， 【】，（）：】， ， 【严陆光，崔容强世纪太阳能新技术【】年中国太阳能学会学术年会论文集】，上海变通高校出版社， 【】， 参考文献 【】王如竹，代彦军太阳能制冷【】北京化学工业出版社， ，（）， 【】，： ，旺妇 代彦军教授简介 代彦军博士，上海交通高校教授，博士生导师。年月年月在西北工业高校航空动力与热力工程系就读，期间先后获得工学学士，硕士和博士学位，年月底在上海交

23、大动力工程与工程热物理博士后流淌站出站后留在上海交大制冷与低温工程探讨所工作，同年晋升副教授，年破格晋升教授。 年月至月间在香港高校机械工程系任，年月美国访问教授。年人选上海市青年科技启明星安排，年入选教化部新世纪优秀人才安排年获上海教化基金会。申银万国”优秀老师奖，年获上海市优秀青年老师称号，同年人选上海交通高校晨星青年学者嘉奖安排，入选上海市青年科技启明星跟踪安排。 近年来获得了国家自然基金、国家科技支撑安排项目、国家项目，世博科技专项以及上海市和各类国际合作项日的大力支持，在太阳能转换利用以及湿度限制探讨方向形成了特色并取得了 有代表性的成果。作为第一作者和共同作者发表、国际刊物论文余篇

24、，合著有太阳能制冷，参著专著（吸附式制冷，太阳能热利用与计算机模拟等）。目前论文他引余次。获得年度教化部科学技术奖一等奖一项（排名），上海市自然科学奖一等奖一项（名），还获得年上海市科技进步奖项，年高校科技进步二等奖一项，年教化部提名国 家自然科学奖二等奖一项。申请及获得各类专利项，是上海市 太阳能学会理事，中国可再生能源学会热利用专业委员会委员，担当太阳能学报编委，国际学术期刊），（），（）等余种学术刊物的特约审稿人。 主要探讨方向：太阳能利用与建筑节能：除湿空调技术、湿度限制中的传热传质探讨；中高温太阳能集热器及利用：低能耗建筑与可持续建筑能源、可再生能源区域综合利用及规划。 王如竹教授简

25、介 王如竹，年月、年月和年月分别获上海交通高校制冷与低温工程学士、硕士和博士学位。年月晋升为副教授，年月晋升为教授。年月起担当上海交通高校制冷与低温工程探讨所所长。年任动力与能源工程学院副院长，年任机械与动力工程学院副院长，年起 兼任上海交通高校太阳能发电及制冷教化部工程探讨中心常务副主任。年月被聘为教化部“长江学者嘉奖安排”特聘教授，受聘于制冷与低温工程学科。年获得国家杰出青年科学基金。王如竹教授现任上海交通高校制冷与低温工程探讨所所长，教化部太阳能发电及制冷工程探讨中心主任。曾获第六届中国青年科技奖、教化部首届优秀青年老师奖、上海市优秀青年科技启明星、上海市青年科技英才、新世纪百千万人才等

26、嘉奖。 王如竹教授建立了一支凝合力强的科研团队，在超流氦传热、吸附式制冷、太阳能复合能量系统和分布式能源系统等探讨领域取得了国际先进成果，在以上领域已经有多次应邀在国际重要会议上傲大会主旨报告和关键报告。他先后主持了国家自然科学基金项（含重点项目项和杰出青年科学基金项）、国家课题项、科技部攻关项目项和科技支撑项目项、上海市科委蓖大项目项，并获得各类人才基金项目。他还与美国联合技术公司、日本大金公司江苏双良集团和江苏华扬新能源有限公司等 有广泛深化的技术合作项目。作为第一获奖人获得省部级科技进步一等奖项（再生能源建筑一体化技术与系统一教化部一等奖吸附式制冷机理与传热传质特性及循环理论探讨一上海市

27、自然科学奖一等奖）和二等奖项，其次获奖人获得省部级科技进步二等奖项。著有吸附式制冷理论与应用、最新制冷空调技术、太阳能制冷著作，在国内外核心期刊上发表论文余篇，其中国际期刊论文余篇，他引余次。获得国家独创专利项和好用新埠！争利项。作为主要参建者所完成的上海市生态建筑获得年全国绿色建筑科技创新一等奖，并入选年全国十大建设成就奖，该成果获得年上海市科技进步一等奖（第获奖人）。 王如竹教授的主要学术任职有国际制冷学会战略发展委员会委员兼制冷设备委员会副主席、中国可再牛能源学会常务理事，中国制冷学会常务理事、中国工程热物理学会常务理事、上海市制冷学会理事长。他是（）执行主编，“）副乇编，（）、 ）、（ ） 等期刊国际编委，太阳能学报、制冷学报副主编，也是科学通报、工程热物理学报、化工学报、上海交通高校学报等期刊的编委。 主要探讨方向：制冷空调中的能源利用；低品位热能制冷技术；太阳能与自然能源利用与建筑节能。 万方数据