太阳能制冷技术

第8章 太阳能制冷技术
Solar refrigeration and air conditioning
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主要内容
第一节 概述 第二节 太阳能制冷系统分类 第三节 太阳能吸收式制冷系统 第四节 太阳能吸附式制冷系统 第五节 太阳能蒸汽压缩式制冷系统 第六节 太阳能空调技术经济分析
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实用阶段 “ 九五”计划期间
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国家科技部把“ 太阳能空调”
列为重点科技攻关项目, 计划 建成示范性系统, 以促进太阳 能空调的推广应用
三、太阳能空调的优点
1. 季节适应性好
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，这正好与夏季人们对空调的迫切 要求相匹配
常规电能空调，天热是用电高峰，制冷与季节 耗能矛盾十分突出
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(a) 制冷剂循环
发生器中产生的高压蒸气在冷凝器中冷凝成高压低温 液态水，经节流阀进入蒸发器，在低压下蒸发，产生制冷 效应。这些过程与蒸气压缩式制冷循环在冷凝器、节流阀 和蒸发器中所产生的过程完全相同；
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(b) 吸收剂循环
发生器中流出的浓溶液降压后进入吸收器，吸收由蒸 发器产生的冷剂蒸气，形成稀溶液，用泵将稀溶液输送至 发生器，重新加热，形成浓溶液。这些过程的作用相当于 蒸气压缩式制冷循环中压缩机所起的作用。
1. 什么是吸收式制冷、吸收剂、制冷剂？
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，利用工质对的质量分数变化完成制冷剂 的循环。这两种工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剂，低沸点的组分称为制冷剂。
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空调；另一种是水—氨，通常 适用于小型家用空调。
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第8章 太阳能制冷技术
Solar refrigeration and air conditioning
第三节 太阳能吸收式制冷
系统
Solar absorption refrigeration system
一、吸收式制冷的工作原理
Working principle of the adsorption refrigeration
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2. 制冷的分类
制冷以使用的补偿过程的不同可分为两大类
（1）消耗热能，用热量由高温传向低温的自发过 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。
（2）消耗机械能，用机械做功来提高制冷剂的压 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，完成热 量从低温物体传向高温物体的过程。
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三、太阳能吸收式制冷的工作原理
1. 什么是太阳能吸收式制冷？
所谓太阳能吸收式制冷，就是利用太阳集热器将水 加热，为吸收式制冷机的发生器提供其所需要的热媒水 ，从而使吸收式制冷机正常运行，达到制冷的目的。
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2. 太阳能吸收式空调系统的组成
太阳能吸收式空调系统主要由太阳集热器、吸 收式制冷机、空调箱（或风机盘管）、锅炉、储水 箱和自动控制系统等组成。
太阳能吸收式空调系统可将夏季制冷、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、四季常用。
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四、太阳能空调在现阶段的局限性
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，以进一步加 强研究开发。
由于现有太阳能集热器价格较高，造成太阳能空调 系统的初始投资偏高。
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2. 主要缺点
（1）溴化锂水溶液对一般金属有较强的腐蚀性，会 影响机组的正常运行和使用寿命。 （2）溴化锂吸收式制冷机的气密性要求高，即使漏 入微量的空气也会影响机组的性能，这就对机组制 造提出严格的要求。 （3）浓度过高或温度过低时，溴化锂水溶液均易形 成结晶，防止结晶是溴化锂吸收式制冷机设计和运 行中必须注意的重要问题。
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2. 相较于常规压缩式空调系统，太阳能吸收 式空调系统具有以下优点：
（1）季节适应性好 （2）环境污染小
传统压缩式制冷机以氟里昂为介质；而吸收式制冷机以 溴化锂为介质，无臭、无毒、无害，十分有利于环境保护。 （3）噪声污染小
压缩式制冷机的主要部件是压缩机，有一定噪声；而吸收 式制冷机除功率很小的屏蔽泵外,无其他运动部件，噪声低。 （4）一机多用，四季常用
吸收器 absorber 吸收式制冷机中，通 过浓溶液吸收剂在其 中喷雾以吸收来自蒸 发器的制冷剂蒸气的 设备。
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基本组成
冷凝器 generator 转移热量—使高压、高 温制冷剂蒸汽能向高温 环境自由放热。
蒸发器 absorber 蒸发吸热获得制冷效 果—使低压制冷剂液体 在较低环境温度下吸收 热量蒸发为气体，从而 获得制冷效果
第8章 太阳能制冷技术
Solar refrigeration and air conditioning
第一节 概述
Introduction
一、太阳能空调的意义
Significance of the solar air conditioning
二、我国太阳能空调的发展
Development of the solar air conditioning in China
太阳能集热器可采用真空管太阳集热器和平板 型太阳集热器。前者可提供较高热媒水温度，而后 者只能提供较低热媒水温度。热媒水的温度越高， 制冷机的性能系数(COP)就越高，空调系统制冷效率 就越高。
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3.从箱储吸当炉吸调空太在吸，水收太补收箱调阳夏收 再箱 式 阳 充 式 （ 的能季式 由， 制 能 热 制 或 目吸，制 太当 冷 不 量 冷 风 的收被冷 阳热 机 足 。 机 机 ，式太机 能水 提 以 产 盘 之阳流集温供提生管后空能出热度热供的）冷调集并器达媒高冷内媒系热已加到水温媒蒸水统器降热一；热水发经的加温成定媒通、储工热的热值水过吸冷的作热水时时储热热水 ；，，冷，箱原水流由 可 水 以返理首回储 由 箱 达回先到水 辅 送 到吸进储箱 助 往 制收入水向 锅 空 冷式
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二、溴化锂吸收式制冷机的特点
1. 主要优点
（1）利用热能为动力，特别是可利用低势热能。 （2）整个机组除功率较小的屏蔽泵外，无其他运动部件，运 转安静。 （3）以溴化锂水溶液为工质，有利于满足环保的要求。 （4）制冷机在真空状态下运行，无高压爆炸危险，安全可靠 （5）制冷量调节范围广，可在较宽的负荷内进行制冷量的无 级调节。 （6）对外界条件变化的适应性强，可在一定的热媒水进口温 度、冷媒水出口温度和冷却水温度范围内稳定运转。
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3. 吸收式制冷的工作原理
（1）制冷剂循环
高压气态制冷剂在冷凝器中向冷却 介质放热被凝结为液态后，经节流装 置减压降温进入蒸发器；在蒸发器内， 该液体被气化为低压气态，同时吸取 被冷却介质热量产生制冷效应
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3. 吸收式制冷的工作原理
（2）吸收剂循环
在吸收器中，用液态吸收剂不断 吸收蒸发器产生的低压气态制冷剂， 以达到维持蒸发器内低压的目的；吸 收剂吸收制冷剂蒸气而形成的制冷剂 一吸收剂溶液，经溶液泵升压后进入 发生器；在发生器中该溶液被加热、 沸腾，其中沸点低的制冷剂气化形成 高压气态制冷剂，进入冷凝器液化， 而剩下的吸收剂浓溶液则返回吸收器 再次吸收低压气态制冷剂。
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二、太阳能制冷系统的类型
太阳能制冷可以通过太阳能光电转换制冷和光 热转换制冷两种途径来实现
1、太阳能光电转换制冷
首先通过太阳能电池将太阳能转换成热能，再用电能驱 动常规的制冷压缩机。
2、太阳能光热转换制冷
首先将太阳能转换成热能（或机械能），再利用热能（ 或机械能）作为外界的补偿，使系统达到并维持所需低温。
制冷过程是指从被冷却系统取出热量并转移热量的 过程。
人工制冷过程是指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。
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一、 制冷的基本概念及分类
建筑中应用的太阳能空调，上面所述的系 统是建筑物内的空间，环境介质是自然界 的空气。
日常生活中应用的太阳能冰箱，上面所述 的系统是冰箱内的物体，环境介质是自然 界的空气。
对于相同制冷功率，太阳能光电转换制冷系统的成本 要比太阳能光热转换制冷系统的成本高出许多倍
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太阳能光热转化制冷系统主要有以下几 种类型：
太阳能吸收式制冷系统（消耗热能） 太阳能吸附式制冷系统（消耗热能） 太阳能除湿式制冷系统（消耗热能） 太阳能蒸汽喷射式制冷系统（消耗热能） 太阳能蒸汽压缩式制冷系统（消耗机械能）
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4. 溴化锂吸收式制冷的工作原理
溴化锂-水溶液是目前空调用吸收式制冷机采用 的工质对。 （1）溴化锂的性质
无水溴化锂是无色粒状结晶物，性质和食盐相似，化学 稳定性好，沸点很高，极难挥发，极易溶解于水。此外，溴 化锂无毒、无臭、有咸苦味，对皮肤无刺激。
（2）溴化锂水溶液的性质
溴化锂水溶液的沸点与压力、溶液浓度有关，在相同温 度条件下，溴化锂溶液浓度越大，其吸收水分的能力就越强
利用太阳能进行空调，对节约常规能源、保护自 然环境具有十分重要的意义
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二、 我国太阳能空调的发展
起步阶段 70年代末至80年代初
小型氨—水吸收式制冷 试验样机
坚持阶段 80年代中后期至90年代初
当时许多技术难题未能解决, 一时难以看到成效而得不到 支持,研究的队伍和规模大大 缩小,仅存少数单位仍坚持 基础性研究和机组试验
由于太阳能集热器采光面积及空调建筑面积的配比 受到限制，目前只适用于层数不多的建筑。
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。