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1、2印 我国首座大型太阳能空调系统 李戬洪马伟斌江睛 t 一 弋 3i 摘要：本文介绍了国内外太阳能空调技术的研究与发展现状以及我国第一座大型实用 性太用能空调热水系统的建立和运行情况，分析了太用能空调系统的经济性和应用前 景，以及对节能和环境保护的意义 翘词 竺 Jf r ng 00EW ng an d 由e日e ，锄tO w、引言 随着我国国民经济的高速发展和人民 生活水平的提高，空调的使用越来越普遍， 而且增长的速度非常之快，可以预见，空调 将会成为人们日常生活中不可缺少的一部 分。这就给能源、电力和环境带来很大的 压力。据测算，在酒店、办公楼、医院等一 般民用建筑物中，空调耗能占总耗能的
2、 50以上。空调已成为一个耗能的大户。 有限的常规能源终有一天要被消耗殆尽， 而电力的发展还伴随着废气排放，温室效 应和酸雨等环境污染问题，此外，空调机的 制冷剂(大气臭氧层还有破坏性作 用，空调的大量使用是要付出代价的。 与常规能源不同，太阳能是无穷无尽 的、可再生的清洁能源。我国太阳能资源 十分丰富，其中三分之二以上的地区利用 太阳能的条件都相当好，可开发的太阳能 资源折合标准煤每年选1+43亿吨。目前， 我国太阳能利用以太阳能热水器最为普 遍，全国太阳能热水器的使用量已超过 500万平方米，近年发展更快，年增长超过 100万平方米，两项指标均占世界首位。 太阳能热水器的应用是以获取生活热
3、 水为主要目的。但这种应用方式其实与大 自然的规律并不一致，太阳能的提供跟我 们的需求正好相反。当太阳辐射强、气温 高的时候，太阳能热水器产生的热水量大 温高，而此时人们更需要的是空调降温而 不是热水。这种情况在我国南方地区表现 尤为突出。因此，利用夏季的太阳能制冷 21999制玲学报 一个理想的方案。一方面，太阳能 的提供与空调的需求正好一致太阳能得 到更充分、更合理的利用；另一方面，把低 品位的能源(太阳能)转变为高品位的能源 (制冷)，不但有很强的科学意义，而且对节 省常规能源，减少环境枵染提高人民生活 水平有重要意义，完全符合可持续发展战 略的要求。 二、国内外研究与发展现状 实现太阳
4、能空调有两条途径：1太阳 能光电转换，以电能制冷；2太阳能光热 转换，以热能制冷。前一种方法成本太高， 以目前的光电池价格来算，在相同的制冷 功率情况下，造价约为后者的4至5倍。 第二种方法除了供冷之外，还能同时供热， 太阳能的利用率更高。国际上太阳能空调 的应用主要是后一种方法。 以热能制冷也有多种方式，其中以吸 收式制冷最为普遍。在国外，美国和日本 起步较早，也发展得较快。近年来，西欧各 国，澳大利亚、新加坡、韩国等，也开始进行 了不同程度的研究试验工作。在产业化方 面，日本做得比较成功。从八十年代到现 在，日本已建成了多套实用性的太阳能制 冷空调系统，并出口到中东国家。日本的 成功主要得
5、益于它的吸收式制冷机比较成 熟。 除了制冷机以外，太阳能空调的另一 关键技术是太阳能集热器。太阳能集热器 的任务是为吸收式制冷机提供足够温度以 及数量的热能。目前的热水型(单级)吸收 式制冷机，要求的热源温度一般都在88 90以上，这对太阳能集热器提出了较高 的要求。在高温下运行还存在另一个问题 就是太阳能的利用率降低，一天当中只有 太阳辐射很强的几个小时才能达到温度要 求，同时太阳能集热器的热效率也会降低。 因此，虽然热源温度越高制冷机的26 制冷学报21999 也越高，但系统总的热效率并不高。 由于现有制冷机的限制国外太阳能 空调系统普遍采用高温运行的方式，有的 甚至在120130下运行，
6、需要采用聚光 式的太阳能集热器。总的思路是以特别设 计的太阳能集热器去适应和配合制冷机。 但另一方面市场上广泛使用的太阳能热水 器又不能很好地满足要求，造价高以及太 阳能集热器的非普遍性影响了太阳能空调 的推广应用。 在国内，中国科学院广州能源研究所 从事太阳能空调的研究和应用已有十多年 的历史。早在1987年，与香港理工大学合 作在广东深圳建成了国内第一座太阳能空 调和热水综合系统。系统制冷能力为 14用日本出产的单级溴化锂吸收式 制冷机，热源温度要求鹤以上。为了配 合这种制冷机，专门研制了三种高性能的 太阳能中温集热器：真空管集热器、热管式 真空管集热器和 术路线与国外的做法基本一样。 为
7、了使太阳能空调技术能够广泛地推 广应用，必须与太阳能热水的应用相结合， 与太阳能热水器的市场接轨，才会有更好 的经济效益。因此，我们决定采取一种更 结合市场和实用的技术路线：研制一种新 的制冷机，使之能适应市场上已经广泛应 用的太阳能热水器，也就是把太阳能空调 的应用建立在太阳能热水器市场的基础 上。 中国科学院广州能源研究所对溴化锂 吸收式制冷机也已进行了十几年的研究工 作。针对太阳能的不稳定性和间歇性，以 及目前已经大量使用的太阳能热水器的特 点，要求制冷机的适应温度范围更广一些。 为此，成功研制了一种热水型两级溴化锂 吸收式制冷机，驱动热源温度适应范围为 6085。只要在现有的太阳能热水
8、系统 基础上，配上这样一台制冷机，就能实现制 成太阳能空调和热水系统。 三、我国首座大型实用性太阳能空调 热水系统 1立项 经过多次的研讨和论证，有关部门和 专家取得了共识，认为发展太阳能空调技 术的应用时机已经成熟，有一定的社会、经 济效益，同时也提高了太阳能利用的科学 意义和技术水平，有利于推动太阳能事业 的发展。因此，国家科委把“太阳能空调和 供热综合系统”列入“九五”重点科技攻关 项目计划。中国科学院广州能源研究所承 担了这一任务。 2应用对象 太阳能空调系统一定要兼顾供热和空 调两方面的应用。单纯为了空调的太阳能 空调系统的经济性目前还不太理想，但结 合供热就可以全年发挥作用，有较好
9、的经 济效益。如综合办公楼、招待所、学校、医 院、游泳馆等，都是比较理想的应用对象。 这些用户冬季(或全年)需要供热，如生活 用热水、供暖、游泳池水补热调温等，而夏 季一般都需要空调。 “太阳能空调热水系统”项目最后选定 在广东江门市的一座新建的24层综合大 楼上实施。该大楼是一座多功能的综合性 商用、办公大楼，有写字楼、营业厅、招待 所、运动娱乐场所、培训中心等。利用太阳 能全年提供大楼每天所需的大量的生活用 热水，除此之外，夏天以太阳能热水制冷， 供其中一层空调。 值得指出的是，该大楼在论证其生活 热水方案时，曾考虑过用电或燃油热水两 种方案。前者因用电增容费及日后的运行 成本费太高而被否
10、定；后者需建一较大的 油库，基于安全及燃油费用问题最后也放 弃了。利用太阳能不仅能解决全大楼的生 活用热水问题，在夏天还可以利用太阳能 热水制冷。最后采纳了这个方案。说明太 阳能热水系统与用电、用油相比，是有竞争 力的，甚至在某些高层大厦也是能解决问 题的。太阳能空调系统建立在太阳能热水 系统的基础上，因此更具有吸引力。 3系统筒介 太阳能空调热水系统如图1所示。 以平板集热器收集太阳能产生热水， 分别储存在制冷用热水和生活用热水水箱 中。运行中优先把太阳能输入制冷用热水 箱，其温度远比生活用热水要高。采用一 台太阳能 热水作为能源输入制冷机制冷。采取中央 空调供冷方式，制取的9左右的冷冻水
11、进到用户的风机盘管，然后返回冷冻水箱。 当天气不好、水温不足时，用一台燃油热水 炉辅助升温，保证系统能全天候运行。生 活用热水则直接输送到用户，系统全自动 采集数据和控制运行。 4、主要技术特点 (1)太阳能集热器 为了保证平板集热器能满足制冷空调 的要求，又不失其简单价廉的特点，通过研 究、试验，采取了一些简易而有效的技术改 进措施。其中最主要的是增加一块透明、 能耐较高温度的隔热板，作用是通过抑制 空气自然对流从而减少表面的热损失。试 验及目前使用的结果证明，这种集热器的 热性能确实很好。它保证了在太阳辐射强 的时候，能持续提供制冷机制冷用热水；在 太阳辐射较弱时，也可以产生足够的生活 用
12、热水。 (2)制冷机 制冷机是采用本所的发明专利技术 两级吸收式溴化锂制冷机。这种制冷 机的一个重要的特点是驱动热源温度低， 只需要65 75，在6o的情况下，仍能 以较高的制冷能力稳定地运行。另一个特 21999制冷学报 是热水的利用温差大，有1217。市 场上普通的单级吸收式溴化锂制冷机热糠 温度一般要求88以上，热水利用温差只 有68。 (3)自控系统 自动控制系统以可靠性摆在第一位，采 用先进的可编程控制器(工业控6j 微机控制和管理。系统可以做到无人值守， 24小时不问断工作。 5、主要技术参数和指标 太阳能集热系统： 太阳能集热器： 高效的平板式集 鹅 制冷学报21999 热器 集
13、热面积： 供生活用热水：3水温度： 5560(供生 活用热水) 6575(供制 冷机热源热水) 制冷系统 制冷机： 两级吸收式溴化锂6 制冷能力：源温度：75 冷冻水温度91 供空调用户面积：600112 辅助燃油系统 燃油热水炉 自动控制系统 可编程控制器及工业控制微机。 6、系统的运行情况 太阳能空调热水系统于98年1月安装 完毕，2月中开始供生活用热水，3月制冷机 进行调试并开始制冷。4月份开始试供冷， 5月下旬自动控制系统初调成功。系统的 初步运行调试结果令人满意。 (1)太阳能集热系统效率很高。在2，3 月份太阳辐射很弱的阴天，也可以满足生活 用热水的要求(高于45)，甚少需要燃油
14、炉辅助加热。在太阳辐射并不特别强天气 下，很容易把制冷机热源水升温至85。 (2)制冷机初步调试结果令人满意，各 项指标均超过设计要求：制冷能力可达 计为1冷煤水可低至6C (设计工况为9)热源水温在6065仍 能很正常地制冷(设计为75)，算可大于04。4月9日正式向办公楼试 供冷。供冷运行一个多月表明，可以满足一 层(面积超过600办公和会议室空调。 以下是几个有代表性的运行工况数据： 热水 冷媒水 冷却水 日 时 进口 出口 进口 出口 制冷 进口 出口 算 期 间 温度 温度 温度 温度 量 温度 温度 值 4月凹扫 13：00 620 51 9 11 1 68 818 282 329 0 453 5月4日 12：00 691 55 7 155 101 286 357 0434 5月4日 15：30 68 6 560 135 87 913 301 35。8 0 410 5月5日 13：00 01 569 120 75 866 296 351 0397
