太阳能光热空调技术及其在夏热冬冷地区的适用性选择★

郑 琳 张 炜* 李尚杰

(四川大学建筑与环境学院,深地科学与工程教育部重点实验室，四川 成都 610065)

·水·暖·电·

太阳能光热空调技术及其在夏热冬冷地区的适用性选择★

郑 琳 张 炜* 李尚杰

(四川大学建筑与环境学院,深地科学与工程教育部重点实验室，四川 成都 610065)

太阳能空调能够降低建筑能耗，保护环境，介绍了太阳能光热空调的概念，指出实现太阳能空调制冷的方式分为光电与光热，简述了不同类型的太阳能光热空调技术的原理和特点，并且针对不同类型太阳能空调的特点，选择出适用于夏热冬冷气候区的太阳能光热空调类型。

太阳能空调，空调能耗，蓄能，建筑节能

0 引言

随着能耗问题成为人们越来越关注的热点问题，建筑能耗占据社会能耗的30%，其中空调能耗占据了建筑能耗的50%。因此，发展低能耗建筑，低能耗空调形式是推进我国节能减排重要举措。传统空调的制冷媒介一般为氟氯化物，这是造成臭氧层空洞的主要原因，严重污染环境，而太阳能空调利用可再生能源太阳能，具有环境友好的特点，具有潜在的应用潜力[1]。

太阳能作为可再生能源，除了具有清洁性，还不受地域的限制。我国地域辽阔，太阳能资源丰富并且分布广泛，全国70%以上的地区全年日照数高达2 000 h。丰富的资源储备说明与传统电制冷空调相比，太阳能空调具有更低的运行成本，特别是在一些太阳能资源丰富但是经济不够发达的地区比如川西高原，太阳能空调具有更佳的利用价值[2]。太阳能空调制冷的最大优点是它具有季节匹配性。在天气越热，越需要冷量的时候，这时太阳辐射情况最好，太阳能空调的制冷量也就最大[3]。夏热冬冷气候区的气候最突出的特点就是常年湿度很高，在空调的选择上要重点考虑处理湿度的问题。

1 太阳能光热制冷技术特点与现状

太阳能空调制冷技术根据原理可以分为两种方式，一种是将太阳能转换为电能，再以电能驱动压缩式制冷系统。第二种是利用太阳能集热器收集热量，利用热能来驱动制冷[4]。目前太阳能光热制冷主要分为四类，分别为太阳能吸收式制冷，太阳能吸附式制冷，太阳能除湿式制冷以及太阳能喷射式制冷。其中前三种制冷形式较为普及，但太阳能喷射式空调也由于其特点而被研究学者重点研究。

1.1 太阳能吸收式制冷

吸收式制冷循环主要由发生器，蒸发器，冷凝器和吸收器组成。吸收式制冷循环利用不同沸点的工质对进行制冷。高沸点的为吸收剂，低沸点的为制冷剂。目前常用的二元工质对为氨—水工质对，溴化锂—水工质对。溴化锂吸收式制冷技术在国内发展已经较为成熟[5]。

太阳能吸收式制冷循环有如下特点：太阳能吸收式制冷利用低品位的热能太阳能，并且整个运行环境比较安静，只有功率较小的泵在运行，不产生过多的噪声。制冷工质无毒，不污染环境，制冷剂在真空状态下运行，更加安全。但是吸收式制冷具有易结晶，腐蚀性强等缺点。

对于太阳能吸收式制冷，应用最广泛的工质对为溴化锂—水工质对，该方式具有较高的制冷效率(EER)，对热源的要求较低，占据太阳能吸收式制冷中的主要地位。

1.2 太阳能吸附式制冷

吸附式制冷技术利用固体吸附剂，如活性炭和沸石等，对某些制冷剂蒸汽具有比较强的吸附作用，吸附作用使得蒸发器中的制冷剂液体通过蒸发而进行制冷。当吸附剂进行加热后就会使吸附剂中的制冷剂解吸，解吸后的蒸汽会在冷凝器中放热变为液体，制冷剂回到蒸发器中完成整个循环。

太阳能吸附式制冷循环将太阳能集热系统与吸附式制冷系统结合。该系统有如下特点：太阳能吸附式空调的优点是所需的热源温度较低，所以可以良好的与一般太阳能集热器匹配。系统运行简单，初投资和运行费用较少，系统运行稳定。但是与传统的电驱动压缩式制冷相比，吸附式制冷系统的制冷功率较小，当所需要的制冷量较大的时候，系统内的换热设备面积会增加，这样会增大投资和系统的体积。

1.3 太阳能除湿式制冷

除湿式空调制冷利用干燥剂来吸附空气中的水蒸气，降低了空气的湿度，通过水在干燥的空气中蒸发降温而实现制冷。干燥剂与喷水冷却系统结合就成为了除湿空调。除湿式空调系统利用干燥剂吸附空气中的水分后，经过热交换器进行降温，再经过蒸发器冷却。

太阳能除湿式空调系统利用太阳能收集热量使吸湿后的干燥剂再生，实现除湿制冷循环。太阳能除湿式空调需要的热源温度不高，一般的太阳能平板式集热器系统的热量就可以满足除湿式空调的需要，因此可以节约太阳能集热器的成本。该系统的一大优势就是可以实现热量与湿量的分开处理，可以更加独立的控制房间的温度与湿度。太阳能除湿式空调制冷系统的制冷媒介为水，不产生污染，非常环保。除湿的形式能够有效的处理房间内的潜热负荷。干燥剂还能同时吸附室内空气中的有害物质，提高了室内空气品质。

1.4 太阳能喷射式制冷

喷射式制冷将传统制冷系统中的压缩机替换为喷射器，蒸汽从喷射器的喷嘴中高速喷出，创造出低压环境，液体制冷剂汽化吸热产生制冷效果。蒸汽喷射式空调中的常用介质为水。整个系统由蒸发器，喷射器，冷凝器，节流阀组成。喷射式制冷循环不需要消耗很大的能量，唯一的动力消耗只有增压泵，运行可靠。喷射器可以在低品味的热源下进行循环，结构相对简单[6]。

太阳能喷射式制冷循环由太阳能集热器和蒸汽喷射式制冷机组成。制冷剂在发生器与集热器中的水进行换热，制冷剂加热成为高温高压的蒸汽。蒸汽经过喷射器，压力降低，流速迅速增加，低压环境将蒸发器中的蒸汽抽吸，然后两路蒸汽混合，经过喷射器的扩压段到冷凝器中冷凝。从冷凝器中出来的流体分为两路，一路经过节流阀进入蒸发器，另一路进入发生器再与集热器中的热水进行换热。

2 夏热冬冷地区太阳能空调的优化选择

夏热冬冷地区的平均湿度在75%,使人感觉闷热不舒适。即使在冬季湿度依然很大，阴冷潮湿。由于夏热冬冷气候区的特点，并且随着人民生活水平的提高，对于空调的选择就有更高的要求。表1为四种形式的太阳能空调的主要优劣势对比。根据太阳能空调的特点，太阳能除湿式空调由于其能够独立处理温度和湿度从而更加适用于夏热冬冷地区。

3 太阳能制冷技术的发展

在太阳能的利用和转换过程中，常常存在能源的供给与需求时间不匹配的问题，即清洁能源的间歇性特点，即太阳能的采集受气候和昼夜的影响比较大。所以太阳能空调与蓄能技术的结合是现在学者研究的热点和前景。蓄能式太阳能空调能够降低空调的负荷，减少电能的消耗，提高整个空调系统的使用效率，调峰蓄能，缓解能源需求紧张的问题。用于空调工程的蓄冷方式有三种，分别是水蓄冷，冰蓄冷以及共晶盐蓄冷。其中将相变蓄冷(共

晶盐蓄冷)技术与太阳能空调结合，能够提高太阳能制冷系统运行的稳定性和工作效率，提高太阳能利用率，提高末端用户侧的热舒适性。图1是太阳能空调系统与蓄能结合的系统形式。

另外，根据我国目前技术的发展，如何提高太阳能的转化率也是非常重要的问题。提高太阳能转化率就要提高太阳能集热器的集热效率，研究和开发更加先进的不同类型的太阳能集热器，对太阳能集热器的结构进行改进使其具有更高的效率。在建筑的设计过程中，也要注重集热器系统与建筑的结合，实现太阳能技术与建筑设计一体化。

4 结语

随着科学技术的发展和社会的进步，人们的生活水平也越来越高，对能源的消耗也越来越多。太阳能制冷空调能够在建筑节能领域缓解人们对能源日益增长的需求与匮乏的传统不可再生能源之间的矛盾。市场对太阳能空调的需求也越来越大，对太阳能空调的研究具有潜在的经济效益和社会效益。太阳能除湿式空调系统更加适用于夏热冬冷气候区。

[1] 杨俊斌,耿世彬.太阳能空调的技术现状与发展[J].洁净与空调技术,2017(1):95-99.

[2] 谭军毅,余国保,舒水明.国内外太阳能空调研究现状及展望[J].制冷与空调(四川),2013(4):393-399.

[3] 金叶佳,尹芳芳,李开创,等.常见太阳能空调制冷技术的现状及比较[J].太阳能,2011(9):32-35.

[4] 代彦军,王如竹.太阳能空调制冷技术最新研究进展[J].化工学报,2008(S2):1-8.

[5] 万忠民,舒水明,胡兴华,等.太阳能混合吸收式制冷空调系统的性能研究[J].华中科技大学学报(自然科学版),2006(8):62-64.

[6] 张 博,沈胜强,阿布里提·阿不都拉.太阳能喷射式制冷系统性能分析[J].太阳能学报,2001(4):451-455.

Solar powered air conditioning technology and the application in hot summer and cold winter climate zone★

Zheng Lin Zhang Wei* Li Shangjie

(CollegeofArchitectureandEnvironment,SichuanUniversity,KeyLaboratoryofDeepEarchScienceandEngineeringofMinistryofEducation,Chengdu610065,China)

Solar powered air conditioning system can reduce building energy consumption and protect the environment. The concept of solar powered air-conditioning is introduced. The solar powered air conditioning system includes photoelectric and thermal technology. This paper briefly introduces the principle and characteristics of different solar powered air conditioning systems and gives the proposes of choosing appropriate solar powered air conditioning in the hot summer and cold winter climate zone.

solar powered air-conditioning, energy consumption, energy storage, buliding energy saving system

1009-6825(2017)20-0125-02

2017-05-08★:国家自然科学基金资助项目(No.51508352)；深地科学与工程教育部重点实验室(四川大学)开放课题基金资助项目(No.DUSE201702)；成都市科技惠民项目(No.2015-HM01-00244-SF)

郑 琳(1993- )，女，在读硕士

张 炜(1981- )，男，副教授

TU831.74

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