太阳能空调技术发展与现状分析

       简介：温室效应的加剧，生活水平的提高，人类对空调的需求急剧上升。以中国为例，空调需求量从1997年的550万台增长到了1998年的660万台，1999年的需求达到了900万台。普通空调发展很快，但耗电大、热岛效应严重，太阳能空调虽然发展慢，但它以不需电能、节约能源、没有污染、工作寿命长等优点引起世界学者的重视。 　　温室效应的加剧，生活水平的提高，人类对空调的需求急剧上升。以中国为例，空调需求量从1997年的550万台增长到了1998年的660万台，1999年的需求达到了900万台。普通空调发展很快，但耗电大、热岛效应严重，太阳能空调虽然发展慢，但它以不需电能、节约能源、没有污染、工作寿命长等优点引起世界学者的重视。 　　一、太阳能空调技术的发展 　　70年代后期，世界各国对太阳能利用的研究蓬勃发展，太阳能空调技术也随之出现。人们发现太阳能空调的应用比较合理：当太阳辐射越强，天气越热的时候，太阳能空调的负荷越大，制冷效果最好。因而太阳能空调技术也引起了世界学者的广泛注意。不少科研机构、高等院校和企业纷纷投入人力和物力研制太阳能制冷（空调〕机，其中多数是小型的吸收式制冷试验样机。 　　在国外，佛罗里达大学的法伯教授就着手于这方面的研究，并投入了实际运行，他采用氨吸收式制冷机，冷却水为21℃的井水，据认为制冷系数有0.45左右。日本也报道了他们研制的太阳能供冷系统，该系统由面积32.2平方米的平板集热器，7kW的溴化锂制冷机和2.5立方米的储热水罐组成。数据表明，该系统可提供冬天供热所需的全部能量和夏天典型日内为驱动吸收式制冷机所需的能量的70%。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。 　　在国内，天津大学1975年研制的连续式氨一水吸收式太阳能制冰机，日产冰量可达5.4kg。北京师范学院（现首都师范学院等）1977年研制成功1.5m2平板型间歇式太阳能制冰机，每天可制冰6.8-8kg；1979年又研制出8m2平板型自动跟踪连续式太阳能冷藏柜。华中工学院（现华中理工大学）研制了采光面积为1.5m2，冰箱容积为70升，以氨一水为工质对的小型太阳能制冷装置，可维持冰箱0℃10小时左右。香港大学完成了太阳能吸收式空调设计、运行和在香港气候条件下的性能数据。另外，上海交通大学制冷与低温工程研究所在太阳能制冷方面作了大量的工作，并且提出了一种太阳能供热与制冷联合循环的复合机装置。1987年，中国科学院广州能源研究所与香港理工学院合作在深圳建成了一套科研与实用相结合的示范性太阳能空调与热水综合系统，集热面积共120m2，制冷能力14kw，1998年1月，中科院广州能源研究所研制成功了实用型太阳能空调热水系统，在广州江门市投入运行。其中，制冷用热水温度65℃-75℃，生活势水温度55℃-60℃，采用500平方米高效率平板集热器，一台100kW两级吸收式制冷机可满足超过600平方米的空调负荷。 　　随着太阳能制冷空调关键技术的成熟，特别在太阳能集热器和制冷机方面取得了迅猛发展，太阳能空调也得到了快速发展。九十年代真空管集热器和溴化锂吸收式制冷机大量地进入了市场。真空管集热器的热水温度夏季都在85℃以上，完全能够满足太阳能空调的需要。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，特别适合于在太阳能空调中使用。国内不少厂家也开始生产太阳能空调，例如上海中天生产小型太阳能空调，广州能源、烟台福山等生产大型太阳能空调都具有比较成熟的经验。 　　二、当前太阳能空调的技术特点 　　现在太阳能空调的实现方式主要有两种，一是先实现光-电转换，再用电力驱动常规压缩式制冷机进行制冷；这种实现方式原理简单、容易实现，但成本高。象青岛海尔就生产过这种太阳能冰箱和空调。二是利用太阳的热能驱动进行制冷，这种制冷方式技术要求高，但成本低、无噪音、无污染。现采用的主要是这种方式。这种方式的太阳能空调一般又可分为吸收式和吸附式两种。 　　吸收式制冷技术是利用吸收剂的吸收和蒸发特性进行制冷的技术，根据吸收剂的不同，分为氨-水吸收式制冷和溴化锂-水吸收式制冷两种。它以太阳能集热器收集太阳能产生热水或热空气，再用太阳能热水或热空气代替锅炉热水输入制冷机中制冷。由于造价、工艺、效率等方面的原因，这种制冷机不宜做得太小。所以，采用这种技术的太阳能空调系统一般适用于中央空调，系统需要有一定的规模。  　　吸附式制冷技术是利用固体吸附剂对制冷剂的吸附作用来制冷，常用的有分子筛-水、活性炭-甲醇吸附式制冷。 　　三、太阳能空调技术的优势和应用前景  　　当前，大部分使用的空调技术是一种以电能为动力，把室内热量加以吸收排除到室外的循环系统。耗能的严重问题，在世界能源日益紧张的今天，采用更为节能的空调系统是人类的共同需要。太阳能空调解决了这个问题，它基本不用电能，运行费用低（可无运行费用），无运动部件，寿命长，无噪声。而且利用太阳能作为能源的空调系统，它的诱人之处还在于越是太阳能辐射强烈的时候，环境气温越高，人们的生活越需要空调，此时，太阳能空调的制冷能力就越强。这是人和自然和谐的理想境界。使用太阳能空调的结果，既创造了室内宜人的温度，又能降低大气的环境温度，还减弱了城市中的热岛效应。更为可取的是，它既节约了能源，还不使用破坏大气层的氟里昂等有害物质，是名副其实的绿色空调。 在节能和环境方面有很大的发展潜力。 　　就我国的空调行业而言，空调器的市场正处于发展和完善阶段，目前，大中城市家庭的空调器普及仅在20%以下，市场潜力十分巨大。随着人们生活水平的大幅提高，空调器已逐渐成为家庭必备的家用电器，阻碍空调进入家庭的主要矛盾是耗能和价格因素。从太阳能空调的特性和技术特点来看，太阳能空调最适合于上述矛盾的解决和应用，当前空调行业的需求也给太阳能空调技术的发展和应用带来了难得的机遇。太阳能空调技术一定有广阔的应用前景。 　　四、存在的问题及可能的解决办法 　　(1) 因受太阳能集热器的影响，太阳能空调普遍存在着效率低、价格高的问题。但是太阳能空调是建立在太阳能热水应用基础上的，太阳能空调中的太阳能集热器可以与太阳能热水器相通用，随着太阳能热水器的发展，太阳能集热器的效率也会提高；对于原来有太阳能热水器的用户可以改造，先制冷再用余热洗澡，使其有更好的经济性。 　　(2)从集热器、制冷机等相应的成本分配来看，集热温度、冷水温度及冷却水温度应各为多少，才能建立一个最为经济合理的太阳能空调系统，也是尚待解决的课题。不过我想，只要有了合适的集热器和制冷机，建立经济合理的太阳能空调系统，只是时间问题。 　　(3)由于太阳能的收集存在着时效问题，蓄热技术也必须得到很好地解决。现存的蓄热方法主要采用增加热水容量，增强保温效果，随着蓄热技术和蓄热载体的研究开发，太阳能空调系统的不可*性和间断性也会有所改善。 　　(4)对于居住相对集中的楼房来说，集热器的安装受到很大的限制。这主要是因为太阳能空调的安装不普遍，楼房的设计没有考虑到太阳能空调，就象八十年代的太阳能热水器，安装很复杂，而现在楼房设计者想到了，太阳能热水器抬上就是。 　　(5)没有太阳能空调系统的计算机设计软件、控制芯片、技术标准、统一的配套设备和零部件。这是科技与市场结合的问题，需要太阳能空调形成一定的规模，占领一定的市场，还需要一定的时间和政府、科技部门的支持。 　　经过几十年的发展，太阳能空调技术已经开始迈入实用化阶段，并逐渐走入了市场；科技的进步和经济的发展对能源与环境也提出了更高的要求，相信在政府和社会的大力支持下，紧紧依托太阳能热水器这个成熟的大市场，太阳能空调一定会有很大的发展。