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我國太陽能熱水器的保有量已超過2000萬平方米,年產量達300萬平方米,是世界上生產太陽能熱水器最多的國家。但以人均占有量計算,仍處于落后地位,所以這個市場的潛力還非常大。
太陽能熱水器產生熱水主要用于日常生活和采暖。但是當夏天太陽輻射越強、天氣越熱的時候,人們更需要的是空調降溫。這種情況在我國南方每年大約有6-8個月時間,在北方也有4-6個月。利用太陽能熱水器產生的熱水制冷供空調,使太陽能和太陽能熱水器全年充分利用,是最合理的方案。 “九五”期間,“太陽能空調”列入科技攻關計劃,成功地建成了兩座有一定規(guī)模的實用性太陽能空調系統(tǒng),分別是:中科院廣州能源所在廣東省江門市建成的100kw太陽能空調系統(tǒng),采用高效平板太陽能集熱器、低溫運行的兩級吸收式制冷機;和北京市太陽能研究所在山東省乳山市建成的100kw太陽能空調系統(tǒng),采用熱管式真空管集熱器、中溫運行的單級吸收式制冷機。
太陽能空調技術現(xiàn)狀分析 從太陽能系統(tǒng)和制冷熱源工作溫度的高低來分,目前國內外太陽能空調系統(tǒng)大致可以分為三類,我們簡單地稱之為高溫型、中溫型和低溫型三種類型。國外實用性系統(tǒng)多為中溫型,也有高溫型的實驗裝置,國內目前只有后兩種。
1、隨著工作溫度的升高,制冷機COP相應提高,但太陽能集熱系統(tǒng)的日效率要降低,太陽能制冷總效率相差不大。
2、從適配的集熱器方面看,高溫型的太陽能空調系統(tǒng)需要聚光型或者是特定的太陽能集熱器,造價很高,不利于推廣和普及。中、低溫型太陽能空調系統(tǒng)采用常規(guī)的太陽能集熱器就能滿足要求,有利于太陽能空調的推廣應用。
3、從系統(tǒng)方面看,超過100℃的運行,如果采用水作為介質,系統(tǒng)處于受壓狀態(tài),隨之會產生一系列的問題:如儲熱問題、壓力容器問題等等。后兩種類型則不存在這些問題。
總的來說,高溫型太陽能空調系統(tǒng),對于解決某些科學技術的問題是有意義的,但由于造價很高,在實用性和普及推廣方面是不利的。中溫和低溫型太陽能空調系統(tǒng)各有長短,前者制冷系數稍高,但需要采用價格較高的熱管式真空管集熱器;后者能適應普通的太陽能熱水器,更有利于推廣應用,缺點是制冷系數相對偏低。最佳的方案是兩者結合,同時能適應中、低溫度范圍(65-95℃),溫度稍高時,制冷機單級運行,溫度稍低時,制冷機兩級運行。
創(chuàng)新的高效率太陽能空調系統(tǒng)
1、傳統(tǒng)的太陽能空調系統(tǒng)
前面討論的主要是針對制冷機與集熱器的匹配及其效率問題,作為一個系統(tǒng),系統(tǒng)的總效率是一個重要的問題。傳統(tǒng)的太陽能空調系統(tǒng)由太陽能集熱系統(tǒng)附加一臺吸收式制冷機組成。
2、新概念的太陽能冷-熱并供系統(tǒng)
熱損失是影響太陽能空調系統(tǒng)效率的主要因素。提高系統(tǒng)效率,應當在不影響制冷COPc的前提下,充分利用Qa和Qc。為此,基于熱泵原理,提出了太陽能制冷-產熱并供系統(tǒng)新概念。系統(tǒng)的能量平衡如下:
設計運行工況是這樣的:當太陽能系統(tǒng)集熱溫度為90℃ ,制冷溫度為9℃ ,輸出熱水溫度為45℃ 時,COPc=0.6,COPh=1.6,ηs=0.4,所以,c=0.24,ηh=0.64,ηt=0.88,系統(tǒng)總效率達到88%。如果制冷溫度不要求太低,例如設定為12℃ ,在同樣的條件下,COPc可達0.65,系統(tǒng)總效率達90%。