太陽能空調
太陽能空調是指新型太陽能復合超導冷暖空調，制熱時以太陽能和可再生的生物質燃料為主要能源，是真正綠色的取暖方式。制冷時借助少量的電能利用地源低溫，采用超導能量輸送系統直接制冷，達到最合理的節能的制冷效果。傳統的空氣冷卻器無法杜絕討厭的副作用——長期消耗大量的能源、能源利用效率低、加速全球氣候變暖。如果人們可以成功利用太陽光來冷卻家庭房間或辦公室那該多好——不會消耗大量難以再生的能源，而且在制冷過程中不會釋放太多二氧化碳。
發展背景 編輯本段
在全球氣候變暖的環境下，太陽能作為杰出的新能源代表，備受世界各國的青睞。低碳節能潮流之下，以光熱技術為主的太陽能已經應用到各行業，在不斷改善能源結構。隨著國家對太陽能產業的政策扶持，各種利用太陽能技術的制造和應用領域正涌現出蓬勃的商機，一系列太陽能產品正逐漸步入人們的生活。如今各大廠商紛紛推出太陽能空調，使得太陽能空調這個被普遍認為是具有廣闊前景卻又在短期內難以市場化的新型空調機組，再一次受到行業的關注。
在炎炎夏日里，空調的耗電量幾乎占整個電力系統耗電量的三分之一，這是夏季電力系統不堪重負的原因之一。因此太陽能空調從一開始就具有很大的誘惑力。利用太陽能制冷與一般電力制冷原理相同，只是所用能源不同，因此帶來一些結構上的變化。太陽能制冷的方法有多種，如壓縮式制冷、蒸汽噴射式制冷、吸收式制冷等。
一般的太陽能熱利用項目，如采暖、熱水等，在需求上其實與太陽能的提供并不完全一致：當天氣越冷、人們越需要溫暖的時候，太陽能量的提供往往不足。從這個角度來看，太陽能空調的應用是最合理的：當太陽輻射越強，天氣越熱的時候，我們需要空調的負荷也越大。這是太陽能空調應用最有利的客觀因素。
當前的太陽能空調技術多種多樣，主要是吸收式制冷和光電轉化電能驅動制冷。比較成熟的技術是溴化鋰——水工質對吸收制冷，如今已經在一些示范工程中有所應用，效果理想。由于太陽能空調的技術種類繁多，成熟度也各有不同，因而其產業化進程緩慢。但是不可否認的是，隨著能源政策對清潔能源的傾斜，太陽能空調的推廣普及前景無限美好。投資太陽能空調項目，占領前期市場將是產業擴大的戰略性決策。
科研結果 編輯本段
該系統的核心是一臺名為“Schukey”的電機，能將太陽光轉換成冷空氣。制冷過程中，這種電機1度電只需5美分，而相比較而言，傳統的空調每度電則需要花費12-14美分。Thermodyna公司老板VolkerBergholter表示：“該裝置沒有采用任何電子元件，且幾乎沒有任何元部件。”他將該裝置描述為“簡單至極”。它只需要兩臺負責生產冷空氣的發動機結合太陽能電池板。太陽能電池板產生的蒸汽被助推器轉換成為機械能，機械能再用來驅動冷卻機。冷卻機吸收房間中的潮濕的熱空氣，熱空氣經過壓縮和擴展，被冷卻到20攝氏度左右，為房間制冷。
這種設備最大的優勢在于，在太陽最烈的時候人們最需要制冷，而太陽光能越多，該設備就更容易收集到大量能量加以利用。相輔相成的關系能夠更好的滿足消費者的需求。Thermodyna公司計劃能趕在2010年向市場推出第一批太陽能制冷機。
工作原理 編輯本段
太陽能空調系統兼顧供熱和制冷兩個方面的應用，綜合辦公摟、招待所、學校、醫院、游泳池、水產養殖、家庭等，都是理想的應用對象。冬季乃至全年均需要供熱，如生活熱水、采暖、游泳池水補熱調溫等，而夏季又需要冰涼世界，以太陽能熱水制冷，就是一座中央空調。當前，世界各國都在加緊進行太陽能空調技術的研究。據調查，已經或正在建立太陽能空調系統的國家和地區有意大利、西班牙、德國、美國、日本、韓國、新加坡、香港等。這是由于發達國家的空調能耗在全年民用能耗中占有相當大的比重，利用太陽能驅動空調系統對節約常規能源、保護自然環境都具有十分重要的意義。
制冷原理
所謂太陽能制冷，就是利用太陽集熱器為吸收式制冷機提供其發生器所需要的熱媒水。熱媒水的溫度越高，則制冷機的性能系數(亦稱COP)越高，這樣空調系統的制冷效率也越高。例如，若熱媒水溫度60℃左右，則制冷機COP約0~40；若熱媒水溫度90℃左右，則制冷機COP約0~70；若熱媒水溫度120℃左右，則制冷機COP可達110以上。
實踐證明，熱管式真空管集熱器與溴化鋰吸收式制冷機相結合的太陽能空調為太陽能熱利用技術開辟了一個新的應用領域。
制熱原理
冬季需制熱時超導太陽能集熱器吸收太陽輻射能，經超導液傳遞到復合超導能量儲存轉換器。當儲熱系統溫度達到40℃時，中央控溫系統，自動發出取暖指令，讓室內冷暖分散系統處于制熱狀態，經出風口輸出熱風。當房間溫度達到設定溫度值時，停止輸出熱風，房間的溫度低于設定值時，出風口又輸出熱風，如此自動循環達到取暖的目的（各房間的溫度設定是獨立的，互相不影響）。如遇到連續的陰天，太陽能不足時，生物質熱能發生器投入使用，以補充太陽能的不足。
制冷系統 編輯本段
組成
太陽能空調制冷系統由于節能、清潔無污染等特點，促使人們不斷深入地對它進行研究。隨著太陽能集熱器和制冷系統的材料、工質、工藝制造、設計等應用技術的不斷改進，太陽能空調制冷裝置的應用將得到廣泛的運用。利用太陽能作為能源的空調裝置，一般可以分成三部分：
其一是太陽能集熱器。集熱器形式多樣，性能各異。集熱器采用真空管型最多，真空管型最基本的種類有三種：熱管式真空集熱管(簡稱熱管)、全玻璃真空集熱管和直通式真空集熱管。熱管式真空集熱管是繼傳統平板式真空集熱管之后開發出的高科技節能產品，它將熱管技術和真空技術融為一體，將太陽能集熱器的工作溫度從70℃提高到120℃以上，大大提高了集熱器的熱性能，是一種溫熱利用的理想產品。
其二是制冷系統。利用低溫熱源作為動力的制冷系統不同于壓縮式制冷系統，它必須能充分利用低溫熱源作為動力這一要求，目前以吸收式制冷技術較為成熟。吸收式制冷采用溴化鋰-水、氨-水等作為工質對，有較好的經濟性，特別是采用溴化鋰-水作為工質對，能滿足對安全性要求很高的空調裝置，是一種較為理想的工質對。
其三是自動化控制系統，即對裝置的各種工作參數進行控制和安全保護的控制系統。以熱管為太陽能集熱管，溴化鋰-水為工質對的吸收式制冷空調系統，不管是作為制冷量大的大型空調，還是作為家用空調都有著現實意義和發展前途，特別是目前人們環境保護意識的提高，對環境的要求越來越高，無污染、低能耗、利用太陽能作為動力的空調將會受到人們的青睞。
制冷過程
當陽光射在真空管內的吸熱片上，熱管內的工質受熱沸騰汽化，蒸汽不斷沖向頂部的冷凝端，在冷凝端冷凝變成液體，冷凝的工質沿管壁流回熱管的蒸發段，完成一個循環。這種在一端吸熱汽化而在另一端凝結放熱，通過內部相變實現熱量傳遞的熱管，習慣稱為重力熱管。熱管的內部沒有吸熱芯，凝結的液體從凝結段回流到蒸發段是依靠凝結液自身的重力，不需要外部動力而自動循環，這就是熱管式真空管的集熱過程。由于熱管是依靠重力使工質循環的，在使用中必須將蒸發段置于凝結段的下方。若蒸發段置于凝結段的上方，重力對凝結液的回流會起阻礙作用，這時沒有動力使凝結液返回到蒸發段，熱管就不能工作。所以熱管也可以稱之為單向傳熱的熱二極管。熱管的這種特性非常適用于太陽能集熱器，它可以將吸收的太陽能熱量傳送至水箱，將水加熱，而反向不可逆。也就是說，白天吸熱，晚上不放熱。這對減少集熱器的熱損失，提高集熱器的保溫性能是十分有益的。
由于熱管主要依靠工質相變時吸收和釋放潛熱以及蒸汽流動傳輸熱量，而大多數工質的汽化潛熱是很大的，因此不需要很大的蒸發量就能傳遞大量的熱。當蒸汽處于飽和狀態，其流動和相變時的溫差很小，而管壁又比較薄，故熱管的表面溫度梯度很小。當熱流密度很低時，可以得到高度等溫的表面，提高導熱系數。熱管的安裝傾角對傳熱性能有一定的影響。
供熱系統 編輯本段
安裝地點概況
太陽能空調示范系統建在山東省乳山市。乳山市位于山東半島的東南端，北接煙臺，西臨青島，南瀕黃海。該地區有較好的太陽能資源，年平均日太陽輻照量為173MJ/m。當地夏季最高氣溫33℃左右，冬季最低氣溫7-8℃，夏季和冬季分別有制冷和采暖的要求，因此是安裝太陽能空調系統的合適地點。
乳山市銀灘旅游度假區利用本地區自然條件，大力發展旅游事業，正在籌建“中國新能源科普公園”。科普公園計劃建造包括風能館、太陽能館等在內的8個館、廳。太陽能空調系統就建在科普公園內的太陽能館。
在這里人們不僅可以參觀太陽能科普展品，增長太陽能科普知識，了解最新的太陽能技術，并且在參觀和娛樂的同時可親身感受到太陽能空調和采暖所營造的舒適環境。
主要技術性能組成
新建的太陽能空調系統由熱管式真空管集熱器、溴化鋰吸收式制冷機、儲熱水箱、儲冷水箱、生活用儲熱水箱、循環泵、冷卻塔、空調箱、輔助燃油鍋爐和自動控制系統等部分組成。
系統設計特點
（1）太陽能與建筑有機結合
整個太陽能館的總體設計即使建筑物造型美觀、新穎別致，又能滿足集熱器安裝的要求。依據這個原則，建筑物的南立面采用大斜屋頂結構，一則斜面的面積比平面大得多，可以布置更多的集熱器；二則在斜面上布置集熱器時無需考慮前后遮擋問題，而且造型也非常美觀。斜屋頂傾角取35°，與當地緯度接近，有利于集熱器充分發揮作用。
（2）熱管式真空管集熱器提高了制冷和采暖效率
熱管式真空管集熱器是北京市太陽能研究所的一項重大科技成果，具有效率高、耐冰凍、啟動快、保溫好、承壓高、耐熱沖擊、運行可行等諸多優點，是組成高性能太陽能空調系統的重要部件。熱管式真空管集熱器可為高效溴化鋰制冷機提供88℃的熱媒水，從而提高整個系統的制冷效率；這種集熱器還可在北方寒冷的冬季有效地工作，為建筑物供暖。
（3）大小兩個儲熱水箱加快了每天制冷或采暖進程
根據一天內太陽輻照度變化的固有特點，儲熱水箱不僅可以使系統穩定運行，還可以把太陽輻照高峰時的多余能量以熱水形式儲存起來。本系統與一般太陽能空調系統的不同之處在于設置了大、小兩個儲熱水箱。小儲熱水箱主要用于保證系統的快速啟動。測試結果表明，在夏季和冬季晴天的早晨，小儲熱水箱內水溫就能分別達到88℃和60℃，從而滿足制冷和供暖的要求。
（4）專設的儲冷水箱降低了系統的熱量損失
盡管儲熱水箱可以儲存能量，但它的能力畢竟是有限的。本系統專門設計了一個儲冷水箱。在白天太陽輻照充裕的情況下，可以將制冷機產生的冷媒水儲存在儲冷水箱內，其優點在于這種情況下的系統熱量損失顯然要比以熱媒水形式儲存在儲熱水箱中低得多，因為夏季環境溫度與冷媒水溫度之間的溫差要明顯小于熱媒水溫度與環境溫度之間的溫差。
（5）配套的輔助鍋爐使系統可以全天候運行
所有太陽能系統的運行都不可避免地要受到氣候條件的影響。為使系統可以全天候發揮空調、采暖功能，輔助的常規能源是必不可少的。該太陽能空調系統選用了輔助燃油熱水鍋爐，在白天太陽輻照量不足以及夜間需要繼續用冷或用熱時，可隨即啟動輔助鍋爐，確保系統持續穩定地運行。
優勢特點 編輯本段
太陽能空調的季節適應性好，也就是說，系統制冷能力隨著太陽輻射能的增加而增大，而這正好與夏季人們對空調的迫切要求。
傳統的壓縮式制冷機以氟里昂為介質，它對大氣層有極大的破壞作用，而制冷機以無毒、無害的水或溴化鋰為介質，它對保護環境十分有利；
太陽能空調系統可以將夏季制冷、冬季采暖和其它季節提供熱水結合起來，顯著地提高了太陽能系統的利用率和經濟性。
太陽能空調系統可以發揮夏季制冷、冬季采暖、全年提供熱水的綜合優勢，必將取得顯著的經濟、社會和環境效益，具有廣闊的推廣應用前景。
推廣應用 編輯本段
在強調太陽能空調優點的同時，也應看到它存在的局限性因而在推廣應用過程中注意解決這些問題：
（1）雖然太陽能空調開始進入實用化階段，希望使用太陽能空調的用戶不斷增加，但已經實現商品化的產品大都是大型的溴化鋰制冷機，只適用于單位的中央空調。對此，空調制冷界正在積極研究開發各種小型的溴化鋰或氨—水吸收式制冷機，以便與太陽集熱器配套逐步進入家庭；
（2）雖然太陽能空調可以無償利用太陽能資源，但由于自然條件下的太陽輻照度不高，使集熱器采光面積與空調建筑面積的配比受到限制，如今只適用于層數不多的建筑。對此，我們正在加緊研制可產生水蒸氣的真空管集熱器，以便與蒸氣型吸收式制冷機結合，進一步提高集熱器與空調建筑面積的配比；
（3）雖然太陽能空調可以大大減少常規能源的消耗，大幅度降低運行費用，但如今系統的初投資仍然偏高，只適用于有限的富裕用戶。為此，我們正在堅持不懈地降低現有真空管集熱器的成本，使越來越多的單位和家庭具有使用太陽能空調的經濟承受能力。
我們相信，太陽能吸收式空調系統可以發揮夏季制冷、冬季采暖、全年提供熱水的綜合優勢，必將取得顯著的經濟、社會和環境效益，具有廣闊的推廣應用前景。
從理論上講，太陽能空調的實現有兩種方式，一是先實現光-電轉換，再用電力驅動常規壓縮式制冷機進行制冷；二是利用太陽的熱能驅動進行制冷。對于前者，由于大功率太陽能發電技術的昂貴價格，因此，太陽能空調技術一般指熱能驅動的空調技術。當然，廣義上的太陽能空調技術也包括地熱驅動和地下冷源空調技術。
由于技術、成本等原因，太陽能空調一般采用吸收式和吸附式制冷技術。吸收式制冷技術是利用吸收劑的吸收和蒸發特性進行制冷的技術，根據吸收劑的不同，分為氨-水吸收式制冷和溴化鋰-水吸收式制冷兩種。吸附式制冷技術是利用固體吸附劑對制冷劑的吸附作用來制冷，常用的有分子篩-水、活性炭-甲醇吸附式制冷。兩種制冷技術均不采用氟利昂，可以避免對臭氧層的破壞作用，具有特別的意義；并且二者采用較低等級的能源，在節能和環保方面有著光明的前景。另外，吸附式制冷系統運行費用低（或無運行費用），無運動部件，壽命長，無噪聲，尤其在航空、航天等特殊領域廣泛應用。
對于太陽能制冷技術，因為要照顧到集熱器的效率等，就不得不采用比較低的熱源溫度。所以，太陽能驅動的制冷機存在效率較低的問題。隨之而來的，從集熱器、制冷機等相應的成本分配來看，集熱溫度、冷水溫度及冷卻水溫度應各為多少，才能建立一個最為經濟合理的太陽能空調系統，也是尚待解決的課題。另外，由于太陽能的收集存在著時效問題，蓄熱技術也必須得到很好地解決，一個較好的蓄熱系統可以彌補太陽能的不可逆性和間斷性。
研究方向 編輯本段
太陽能空調的研究發展方向
1、產業化
太陽能空調實用性示范系統的建成，證明了太陽能空調技術上是可行的，經濟上也顯示出一定的效益，潛在的市場很大，應當向產業化方向發展。但要實現產業化目標，還有許多工作可做，例如：太陽能空調系統的計算機設計軟件；制冷機商品化、產業化；統一的配套設備和零部件；制定產品（系統）的技術標準；大力開拓市場。
2、研究和開發新的枝術
太陽能空調系統目前普遍采用成熟的淡化吸收式制冷技術。由于造價等方面的原因，制冷機不宜做得太小。所以，采用這種技術的太陽能空調系統適用于中央空調和集中供熱方式，系統需要有一定的規模。而市場對小型的、家用的太陽能空調器卻有更大的需求，事實和經驗告訴我們，只有滿足千家萬戶人民群眾需要的產品，才能形成規模化產業。因此，需要研究和開發小型太陽能空調的新方法、新技術。
3、建筑物的熱-電-冷聯供系統
建筑用能是一個耗能大戶，其中用于照明、供熱和空調就占了一半以上，太陽能在建筑上的應用不僅可以節省能源，更重要的是有利于保護環境。利用太陽能供電、供熱、供冷、照明，最終實現所謂綠色能源的房子，是世界上許多發達國家的熱門研究課題，也將是21世紀一個應用面很廣、需求量很大的多學科交叉的綜合性課題。這是太陽能利用的一個引人注目的發展趨勢。?
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