太陽能空調(diào)
太陽能空調(diào)是指新型太陽能復(fù)合超導冷暖空調(diào)，制熱時以太陽能和可再生的生物質(zhì)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(tǒng)直接制冷，達到最合理的節(jié)能的制冷效果。傳統(tǒng)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(fā)展背景
在全球氣候變暖的環(huán)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(jié)能潮流之下，以光熱技術(shù)為主的太陽能已經(jīng)應(yīng)用到各行業(yè)，在不斷改善能源結(jié)構(gòu)。隨著國家對太陽能產(chǎn)業(yè)的政策扶持，各種利用太陽能技術(shù)的制造和應(yīng)用領(lǐng)域正涌現(xiàn)出蓬勃的商機，一系列太陽能產(chǎn)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(diào)，使得太陽能空調(diào)這個被普遍認為是具有廣闊前景卻又在短期內(nèi)難以市場化的新型空調(diào)機組，再一次受到行業(yè)的關(guān)注。
在炎炎夏日里，空調(diào)的耗電量幾乎占整個電力系統(tǒng)耗電量的三分之一，這是夏
季電力系統(tǒng)不堪重負的原因之一。因此太陽能空調(diào)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(jié)構(gòu)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。
太陽能空調(diào)
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(diào)的應(yīng)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(diào)的負荷也越大。這是太陽能空調(diào)應(yīng)用最有利的客觀因素。
當前的太陽能空調(diào)技術(shù)多種多樣，主要是吸收式制冷和光電轉(zhuǎn)化電能驅(qū)動制冷。比較成熟的技術(shù)是溴化鋰——水工質(zhì)對吸收制冷，如今已經(jīng)在一些示范工程中有所應(yīng)用，效果理想。由于太陽能空調(diào)的技術(shù)種類繁多，成熟度也各有不同，因而其產(chǎn)業(yè)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(diào)的推廣普及前景無限美好。投資太陽能空調(diào)項目，占領(lǐng)前期市場將是產(chǎn)業(yè)擴大的戰(zhàn)略性決策。
科研結(jié)果
該系統(tǒng)的核心是一臺名為“Schukey”的電機，能將太陽光轉(zhuǎn)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(tǒng)的空調(diào)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?guī)缀鯖]有任何元部件?！彼麑⒃撗b置描述為“簡單至極”。它只需要兩臺負責生產(chǎn)冷空氣的發(fā)動機結(jié)合太陽能電池板。太陽能電池板產(chǎn)生的蒸汽被助推器轉(zhuǎn)換成為機械能，機械能再用來驅(qū)動冷卻機。冷卻機吸收房間中的潮濕的熱空氣，熱空氣經(jīng)過壓縮和擴展，被冷卻到20攝氏度左右，為房間制冷。
太陽能空調(diào)
這種設(shè)備最大的優(yōu)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(shè)備就更容易收集到大量能量加以利用。相輔相成的關(guān)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
太陽能空調(diào)系統(tǒng)兼顧供熱和制冷兩個方面的應(yīng)用，綜合辦公摟、招待所、學校、醫(yī)院、游泳池、水產(chǎn)養(yǎng)殖、家庭等，都是理想的應(yīng)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(diào)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(diào)。當前，世界各國都在加緊進行太陽能空調(diào)技術(shù)的研究。據(jù)調(diào)查，已經(jīng)或正在建立太陽能空調(diào)系統(tǒng)的國家和地區(qū)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(fā)達國家的空調(diào)能耗在全年民用能耗中占有相當大的比重，利用太陽能驅(qū)動空調(diào)系統(tǒng)對節(jié)約常規(guī)能源、保護自然環(huán)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(fā)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(shù)(亦稱COP)越高，這樣空調(diào)系統(tǒng)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(jié)合的太陽能空調(diào)為太陽能熱利用技術(shù)開辟了一個新的應(yīng)用領(lǐng)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(jīng)超導液傳遞到復(fù)合超導能量儲存轉(zhuǎn)換器。當儲熱系統(tǒng)溫度達到40℃時，中央控溫系統(tǒng)，自動發(fā)出取暖指令，讓室內(nèi)冷暖分散系統(tǒng)處于制熱狀態(tài)，經(jīng)出風口輸出熱風。當房間溫度達到設(shè)定溫度值時，停止輸出熱風，房間的溫度低于設(shè)定值時，出風口又輸出熱風，如此自動循環(huán)達到取暖的目的（各房間的溫度設(shè)定是獨立的，互相不影響）。如遇到連續(xù)的陰天，太陽能不足時，生物質(zhì)熱能發(fā)生器投入使用，以補充太陽能的不足。
制冷系統(tǒng)
組成
太陽能空調(diào)制冷系統(tǒng)由于節(jié)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(tǒng)的材料、工質(zhì)、工藝制造、設(shè)計等應(yīng)用技術(shù)的不斷改進，太陽能空調(diào)制冷裝置的應(yīng)用將得到廣泛的運用。利用太陽能作為能源的空調(diào)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(tǒng)平板式真空集熱管之后開發(fā)出的高科技節(jié)能產(chǎn)品，它將熱管技術(shù)和真空技術(shù)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(chǎn)品。
其二是制冷系統(tǒng)。利用低溫熱源作為動力的制冷系統(tǒng)不同于壓縮式制冷系統(tǒng)，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(shù)較為成熟。吸收式制冷采用溴化鋰-水、氨-水等作為工質(zhì)對，有較好的經(jīng)濟性，特別是采用溴化鋰-水作為工質(zhì)對，能滿足對安全性要求很高的空調(diào)裝置，是一種較為理想的工質(zhì)對。
其三是自動化控制系統(tǒng)，即對裝置的各種工作參數(shù)進行控制和安全保護的控制系統(tǒng)。以熱管為太陽能集熱管，溴化鋰-水為工質(zhì)對的吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)，不管是作為制冷量大的大型空調(diào)，還是作為家用空調(diào)都有著現(xiàn)實意義和發(fā)展前途，特別是目前人們環(huán)境保護意識的提高，對環(huán)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(diào)將會受到人們的青睞。
制冷過程
當陽光射在真空管內(nèi)的吸熱片上，熱管內(nèi)的工質(zhì)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(zhì)沿管壁流回熱管的蒸發(fā)段，完成一個循環(huán)。這種在一端吸熱汽化而在另一端凝結(jié)放熱，通過內(nèi)部相變實現(xiàn)熱量傳遞的熱管，習慣稱為重力熱管。熱管的內(nèi)部沒有吸熱芯，凝結(jié)的液體從凝結(jié)段回流到蒸發(fā)段是依靠凝結(jié)液自身的重力，不需要外部動力而自動循環(huán)，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(zhì)循環(huán)的，在使用中必須將蒸發(fā)段置于凝結(jié)段的下方。若蒸發(fā)段置于凝結(jié)段的上方，重力對凝結(jié)液的回流會起阻礙作用，這時沒有動力使凝結(jié)液返回到蒸發(fā)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(zhì)相變時吸收和釋放潛熱以及蒸汽流動傳輸熱量，而大多數(shù)工質(zhì)的汽化潛熱是很大的，因此不需要很大的蒸發(fā)量就能傳遞大量的熱。當蒸汽處于飽和狀態(tài)，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(shù)。熱管的安裝傾角對傳熱性能有一定的影響。
供熱系統(tǒng)
為了將太陽能吸收式空調(diào)技術(shù)付諸實際應(yīng)用，根據(jù)“九五”國家科技攻關(guān)計劃任務(wù)，北京市太陽能研究所于1999年9月建成一套我國目前最大的太陽能吸收式空調(diào)及供熱綜合示范系統(tǒng)。
安裝地點概況
太陽能空調(diào)示范系統(tǒng)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(qū)有較好的太陽能資源，年平均日太陽輻照量為173MJ/m。當?shù)叵募咀罡邭鉁?3℃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(diào)系統(tǒng)的合適地點。
乳山市銀灘旅游度假區(qū)利用本地區(qū)自然條件，大力發(fā)展旅游事業(yè)，正在籌建“中國新能源科普公園”?？破展珗@計劃建造包括風能館、太陽能館等在內(nèi)的8個館、廳。太陽能空調(diào)系統(tǒng)就建在科普公園內(nèi)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(shù)，并且在參觀和娛樂的同時可親身感受到太陽能空調(diào)和采暖所營造的舒適環(huán)境。
主要技術(shù)性能組成
新建的太陽能空調(diào)系統(tǒng)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(huán)泵、冷卻塔、空調(diào)箱、輔助燃油鍋爐和自動控制系統(tǒng)等部分組成。
系統(tǒng)設(shè)計特點
（1）太陽能與建筑有機結(jié)合
整個太陽能館的總體設(shè)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(jù)這個原則，建筑物的南立面采用大斜屋頂結(jié)構(gòu)，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?shù)鼐暥冉咏?，有利于集熱器充分發(fā)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(yōu)點，是組成高性能太陽能空調(diào)系統(tǒng)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(tǒng)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(jù)一天內(nèi)太陽輻照度變化的固有特點，儲熱水箱不僅可以使系統(tǒng)穩(wěn)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(tǒng)與一般太陽能空調(diào)系統(tǒng)的不同之處在于設(shè)置了大、小兩個儲熱水箱。小儲熱水箱主要用于保證系統(tǒng)的快速啟動。測試結(jié)果表明，在夏季和冬季晴天的早晨，小儲熱水箱內(nèi)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(shè)的儲冷水箱降低了系統(tǒng)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(tǒng)專門設(shè)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(chǎn)生的冷媒水儲存在儲冷水箱內(nèi)，其優(yōu)點在于這種情況下的系統(tǒng)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(huán)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(huán)境溫度之間的溫差。
（5）配套的輔助鍋爐使系統(tǒng)可以全天候運行
所有太陽能系統(tǒng)的運行都不可避免地要受到氣候條件的影響。為使系統(tǒng)可以全天候發(fā)揮空調(diào)、采暖功能，輔助的常規(guī)能源是必不可少的。該太陽能空調(diào)系統(tǒng)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(xù)用冷或用熱時，可隨即啟動輔助鍋爐，確保系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定地運行。
優(yōu)勢特點
太陽能空調(diào)的季節(jié)適應(yīng)性好，也就是說，系統(tǒng)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(diào)的迫切要求。
傳統(tǒng)的壓縮式制冷機以氟里昂為介質(zhì)，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(zhì)，它對保護環(huán)境十分有利；
太陽能空調(diào)系統(tǒng)可以將夏季制冷、冬季采暖和其它季節(jié)提供熱水結(jié)合起來，顯著地提高了太陽能系統(tǒng)的利用率和經(jīng)濟性。
太陽能空調(diào)系統(tǒng)可以發(fā)揮夏季制冷、冬季采暖、全年提供熱水的綜合優(yōu)勢，必將取得顯著的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
推廣應(yīng)用
在強調(diào)太陽能空調(diào)優(yōu)點的同時，也應(yīng)看到它存在的局限性因而在推廣應(yīng)用過程中注意解決這些問題：
（1）雖然太陽能空調(diào)開始進入實用化階段，希望使用太陽能空調(diào)的用戶不斷增加，但已經(jīng)實現(xiàn)商品化的產(chǎn)品大都是大型的溴化鋰制冷機，只適用于單位的中央空調(diào)。對此，空調(diào)制冷界正在積極研究開發(fā)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(diào)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(diào)建筑面積的配比受到限制，如今只適用于層數(shù)不多的建筑。對此，我們正在加緊研制可產(chǎn)生水蒸氣的真空管集熱器，以便與蒸氣型吸收式制冷機結(jié)合，進一步提高集熱器與空調(diào)建筑面積的配比；
（3）雖然太陽能空調(diào)可以大大減少常規(guī)能源的消耗，大幅度降低運行費用，但如今系統(tǒng)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(xiàn)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(diào)的經(jīng)濟承受能力。
我們相信，太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)可以發(fā)揮夏季制冷、冬季采暖、全年提供熱水的綜合優(yōu)勢，必將取得顯著的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
從理論上講，太陽能空調(diào)的實現(xiàn)有兩種方式，一是先實現(xiàn)光-電轉(zhuǎn)換，再用電力驅(qū)動常規(guī)壓縮式制冷機進行制冷；二是利用太陽的熱能驅(qū)動進行制冷。對于前者，由于大功率太陽能發(fā)電技術(shù)的昂貴價格，因此，太陽能空調(diào)技術(shù)一般指熱能驅(qū)動的空調(diào)技術(shù)。當然，廣義上的太陽能空調(diào)技術(shù)也包括地熱驅(qū)動和地下冷源空調(diào)技術(shù)。
由于技術(shù)、成本等原因，太陽能空調(diào)一般采用吸收式和吸附式制冷技術(shù)。吸收式制冷技術(shù)是利用吸收劑的吸收和蒸發(fā)特性進行制冷的技術(shù)，根據(jù)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(shù)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(shù)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(jié)能和環(huán)保方面有著光明的前景。另外，吸附式制冷系統(tǒng)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(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
對于太陽能制冷技術(shù)，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(qū)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(yīng)的成本分配來看，集熱溫度、冷水溫度及冷卻水溫度應(yīng)各為多少，才能建立一個最為經(jīng)濟合理的太陽能空調(diào)系統(tǒng)，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(shù)也必須得到很好地解決，一個較好的蓄熱系統(tǒng)可以彌補太陽能的不可逆性和間斷性。
研究方向
太陽能空調(diào)的研究發(fā)展方向
1、產(chǎn)業(yè)化
太陽能空調(diào)實用性示范系統(tǒng)的建成，證明了太陽能空調(diào)技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟上也顯示出一定的效益，潛在的市場很大，應(yīng)當向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。但要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標，還有許多工作可做，例如：太陽能空調(diào)系統(tǒng)的計算機設(shè)計軟件；制冷機商品化、產(chǎn)業(yè)化；統(tǒng)一的配套設(shè)備和零部件；制定產(chǎn)品（系統(tǒng)）的技術(shù)標準；大力開拓市場。
2、研究和開發(fā)新的枝術(shù)
太陽能空調(diào)系統(tǒng)目前普遍采用成熟的淡化吸收式制冷技術(shù)。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(shù)的太陽能空調(diào)系統(tǒng)適用于中央空調(diào)和集中供熱方式，系統(tǒng)需要有一定的規(guī)模。而市場對小型的、家用的太陽能空調(diào)器卻有更大的需求，事實和經(jīng)驗告訴我們，只有滿足千家萬戶人民群眾需要的產(chǎn)品，才能形成規(guī)?；a(chǎn)業(yè)。因此，需要研究和開發(fā)小型太陽能空調(diào)的新方法、新技術(shù)。
3、建筑物的熱-電-冷聯(lián)供系統(tǒng)
建筑用能是一個耗能大戶，其中用于照明、供熱和空調(diào)就占了一半以上，太陽能在建筑上的應(yīng)用不僅可以節(jié)省能源，更重要的是有利于保護環(huán)境。利用太陽能供電、供熱、供冷、照明，最終實現(xiàn)所謂綠色能源的房子，是世界上許多發(fā)達國家的熱門研究課題，也將是21世紀一個應(yīng)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(fā)展趨勢。
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