太陽能空調的技術特點及工作原理

(一)技術特點

目前太陽能空調的實現(xiàn)方式主要依靠太陽的熱能進行制冷和供熱，一般又可分為吸收式和吸附式兩種。吸收式制冷技術是利用吸收劑的吸收和蒸發(fā)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。吸收式制冷技術是以太陽能集熱器收集太陽能產生熱水或熱空氣，再用太陽能熱水或熱空氣代替鍋爐熱水輸入制冷機中制冷。由于造價、工藝、效率等方面的原因，這種制冷機不宜做得太小，采用這種技術的太陽能空調系統(tǒng)一般適用于中央空調，系統(tǒng)需要有一定的規(guī)模;但是普通家用空調通過該技術改造成太陽能空調，具有成本低、改造簡便可行。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。

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(tǒng)平板式真空集熱管之后開發(fā)出的高科技節(jié)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(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(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-水為工質對的吸收式制冷空調系統(tǒng)，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(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將會受到人們的青睞。

(二)工作原理

1、熱管式集熱管的工作原理

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(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放熱，通過內部相變實現(xiàn)熱量傳遞的熱管，習慣稱為重力熱管。熱管的內部沒有吸熱芯，凝結的液體從凝結段回流到蒸發(fā)段是依靠凝結液自身的重力，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循環(huán)的，在使用中必須將蒸發(fā)段置于凝結段的下方。若蒸發(fā)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(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。

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(shù)工質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。對于一定的充液比，當傾角較小時，傳熱率隨傾角的變化迅速上升;當超過某一傾角時，傳熱率的變化變得很平坦，傾角對傳熱率的影響較小。當傾角為20°～ 45°時，傳熱效率最高，其中以 40°時為最佳。熱管安裝傾角范圍由當?shù)氐乩砭暥葲Q定，而在我國境內，從廣州到哈爾濱的緯度為N23°～N45°，傾角均在傳熱效率高的范圍內，這對于熱管作為集熱器是十分有利的，可以最大限度地提高熱管的傳熱效率。熱管具有啟動工作溫度低、熱損少、管內不結垢、不炸管、全年使用不結凍、集熱效率高、使用壽命長等特點。

2、溴化鋰水溶液(LiBr-H2O)吸收式制冷裝置的工作原理

當發(fā)生器中的溶液被工作蒸汽或熱水加熱后，由于水的沸點遠低于溴化鋰，因此，溶液中的水分就會不斷地蒸發(fā)出來，成為制冷劑水蒸汽，同時使發(fā)生器中剩余溶液的濃度增高。制冷劑水蒸汽經分離器將其夾帶的液滴分離后進入冷凝器，被冷卻水冷卻，凝結成制冷劑水，再經膨脹閥節(jié)流降壓，然后進入蒸發(fā)器中蒸發(fā)汽化，吸取蒸發(fā)器管中冷媒水的熱量，使冷媒水的溫度降低，產生冷效應。為使水蒸汽還原成液態(tài)，同時也為了使發(fā)生器中由于析出了水分而濃縮的溶液(濃溶液)能繼續(xù)發(fā)揮作用，就需將發(fā)生器中的濃溶液和蒸發(fā)器中生成的水蒸汽部分送進吸收器中，并用冷卻水降低它們的溫度，使得濃溶液具備“吸收”水分的條件。于是，當水蒸汽與濃溶液接觸時，水蒸汽便被吸收，同時使?jié)馊芤鹤兂蔀橄∪芤?。然后由溶液泵加壓，再送回發(fā)生器中加熱，從而完成一個封閉的制冷循環(huán)。