第二章 太阳能空调市场分析
泵;8-发生器泵;9-吸收器泵
2.1.2太阳能固体吸附式制冷
太阳能固体吸附式制冷是利用固体吸附剂(例如沸石分子筛、硅胶、活性炭、氯化钙等)对制冷剂(水、甲醇、氨等)的吸附(或化学吸收)和解吸作用实现制冷循环的。吸附剂的再生温度可在80—150℃之间,也适合干太阳能的利用。太阳能吸附式制冷系统结构简单、没有运动部件,能制作成小型装置。太阳能吸附式制冷循环为问歇性运行,多用于制冰工况。国外对太阳能吸附式制冷进行了大量的研究和应用开发工作。国内开展研究的单位也很多,从理论研究到实际应用都作过全面的探索。中国科学院广州能源研究所于 1990年研制成功一种以活性渗甲醇为工质对的太阳能吸附式制冰机。制冰机集热面积1m2(透光面积0.92m2)。集热器与吸附器合为一体,采用带透光隔热结构的平板型太阳能中温集热器。冷凝器为气冷式,利用环境空气来冷却冷凝器。按昼夜变换周期实现间歇式制冰。
图2.2太阳能固体吸附式系统图
2.1.3太阳能(吸收式制冷)空调系统
在太阳能空调方面,从70年代开始就有不少单位作过不同程度的研究和试验。由于太阳能空调技术要求较高,各方面的技术尚未成熟,而且需要投入的资金量很大,因此许多研究一直停留在试验阶段。直到国家科委把“太阳能空调示范系统”列入“九五”重点科技攻关项目计划,才在我国南方和北方各建一座大型实用性的太阳能空调系统。
2.1.4太阳能除湿空调
除湿式空调系统是利用吸湿剂(例如氯化锂、硅胶等)对空气进行减湿,然后蒸发降温,对房间进行温度和湿度的调节,用过的吸附剂被加热进行再生。再
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生过程可以利用较低品位热能,因此也很适合于太阳能利用。该方法有利于保护大气环境,还有利于改善室内空气品质。西北工业大学、清华大学等对除湿式空调的研究,已经做了不少工作。为了对除湿空调系统和其中的关键部件进行研究,促进这一技术领域的发展,清华大学还兴建了一座利用太阳能再生的干燥剂除湿复合空调系统试验装置。
2.1.5被动式降温
被动式降温是对通过太阳能辐射和热辐射进行有选择的、合理的利用,达到建筑物自身降温或减少冷负荷的目的。辐射致冷也是建筑物被动式降温的一种新方法。大气外层空间是一个接近绝对零度的天然巨大冷库。根据辐射换热的原理,两个有温度差的物体之间,会以辐射的形式交换能量。这样就有可能把地面上的热能以辐射的形式释放出去,达到自身冷却降温的目的。但并不是所有辐射都能自由地穿过大气层,只有某些波长段的辐射穿透大气层的能力比较强,气象学上称为“大气窗口”。因此,要求辐射体要有严格的光谱选择特性,在对应“大气窗口”,的波长段上有很强的辐射率,同时在这以外有极高的反射率,热能传到辐射体上,以特定的波长向天空辐射出去,辐射体由于释放了能量而得到降温。近二十年来辐射致冷研究在国外取得不少进展。在国内,中国科技大学长期以来进行过大量的理论和实验研究,特别是理论计算模型方面有独特的创新性。中国科学院广州能源研究所等单位在试验和应用方面也做了不少工作。中国科学院广州能源研究所在辐射制冷研究中,通过对光谱选择性辐射致冷材料进行筛选,以及对致冷辐射体制备工艺进行反复试验,得出了既简单、效果也好,又容易实现的辐射致冷新方法。
2.1.6太阳能半导体制冷
太阳能光电转换器输出直流电,一部分直接供给半导体制冷装置,另一部分进入储能设备储存,以供阴天或晚上使用,以便系统可以全天候正常运行。太阳能驱动的半导体制冷系统,结构紧凑,携带方便,可以根据用户需要做成小型化的专用制冷装置。它具有使用维护简单,安全性能好,可分散供电,储能比较方便,无环境污染等特点。
太阳能半导体制冷的工作原理和基本结构
半导体制冷是利用热电制冷效应的一种制冷 方式,因此又称为热电制冷或温差电制冷。半导体制冷器的基本元件是热电偶对,即把一个p 型半导体元件和一只 n型半导体元件连成的热电偶,如图2.3所示
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第二章 太阳能空调市场分析
冷端 吸热 P型 N型 热端 放热
图2.3
当直流电源接通,上面接头的电流方向是n-p,温度降低,并且吸热,形成冷端;下面接头的电流方向是p-n,温度上升,并且放热,形成热端。把若干对热电偶连接起来就构成了常用的热电堆,借助各种传热器件,使热电堆的热端不断散热,并保持一定的温度,把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热,产生低温,这就是半导体制冷的工作原理。太阳能半导体制冷系统就是利用半导体的热电制冷效应,由太阳能电池直接供给所需的直流电,达到制冷制热的效果。
半导体制冷材料的性能
太阳能半导体制冷系统的核心在于半导体制冷材料,半导体制冷系统效率较低的主要原因在于半导体制冷材料热电转换效率不高。
最终决定热电材料性能优劣的是优值系数 Z
其中:α—半导体制冷元件的塞贝克系数; R—制冷元件的电阻; Kt—制冷元件的热导率。
优值系数Z和温度T的乘积ZT,是评价材料 性能的常用参数。就半导体制冷而言,如果其制冷性能要达到能和机械制冷相媲美,无量纲参数ZT, 要达到3以上。目前各国普遍使用的半导体材料远达不到这种水平。室温下最常用的热电材料(Bi-S-Te-Se系列固溶体)的ZT值大约为1。因此,如何改进材料的性能,寻找更为理想的材料,成为了太阳能半导体制冷的重要问题。
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2.2太阳能集热器
太阳能集热器是指用来吸收太阳辐射使之转换为热能并传递给热介质的装置。常见的有平板型、真空管型和聚光型太阳能集热器。
在太阳能的热利用中,关键是将太阳的辐射能转换为热能。由于太阳能比较分散,必须设法把它集中起来,所以,集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。由于用途不同,集热器及其匹配的系统类型分为许多种,名称也不同,如用于炊事的太阳灶、用于产生热水的太阳能热水器、用于干燥物品的太阳能干燥器、用于熔炼金属的太阳能熔炉等。
效率比较高的集热器由收集和吸收装置组成。阳光由不同波长的可见光和不可见光组成,不同物质和不同颜色对不同波长的光的吸收和反射能力是不一样的。黑颜色吸收阳光的能力最强,因此棉衣一般用深色或黑色布。白色反射阳光的能力最强,因而夏季的衬衫多是淡色或白色的。因此利用黑颜色可以聚热。让平行的阳光通过聚焦透镜聚集在一点、一条线或一个小的面积上,也可以达到集热的目的。纸在阳光照射下,不管阳光多么强,哪怕是在炎热的夏天,也不会被阳光点燃。但是,若利用集光器,把阳光聚集在纸上,就能将纸点燃。集热器一般可分为平板集热器、聚光集热器和平面反射镜等几种类型
平板集热器一般用于太阳能热水器等。聚光集热器可使阳光聚焦获得高温,焦点可以是点状或线状,用于房屋的采暖(暖气)和空调(冷气)、太阳炉等。
平面反射镜用与发电,有跟踪设备,一般和抛物面镜联合使用。平面镜把阳光集中反射在抛物面镜上,抛物面镜使其聚焦。
全玻璃真空管集热器基本结构组成:
全玻璃真空管型太阳能集热器结构一般可由以下组件: 1.全玻璃真空管; 2.联箱(铝合金结构); 3. 漫反射板(CPC反光板);
4.尾架(玻璃管托架,可采用PET材料); 5.尾座(与联箱组成集热器的支撑框架); 6.保温层(岩棉、聚氨酯泡沫等); 7.配管接口(铜调节器接头) 8.翅片(导热片)
9.铜调节器或热管(导热介质载体) 玻璃管材料应采用硼硅玻璃
其理化性能应符合ISO3585:1998《硼硅玻璃3.3性能》与QB/T2436《全玻璃真空太阳集热管用玻璃管》的要求,以及玻璃管太阳透射比r≥0.89(大气质量1.5,即AM1.5,按ISO9806-1:1994计算)。
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第二章 太阳能空调市场分析
玻璃管上不大于1mm的结石不得密集,即10mmX10mm范围内不得多于一个,整支管子上不得多于五个,结石周围不得有裂纹,大于1mm的结石不允许存在。
玻璃管上不大于1.5mm的节瘤不得密集,即10mmX10mm范围内不得多于两个;整支管子上,不大于2.5mm的节瘤不得多于五个,大于2.5mm的节瘤不允许存在。
太阳选择性吸收涂层的太阳吸收比α≥O.86(AM1.5)。 太阳选择性吸收涂层的半球发射比εh≤0.080(80℃士5℃)。 吸气剂应符合GB/T9505《蒸散型钡吸气剂》的规定。
图2.4 太阳能集热器实物图
2.3太阳能的系统方面
前人已经积累了丰富的经验。因此,太阳能空调应用在技术上是可行的。国内外在太阳能制冷空调方面进行了长期大量的研究,实施了各种太阳能制冷空调示范工程。适合于建筑太阳能空调系统应用的制冷机主要有氨一水吸收式和溴化锂吸收式两种类型,前者制冷功率一般比较小,适用于小型的制冷系统,后者制冷功率相对较大,适用于较大面积建筑的中央空调系统。目前,常规能源驱动的热水型溴化锂吸收式制冷机产品规格众多,广泛应用于各种建筑的空调系统中,太阳能吸收式空调系统的研究示范项目也大部分采用热水型溴化锂吸收式制机。
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