太阳能制冷和空调课件.ppt

1、1 太阳能吸收式空调系统自身的特点有那些太阳能吸收式空调系统自身的特点有那些?与常与常规的规的比，又有何优缺点比，又有何优缺点?2 太阳能吸收式空调系统工作时分几个环节太阳能吸收式空调系统工作时分几个环节?简述简述其工作原理其工作原理.常规的常规的工作时分几个环节工作时分几个环节?简述简述其工作原理其工作原理.制冷系统工作时经常有相变产生制冷系统工作时经常有相变产生,为什么为什么?举例说明你在生活中见到的连续发生两次相变举例说明你在生活中见到的连续发生两次相变的实例的实例.4.1.14.1.1太阳能空调的意义太阳能空调的意义 近年来，我国城乡建筑的发展非常迅速。全国每年建成的房屋建筑面积高达1

2、619亿平方米。到2019年底，全国城乡现有的房屋建筑面积已超过360亿平方米。建筑耗能在全球总耗能中占有很大的份额。目前，全国建筑耗能量已超过全全国建筑耗能量已超过全国总耗能量的四分之一以上国总耗能量的四分之一以上，而且有继续上升的趋势。众所周知，建筑耗能包括热水、采暖、空调、照明、家电等。其中，住宅和公共建筑的空调在全部建筑耗能中占有很大的比重。人类赖以生存的地球正在逐渐变暖，地地球表面的温度球表面的温度正在逐步上升，我国的年平均年平均气温气温也正在逐年升高。以华北地区为例，19801989年期间的平均气温升高0.1-0.6，19902019年期间的平均气温升高0.30.8。正因为如此，人

3、们对夏季空调的要求越来越强烈，安装空调已成为我国大部分地区的一股消费热潮。随着我国国民经济的迅速发展和人民生活的逐步提高，在全国用能量不断增加的同时，温室气体的排放量也正在快速增长，我国目前已成为世界上世界上温室气体排放第二大国。温室气体排放第二大国。因此，节约能源、减少温室气体排放是一项需要全社会作出不懈努力的重要任务。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的洁净能源。在太阳能热利用领域中，不仅有太阳能热水和太阳不仅有太阳能热水和太阳能采暖，而且还有太阳能制冷空调能采暖，而且还有太阳能制冷空调。换句话说，在太阳能转换成热能后，人们不仅可以利用这部分热能提供热水和采暖热水和采暖，而且还可以利用这部分热

4、能提供制冷空调利用这部分热能提供制冷空调。从节能和环保的角度考虑，用太阳能替代或部分替代常规能源驱动空调系统，正日益受到世界各国的重视。当前，世界各国都在加紧进行太阳能空调技术的研究。据调查，已经或正在建立太阳能空调系统建立太阳能空调系统的国家和地区有意大利、西班牙、德国、美国、日意大利、西班牙、德国、美国、日本、韩国、新加坡、香港本、韩国、新加坡、香港等，这是由于发达国家的发达国家的空调能耗在全年民用能耗中比发展中国家占有更大空调能耗在全年民用能耗中比发展中国家占有更大的比重的比重。因此，利用太阳能进行空调，对节约常规能源、保护自然环境都具有十分重要的意义。太阳能空调的最大优点在于季节适应性

5、好季节适应性好：一方面，夏季烈日当头，太阳辐射能量剧增，人们在炎热的天气迫切需要空调；另一方面，由于夏季太阳辐射能量增加，使依靠太阳能来驱动的空调系统可以产生更多的冷量。常规电能空调，天热是用电高峰，制冷与常规电能空调，天热是用电高峰，制冷与季节耗能矛盾十分突出。季节耗能矛盾十分突出。而而太阳能空调系统的太阳能空调系统的制冷能力是随着太阳制冷能力是随着太阳辐射能量的增加而增大的辐射能量的增加而增大的，这正好与夏季，这正好与夏季人们对空调的迫切要求相匹配。人们对空调的迫切要求相匹配。太阳能制冷空调可以用多种方式来实太阳能制冷空调可以用多种方式来实现，每种方式又都有其自身的特点，这现，每种方式又都

6、有其自身的特点，这些将在本章下面几节分别予以介绍。若些将在本章下面几节分别予以介绍。若以目前使用较多的太阳能吸收式空调为以目前使用较多的太阳能吸收式空调为例，将例，将太阳能吸收式空调系统太阳能吸收式空调系统与常规的与常规的进行比较，除了进行比较，除了季节适季节适应性好应性好这个最大优点之外，它还具有以这个最大优点之外，它还具有以下几个主要优点下几个主要优点:(1)传统的压缩式制冷机以传统的压缩式制冷机以氟里昂氟里昂为为介质介质，它对大气层有一定的破坏作用，它对大气层有一定的破坏作用，特别是特别是蒙特利尔协议书蒙特利尔协议书签订后，国际上签订后，国际上将将禁用氟氯烃化合物禁用氟氯烃化合物，迫切要

7、求寻找代，迫切要求寻找代用工质；用工质；而吸收式制冷机以不含氟氯烃而吸收式制冷机以不含氟氯烃化合物的化合物的溴化锂为介质，无臭、无毒、溴化锂为介质，无臭、无毒、无害，十分有利于保护环境无害，十分有利于保护环境。(2)压缩式制冷机的主要部件是压缩机，无论采取何种措施，都仍会有一定的噪声；而吸收式制冷机除了功率很小的屏蔽泵之外，无其他运动部件，运转安静，噪运转安静，噪声低。声低。(3)同一套太阳能吸收式空调系统可以将夏季制冷、冬季采暖夏季制冷、冬季采暖和其他季节提供热水三种功能结合起来，做到 一机多用一机多用，四季常用四季常用，从而可以显著地提高太阳能系统的利用率和经济性。4.1.3 4.1.3

8、太阳能空调在现阶段的局限性太阳能空调在现阶段的局限性 当然，凡事都要一分为二。在强调太阳能空调具有诸多优点的同时，也应当看到它现阶段存在的一些局限性，因而需要进一步加强研究开发，努力在推广应用过程中逐步解决这些问题。(1)虽然太阳能空调可以显著减少常规能源的消耗，大幅度降低运行费用，但由于现有太阳集热器的价格较高，造成太阳能空调系统的初始投太阳能空调系统的初始投资偏高，资偏高，因此目前尚只适用于较为富裕的用户。要解决这个问题的途径，应当是坚持不懈地降低现有太阳集热器的成本，使越来越多的单位和家庭具有使用太阳 能空调的经济承受力。(2)虽然太阳能空调可以无偿利用太阳能资源，但由于自然条件下的太阳

9、能辐照密度不高，使太阳集热器采光面积与空调建筑面使太阳集热器采光面积与空调建筑面积的配比受到限制，因此目前尚只适用于积的配比受到限制，因此目前尚只适用于层层数不多的建筑数不多的建筑。要解决这个问题的途径，应当是加紧研制可产生水蒸气的水蒸气的中温中温太阳集热器太阳集热器，以便将中温太阳集热器与蒸汽型吸收式制冷机结合，进一步提高太阳集热器采光面积与空调建筑面积的配比。(3)虽然太阳能空调开始进入实用化示范阶段，愿意使用太阳能空调的用户不断增多，但由于已经实现商品化的都是大型的溴化锂吸收式制冷机，目前尚只适用于单位的中央空调。解决这个问题的途径，应当是积极研究开发各种小型的溴化锂溴化锂吸收式制冷机或

10、氨氨-水水吸收式吸收式制冷机，以便将小型制冷机与太阳集热器配套，逐步进入千家万户。4.2 4.2 太阳能制冷系统分类太阳能制冷系统分类4.2.1 制冷的基本概念及分类制冷的基本概念及分类 所谓制冷，就是使某一系统的温度低于周围环境介质的温度并维持这个低温。此处所说的系统可以是空间或者物体；而此处所说的环境介质可以是自然界的空气或者水。为了使这一系统达到并维持所需要的低温，就得不断地从它们中间取出热量并将热量转移到环境介将热量转移到环境介质中去质中去。这个。根据热力学第二定律，热量只能自发地从高温物体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温物体。以使用的补偿过程的不同，制冷大体上可以分为两大

11、类。一类是消耗热能一类是消耗热能，用热量由高温传向低温的自发过程作为补偿，来实现将低温物体的热量传送到高温物体的过程。另一类是消耗机械能另一类是消耗机械能，用机械做功来提高制冷剂的压力和温度，使制冷剂将从低温物体吸取的热量连同机械能转换成的热量一同排到环境介质中，从而完成热量从低温物体传向高温物体的过程。建筑中应用的太阳能空调，属于太阳能制冷的一种实例。就是说，在太阳能空调的具体情况下，上面所述的系统就是建筑物内的空间，而以上所述的环境介质就是自然界的空气。日常生活中应用的太阳能冰箱，属于太阳能制冷的另一种实例。也就是说，在太阳能冰箱的具体情况下，上面所述的系统就是冰箱内的物体，而以上所述的环

12、境介质也是自然界的空气。4.2.2 4.2.2 太阳能制冷系统的类型太阳能制冷系统的类型 从理论上讲，太阳能制冷可以通过太阳能光电转换制冷和太阳能光热转换制冷光电转换制冷和太阳能光热转换制冷两种途径来实现。太阳能光电转换制冷，首先是通过太阳能电池将太阳能转换成电能，再用电能驱动常规的压缩式制冷机。在目前太阳能电池成本较高的情况下，对于相同的制冷功率，目前尚难推广应用。因此，本章介绍的内容将不包括太阳能光电转换制冷。太阳能光热转换制冷，即本章介绍的太阳能制冷，首先是将太阳能转换成热能(或机械能)，再利用热能(或机械能)作为外界的补偿，使系统达到并维持所需的低温。如果按上述消耗热能及消耗机械能这两

13、大类补偿过程进行分类的话，太阳能制冷系统主要有以下几种类型。（重点介绍其中两种类型）（重点介绍其中两种类型）(1)太阳能吸收式制冷系统太阳能吸收式制冷系统(消耗热能消耗热能)。(2)太阳能吸附式制冷系统(消耗热能)。(3)太阳能除湿式制冷系统(消耗热能)。(4)太阳能蒸汽压缩式制冷系统太阳能蒸汽压缩式制冷系统(消耗机械能消耗机械能)。(5)太阳能蒸汽喷射式制冷系统(消耗热能)。在下面4.34.7中，将对这五种太阳能制冷系统的工作原理及其有关问题分别予以介绍。4.3 4.3 太阳能吸收式制冷系统太阳能吸收式制冷系统 吸收式制冷是利用两种物质所组成的二元溶液作为工质来运行的。这两种物质在同一压强下

14、有不同的沸点，其中高沸点的组分称为吸收高沸点的组分称为吸收剂，低沸点的组分称为制冷剂。剂，低沸点的组分称为制冷剂。吸收式制冷就是利用吸收式制冷就是利用溶液的浓度溶液的浓度随随其其温度温度和和压力压力变化而变化这一物理性质变化而变化这一物理性质，将制冷剂与，将制冷剂与溶液分离，通过制冷剂的溶液分离，通过制冷剂的蒸发而制冷蒸发而制冷，又通过，又通过溶液实现对制冷剂的吸收。溶液实现对制冷剂的吸收。由于这种制冷方式利用由于这种制冷方式利用吸收剂的质量分数吸收剂的质量分数变化变化来完成制冷剂循环，所以被称为来完成制冷剂循环，所以被称为吸收吸收式制冷。式制冷。常用的吸收剂制冷剂组合有两种：一种是溴化锂溴化

15、锂-水水，通常适用于大中型中央大中型中央空调空调；另一种是水水-氨氨，适用于小型小型家用空调。4.3.1 4.3.1 溴化锂吸收式制冷溴化锂吸收式制冷 (1)溴化锂吸收式制冷的工作原理溴化锂吸收式制冷的工作原理 在溴化锂吸收式制冷中，水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。溴化锂溴化锂是由碱金属元素锂(Li)和卤族元素(Br)两种元素组成，分子式分子式LiBrLiBr，分子量86.844，密度346kgm3(25 时)，熔点549 ，沸点沸点1265 1265 。它的一般性质跟食盐大体类似，是一种稳定的物质，在大气中不变质、不挥发、不分解、极易溶在大气中不变质、不挥发、不分解、极易溶解于水，常温下是无

16、色粒状晶体，无毒、无臭、解于水，常温下是无色粒状晶体，无毒、无臭、有咸苦味有咸苦味。溴化锂水溶液是由溴化锂和水这两种成分组成，它的性质跟纯水很不相同。纯水的沸点只与纯水的沸点只与压力有关，压力有关，而溴化锂水溶液的沸点不仅与压力有关，而且与溶液的浓度有关与溶液的浓度有关。由于溴化锂本身的沸点很高，极难挥发沸点很高，极难挥发，所以可认为溴化锂饱和溶液液面上的蒸气为纯水蒸气；在一定温度下，溴化锂溶液液面上的水蒸气饱和分压力小于纯水的饱和压力；而且，浓度越高，液面上水蒸气饱和分压力越小。在相同温度的条件下，溴化锂溶液的浓度溴化锂溶液的浓度越大，其吸收水分的能力就越强越大，其吸收水分的能力就越强。这也

17、就是通常采用溴化锂作为吸收剂、水作为制冷剂的原因。溴化锂吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵等几部分组成，如下图所示。在溴化锂吸收式制冷机运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水的加热加热后，溶液中的水不断汽化水不断汽化；随着水的不断汽化，发生器内的溴发生器内的溴化锂溶液浓度不断升高，（压力也较高）进入吸化锂溶液浓度不断升高，（压力也较高）进入吸收器收器；水蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降温后凝结，成为高压低温高压低温的液态水的液态水；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时,因蒸发器内压力低，压力低，急速膨胀而急速膨胀而汽化汽化，(有相变或部分有相变或部分相

18、变产生相变产生)并在并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量水的热量，从而达到，从而达到降温制冷降温制冷的目的；的目的；在此过程中，低温水蒸气低温水蒸气(蒸发过程的压力也较大)进入吸收器，被吸收器内的溴化锂浓溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由循环泵送回发生器，完成整个循环。如此循环不息，连续制取冷量。关键点在于：1 蒸发过程压力升高，液液汽汽 相变过程储藏了太阳热能。（冷凝时又使 汽汽液液）2 制冷过程卸压汽化，卸压汽化，液汽 相变过程吸收了蒸发室热能。3 汽液之间相变过程一定伴随有热能变化，只不过供热方式不同。航天火箭助燃的液化氢（-253 ，40MPa）,普通

19、民用的液化气，都属于高压低温液体，卸压膨胀即汽化成气体，同时有相变发生。（相变时吸热助燃）由于溴化锂稀溶液在吸收器内已被冷却，温度较低，为了节省加热稀溶液的热量，提高整个装置的热效率，在系统中增加了一个换热器换热器，让发生器流出的高温浓溶液与吸收器流出的低温稀溶液进行热交换，提高稀溶液进入发生器的温度。提高稀溶液进入发生器的温度。(2)溴化锂吸收式制冷机的主要特点溴化锂吸收式制冷机的主要特点溴化锂吸收式制冷机具有以下主要优点优点：利用热能为动力，特别是可利用低位势热能(太阳能热等)；整个机组除了功率较小的屏蔽泵之外，无其他运动部件，运转安静；以溴化锂水溶液为工质，无臭、无毒、无害，有利于满足环

20、保的要求；制冷机在真空状态下运行，无高压爆炸危险，安全可靠；制冷量调节范围广，可在较宽的负荷内进行制冷量的无级调节；对外界条件变化的适应性强，可在一定的热媒水进口温度、冷媒水出口温度和冷却水温度范围内稳定运转。溴化锂吸收式制冷机具有以下主要缺点溴化锂吸收式制冷机具有以下主要缺点：溴化锂水溶液对一般金属有较强的腐蚀性，这不仅会影响机组的正常运行，而且会影响机组的寿命；溴化锂吸收式制冷机的气密性要求高，即使漏进微量的空气也会影响机组的性能，这就对机组制造提出严格的要求；浓度过高或者温度过低时，溴化锂水溶液均容易形成结晶，结晶是溴化锂吸收式制冷机设计和运行中必须注意的重要问题。(3)3)溴化锂吸收式

21、制冷机的主要附加措施溴化锂吸收式制冷机的主要附加措施 因此防止针对溴化锂吸收式制冷机存在的上述缺点，必须采取必要的措施以避免或减轻这些问题对机组的影响。防腐蚀措施。为了解决这个问题，除保证机组的气密性以外，在溴化锂水溶液中加溴化锂水溶液中加入缓蚀剂入缓蚀剂是一种有效的防腐措施。在溶液温度不超过120的条件下，往溶液中加入0.3的铬酸锂(LiCrO)和0.2的氢氧化锂(LiOH)，使溶液呈碱性，保持pH值在9.510.5范围，这对碳钢铜组合结构的防腐效果良好。在溶液温度高于120的条件下，为防止缓蚀剂分解，应选用高温缓蚀剂。例如，在溶液中加入0.OOl0.1的氧化铅(PbO)，或加入0.2的三氧

22、化二锑(Sb2O3)与0.1的铌酸钾(KNb03)的混合物，即使在165的高温条件下仍均有良好的防腐效果。抽气措施抽气措施由于机组内的工作压力远机组内的工作压力远低于大气压力低于大气压力，尽管设备密封性好，仍难免有少量空气渗入，况且因腐蚀也会经常产生一些不凝气体。所以，制冷机必须设有抽气制冷机必须设有抽气设备，用于排除聚积在机组内的不凝气体，保证制冷设备，用于排除聚积在机组内的不凝气体，保证制冷机正常运行。机正常运行。抽气设备通常由真空泵、阻油器、辅助吸收器等几部分组成。真空泵一般采用旋片式机械真空泵；阻油器的作用是当真空泵停车时，防止真空泵内润滑油倒流人机组内；辅助吸收器的作用是将一部分溴化

23、锂溶液淋洒在冷的管壁上，在放热的条件下吸收所抽出气体中含有的水蒸气，使真空泵排出的只是不凝气体，以提高真空泵的抽气效果并减少制冷剂损失。防结晶措施防结晶措施:结晶现象一般首先发生在溶液换热器的浓溶液通路中，因为那里的溶液浓度最高、温度较低。发生结晶后，浓溶液通路被阻塞，引起吸收器的液位下降，发生器的液位上升，直至制冷机不能运行。为了解决这个问题，一般在发生器中设有浓溶液溢流管，它不经过换热器而与吸收器的稀溶液相通。当浓溶液通路因结晶而被阻塞时，发生器的液位升高，浓溶液经溢流管直接进入吸收器。这样，不但可以保证制冷机至少在部分负荷下有效地工作，而且由于热的浓溶液在吸收器内直接与稀溶液混合，其温度

24、较高，在通过溶液泵进入换热器时，将有助于浓溶液侧结晶现象的缓解。4.3.2 4.3.2 氨氨-水吸收式制冷水吸收式制冷 氨氨-水吸收式制冷的工作原理与溴化锂水吸收式制冷的工作原理与溴化锂水吸收式制冷的工作原理基本相同，也是利水吸收式制冷的工作原理基本相同，也是利用热能作为补偿并利用溶液的特性来完成制用热能作为补偿并利用溶液的特性来完成制冷循环的。冷循环的。在氨在氨-水吸收式制冷中，氨作为制冷剂，水吸收式制冷中，氨作为制冷剂，水作为吸收剂。水作为吸收剂。在相同压力下，氨和水的汽化温度比较接近。例如，在一个物理大气压下，氨的沸点为-33.4，水的沸点为100，两者相差仅133.4；而溴化锂的沸点为

25、1265，水的沸点为100，两者相差达1165。因此，在发生器中蒸发出来的氨蒸气中会带有较氨蒸气中会带有较多的水蒸气组分多的水蒸气组分。为了提高氨蒸气的浓度为了提高氨蒸气的浓度，就必须采用分凝和精馏设备分凝和精馏设备，以提高整个制冷系统的经济性。氨-水吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵等几部分组成，如图9-2所示。在氨水吸收式制冷机运行过程中，当氨水溶液在发生器内受到热媒水的加热后，溶液中的氨不断汽化氨不断汽化；随着氨的不断汽化，发生器内的氨水溶液氨水溶液浓度浓度不断降低，进入吸收器不断降低，进入吸收器；氨蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降温后凝结，成为高压低温

26、的液态氨液态氨；当冷凝器内的液态氨通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化汽化，(有相变或部分相变产生有相变或部分相变产生)在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；在此过程中，低温氨蒸气进入吸收器低温氨蒸气进入吸收器，被吸收器内的氨水稀溶液吸收，溶液溶液浓度浓度逐步升高，再由循环泵送回发生器，完成整个循环。如此周而复始的循环进行制冷。同样，由于氨水浓溶液在吸收器内已被冷却，温度较低，为了节省加热稀溶液的热量，提高整个装置的热效率，在系统中也增加一个换热器换热器，让发生器流出的高温稀溶液与吸收器流出的低温浓溶液进行热交换，提提高浓溶液进入发生器的温度。高浓溶液进入发生器的

27、温度。4.3.3 太阳能吸收式制冷的工作原理 太阳能吸收式制冷是目前各种太阳能制冷中应用最多的一种。所谓太阳能吸收式制冷，就是利用太阳集热器将水加热，为吸收式制冷机的发生器提供其所需要的热媒水，从而使吸收式制冷机正常运行，达到制冷的目的。太阳能吸收式空调系统主要由太阳集热器、吸收式制冷机、空调箱(或风机盘管)、锅炉、储水箱和自动控制系统等几部分组成。太阳能吸收式空调系统是在常规吸收式空调系统的基础上，再增加太阳集热器、储水箱和自动控制系统等主要部件。用于太阳能吸收式空调系统的太阳集热器，既可采用真空管太阳集热器，也可采用平板型太阳集热器。前者可以提供较高的热媒水温度，而后者只能提供较低的热媒水

28、温度。理论分析与实验结果都已经证明，热媒水的温度越高热媒水的温度越高，制冷机的性能制冷机的性能系数系数(亦称COPCOP)就越高，这样空调系统的制冷效率也就越高。太阳能吸收式空调系统可以实现夏季制冷、冬季采暖、全年提供生活热水等多项功能，其工作原理如下图所示.在夏季，被太阳集热器加热的热水首先进入储水箱，当热水温度达到一定值时，从储水箱向吸收式制冷机提供热媒水；从吸收式制冷机流出并已降温的热水流回到储水箱，再由太阳集热器加热成高温热水；吸收式制冷机产生的冷媒水流到空调箱(或风机盘管)，以达到制冷空调的目的。当太阳能不足以提供高温的热媒水时，可由辅助锅炉补充热量。在冬季，同样先将太阳集热器加热的

29、热水进入储水箱，当热水温度达到一定值时，从储水箱直接向空调箱(或风机盘管)提供热水，以达到供热采暖的目的。当太阳能不能满足要求时，也可由辅助锅炉补充热量。在非空调采暖季节，只要将太阳集热器加热的热水直接通向生活热水储水箱中的生活热水储水箱中的换热器换热器，通过换热器就可把储水箱中的冷水逐渐加热以供使用。正因为太阳能溴化锂吸收式制冷系统具有夏季制冷、冬季采暖、全年提供生活热水等多项功能，所以目前在世界各国应用较为广泛。日本的矢崎株式会社不仅生产大型溴化锂吸收式制冷机，而且还生产商品化多种规格的小型溴化锂吸收式制冷机，有制冷功率范围从4.6174kW的系列产品。不过，由于我国目前尚未实现小型溴化锂

30、吸收式制冷机的商品化生产，这就在一定程度上限制了太阳能吸收式空调在住宅建筑的推广应用。4.3.4 4.3.4 多级太阳能吸收式制冷系统多级太阳能吸收式制冷系统 以上介绍的溴化锂吸收式制冷机都是单级吸收式制冷，即系统只采用单级发生器，它的COP一般在0.75以下。为了进一步提高COP和减少加热功率，可以采用两级吸收式制冷，甚至三级吸收式制冷 在两级溴化锂吸收式制冷机中，需要设置两级发在两级溴化锂吸收式制冷机中，需要设置两级发生器。溴化锂水溶液在第一发生器中发生；发生后的生器。溴化锂水溶液在第一发生器中发生；发生后的高温溴化锂水溶液经过第一换热器和凝结水换热器，高温溴化锂水溶液经过第一换热器和凝结

31、水换热器，进人第二发生器；然后在第二发生器中被来自第一发进人第二发生器；然后在第二发生器中被来自第一发生器的高温制冷剂水蒸气加热，溶液得到第二次发生；生器的高温制冷剂水蒸气加热，溶液得到第二次发生；第二次发生后的溴化锂水溶液经过第二换热器，流人第二次发生后的溴化锂水溶液经过第二换热器，流人吸收器，与吸收器中的溶液混合组成中间溶液；由第吸收器，与吸收器中的溶液混合组成中间溶液；由第二发生器出来的制冷剂水蒸气和由第一发生器出来并二发生器出来的制冷剂水蒸气和由第一发生器出来并经过第二发生器后的制冷剂水蒸气一起进人冷凝器，经过第二发生器后的制冷剂水蒸气一起进人冷凝器，然后继续进行如单级吸收式制冷一样的

32、冷凝、蒸发、然后继续进行如单级吸收式制冷一样的冷凝、蒸发、吸收过程。吸收过程。在三级溴化锂吸收式制冷机中，则需要设置三级在三级溴化锂吸收式制冷机中，则需要设置三级发生器，其工作原理跟两级溴化锂吸收式制冷机基本发生器，其工作原理跟两级溴化锂吸收式制冷机基本相类似，此处不再赘述。相类似，此处不再赘述。图9-4示出了单级、两级和三级溴化锂吸收式制冷机COP值与热源温度的函数关系。这里假定三种溴化锂吸收式制冷机具有相同的结构尺寸及相同的运行条件(冷却水进口温度30，冷媒水出口温度7)。为了进行比较，图中还画出了相应的卡诺循环性能曲线。从图中可以看到：无论单级、两级和三级溴化锂吸收式制冷机，它们的COP

33、值都是热源温度的函数；对于每一种吸收式制冷机，都有一个最低的热源温度，若热源温度低于该值，COP就会急剧地下降，甚至制冷机无法运行。表9-1对单级、两级和三级太阳能溴化锂吸收式制冷系统进行了比较。从表9-1可见，单级吸收式制冷机的COP为0.70左右，而两级吸收式制冷机的COP达1.20左右，三级吸收式制冷机的COP可达1.70左右。根据这三个COP值，可以计算出单级、两级和三级吸收式制冷机每生产lkW制冷功率，所需要的加热功率分别为1.43kW、0.83kW和0.59kW。表9-1 单级、两级和三级太阳能澳化锂吸收式 表9-1 单级、两级和三级太阳能澳化锂吸收式 制冷系统的比较(每kW制冷功

34、率)从表9-1还可看到，为了提高吸收式制冷机的COP，必须相应地提高发生器的热源温度。对于单级、两级和三级太阳能溴化锂吸收式制冷系统，其需要的热源温度分别为85、130和220。为了提供这样的热源温度，单级吸收式制冷系统可以采用常规的平板集热器或真空管集热器，两级吸收式制冷系统需要采用带复合抛物面反射镜(CPC)的真空管集热器，而三级吸收式制冷系统则必须采用聚光型集热器。根据这三种集热器的典型热性能数据，可以估算出单级、两级和三级吸收式制冷系统每生产lkW制冷功率，所需的集热器面积分别为7.48m2、5.07m2和4.49m2。当然，从表面上看，使用两级和三级吸收式制冷机的COP值提高，生产相

35、同制冷功率所需要的加热功率降低，而且所需要的集热器面积也随之减少。但是，由于太阳集热器的成本在太阳能吸收式制冷系统的成本中占有较大的比重，而产生较高温度的带CPCCPC真空管真空管集热器和聚光型集热器的成本都比常规平板集热器或真空管集热器的成本高很多，使两级和三级太阳能吸收式制冷系统的成本也比单级太阳能吸收式制冷系统的成本高很多。因此，降低高温太阳集热器的成本，将为使用高COP吸收式制冷系统铺平道路。4.4 4.4 太阳能吸附式制冷系统太阳能吸附式制冷系统4.4.1 连续式制冷系统和间歇式制冷系统连续式制冷系统和间歇式制冷系统 根据制冷系统的运行方式，一般可以分为连续式制冷系统和间歇式制冷系统

36、两种：凡是发生冷凝和蒸发吸收(或吸附)两个过程同时进行的，称为连续式制冷系统连续式制冷系统；凡是发生冷凝和蒸发吸收(或吸附)两个过程分别在白天和夜间分别在白天和夜间进行的，称为间歇式制间歇式制冷系统。冷系统。4.3节介绍的太阳能吸收式制冷系统，是将发生-冷凝和蒸发-吸收两个过程同时进行，即连续式制冷系统。本节将要介绍的太阳能吸附式制冷系统，是要将发生-冷凝和蒸发-吸附两个过程分别在白天和夜间进行系统。4.3节介绍的太阳能吸收式制冷系统，实际上是将太阳集热器与吸收式制冷机联合使用。本节将要介绍的太阳能吸附式制冷系统，则是将太阳集热器与吸附器合二为一，也可以说是将太阳能系统与制冷机合二为一，结构比

37、较简单太阳能吸附式制冷系统多用于冰箱、冷藏箱等。吸附式制冷是利用物质的物态变化来达到制冷的目的。用于吸附式制冷系统的吸附剂-制冷剂组合可以有不同的选择，例如：沸石-水，活性炭-甲醇等，这些物质均无毒、无害，也不会破坏大气臭氧层 太阳能吸附式制冷系统主要由太阳能吸附集热器风机盘管吸附集热器风机盘管、冷媒水泵等部分组成，如图9-5所示 白天太阳辐照充足时，太阳能吸附集热器吸收太阳辐射能后，吸附床温度升高，使制冷剂从吸附剂中解吸，太阳能吸附集热器内压力升高：解吸出来的制冷剂进入冷凝器，经冷却介质(水或空气)冷却后凝结为液态，进入蒸发储液器这样，太阳能就转化为代表制冷能力的吸附势能储备起来实现化学吸附

38、潜能的储存。夜间或太阳辐照不足时，环境温度降低，太阳能吸附集热器通过自然冷却后，吸附床的温度下降，吸附剂开始吸附制冷剂，产生制冷效果。产生的冷量一部分以冷媒水的形式从风机盘管(或空调箱)输出，另一部分储存在蒸发储液器中，可在需要时根据实际情况调节制冷量 对于太阳能吸附集热器，既可采用平板型太阳集热器，也可采用真空管太阳集热器。通过对太阳能吸附集热器内进行埋管的设计，可利用辅助能源加热吸附床，以使制冷系统在合理的工况下工作；另外，若在太阳能吸附集热器的埋管内通冷却水，回收吸附床的显热和吸附热，以此改善吸附效果，还可为家庭或用户提供生活用热水。当然，由于吸附床内一般为真空系统或压力系统(这要根据吸

39、附剂制冷剂的材料而定)，因而要求有良好的密封性。蒸发储液器除了要求满足一般蒸发器的蒸发功能以外，还要求具有一定的储液功能，这可以通过采用常规的管壳蒸发器并采取增加壳容积的方法来达到此目的。4.5 4.5 太阳能除湿式制冷系统太阳能除湿式制冷系统 从形式上看，除湿式制冷的原理跟吸附式制冷的原理似乎有些相近，都是利用吸附原理来实现降温制冷的。但是，两者毕竟是不同的。除湿式制冷是利用干燥剂(亦称为除湿剂)来吸附空气中的水蒸气以降低空气的湿度进而实现降温制冷的；而吸附式制冷则是利用吸附剂来吸附制冷剂以实现降温制冷的。4.5.1 4.5.1 除湿式制冷系统的主要优点除湿式制冷系统的主要优点 除湿式制冷系

40、统与传统的蒸汽压缩式制冷系统相比，具有以下显著的优点优点：(1)系统结构简单，无需复杂的部件；(2)节电效果好，电能性能系数很高；(3)无需氟里昂作为制冷剂，是一种真 正的环保型系统；(4)噪声低，空气品质优良；(5)在常压条件下工作。4.5.2 4.5.2 除湿式制冷系统的分类除湿式制冷系统的分类 除湿式制冷系统有多种型式。按工作介质划分，可分为固体除湿系统和液体除湿系统；按制冷循环方式划分，可分为开式循环系统和闭式循环系统；按结构形式划分，可分为简单系统和复合系统。除湿式制冷系统使用的干燥剂是具有吸水性的物质。固体干燥剂有：硅胶、分子筛、氯化锂晶体、活性炭、氧化铝凝胶等；液体干燥剂有：氯化

41、钙水溶液、氯化锂水溶液等。开式循环系统是通过环境空气来闭合热力循环的，被处理的空气跟干燥剂直接接触。根据系统各部件的不同位置及气流通路的不同连接，开式循环系统又可分为通风型系统、再循环型系统和Dunkle型系统等几种。开式除湿系统通常应用于空调，闭式除湿系统通常应用于制冷(制冰)。在除湿式制冷系统中，除湿器可以分别采用蜂窝转轮结构(对于固体干燥剂)和填料塔结构(对于液体干燥剂)两种。4.5.3 4.5.3 太阳能除湿式制冷系统的工作原理太阳能除湿式制冷系统的工作原理 下面简要介绍的太阳能除湿式制冷系统，是以开式再循环型系统为例，系统分别采用固体干燥剂和转轮除湿器。太阳能除湿式制冷系统主要由太阳

42、集热器、转轮除湿器、转轮换热器、蒸发冷却器、再生器等几部分组成，如图9-6所示。蜂窝转轮结构的除湿器，通常由波纹板卷绕而成的轴向通道网组成。呈细微颗粒状的干燥剂均匀地涂布在波纹板面上，庞大的内表面积使干燥剂能与空气充分接触。转轮的迎风面可以分成工作区和再生区，它们分别与处理空气(湿空气)和再生空气(干空气)相接触，两区中间被密封隔离。转轮以大约8转/时的速度缓慢旋转，它的扇形迎风面连续地从工作区移动到再生区，又从再生区返回到工作区，从而使除湿过程和再生过程周而复始地进行。太阳能除湿式制冷系统工作时，待处理的湿空气2进入转轮除湿器，被干燥剂绝热除湿，此时由于空气中水蒸气的潜热转化为显热，因而成为

43、温度高于进口温度的干燥的热空气3。干燥的热空气经过转轮换热器被冷却至状态4，再经过蒸发冷却器进一步冷却到要求的状态5，然后送人室内，使室内达到降温制冷的目的。室外空气1经过蒸发冷却器后被冷却至状态7，再进入转轮换热器去冷却干燥的热空气，同时自身又达到预热状态8。此空气在再生器内被加热到需要的再生温度9，然后进入转轮除湿器，使干燥剂得以再生。干燥剂中的水分释放到再生气流里，此湿热的空气10最终排放到大气中去。太阳集热器可为再生器提供热源，使吸湿后的干燥剂得以加热进行再生。太阳能除湿式制冷系统既可以采用平板型太阳集热器，也可以采用真空管太阳集热器。4.6 4.6 太阳能蒸汽压缩式制冷系统太阳能蒸汽

44、压缩式制冷系统4.6.1 蒸汽压缩式制冷的工作原理蒸汽压缩式制冷的工作原理 蒸汽压缩式制冷是一种传统传统的制冷方式。蒸汽压缩式制冷机主要由压缩机、压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器冷凝器、节流阀、蒸发器等四部分组成，各部分之间用管道连接成一个封闭系统，如图9-7所示。当蒸汽压缩式制冷机工作时，压缩机将蒸发器所产生的低压(低温)制冷剂蒸气吸人压缩机汽缸内，经压缩后，制冷剂蒸汽压力升高蒸汽压力升高(温温度也升高度也升高)到稍大于冷凝压力，然后再将高压制高压制冷剂蒸气冷剂蒸气排至冷凝器。在冷凝器内，温度和压力较高的制冷剂蒸气与温度较低的冷却介质(水或空气)进行热交换而冷凝成液体。这部分液体这部分液体经节

45、流阀节流降压节流阀节流降压后进入蒸发器，在蒸发器内吸收待冷却物体的在蒸发器内吸收待冷却物体的热量而汽化热量而汽化。这样，待冷却物体便得到冷却，从而实现了制冷的目的。蒸发器所产生的制冷剂蒸气又被压制冷剂蒸气又被压缩机吸走缩机吸走。因此，制冷剂在系统中经过 压缩、冷凝、节流、汽化压缩、冷凝、节流、汽化 这样四个过这样四个过程程，完成一个制冷循环，完成一个制冷循环。如果循环不断进行，便实现连续制冷。吸收式制冷吸收式制冷是靠太阳能高温使工质得到冷是靠太阳能高温使工质得到冷凝液的高压能量；而凝液的高压能量；而蒸汽压缩式制冷是靠压缩机压缩使工质得到冷凝液的高压能量。常规的蒸汽压缩式制冷常规的蒸汽压缩式制冷

46、中的压缩机是由电机驱动的，消耗的电能；太阳能蒸汽压缩式制冷系统太阳能蒸汽压缩式制冷系统中的压缩机是由热机驱动热机驱动的，而热机的热能还是由太阳能供给的。蒸汽压缩式制冷机常用的制冷剂有氨、氟里昂以及氟里昂的混合物等。对制冷剂的基本要求包括：在大气压力下，制冷剂的蒸发温度低；在蒸发器内，制冷剂的压力稍高于大气压力；制冷剂的单位容积制冷能力尽可能大；制冷剂的临界温度高，凝固温度低等。制冷压缩机的型式很多，根据它的工作原理可以把它分为容积式制冷压缩机和离心式制冷压缩机两大类。容积式容积式制冷压缩机是靠改变压缩机工作腔的容积周期性地吸人、压缩来输送制冷剂蒸气的。它又有活塞式、螺杆式、滑片式、滚动转子式等

47、几种型式。离心式制冷压缩机是靠离心力的作用来吸入、压缩和输送制冷剂蒸气的。由于它的结构跟蒸气透平类似；故而又称为透平式制冷压缩机。4.6.2 4.6.2 太阳能蒸汽压缩式制冷的工作原理太阳能蒸汽压缩式制冷的工作原理 如果说，常规的蒸汽压缩式制冷机中的压缩机是由电机驱动的，太阳能蒸汽压缩式制冷系统中的压缩机是由热机驱动的。太阳能蒸汽压缩式制冷系统主要由太阳集热器、蒸汽轮机和蒸汽压缩式制冷机等三大部分组成，它们分别依照太阳集热器循环、太阳集热器循环、热机循环、热机循环、蒸汽压缩式制冷机循环蒸汽压缩式制冷机循环的规律运行，如图9-8所示。太阳集热器循环由太阳集热器、汽液分离器、锅炉、预热器等几部分组

48、成。在太阳集热器循环中，水或其他工质首先被太阳集热器加热至高温状态，然后依次通过气液分离器、锅炉、预热器，在这些设备中先后几次放热，温度逐步降低，水或其它工质最后又进入太阳集热器再进行加热。如此周而复始，使太阳集热器成为热机循环的太阳集热器成为热机循环的热源热源。热机循环由蒸汽轮机、热交换器、冷凝器、泵等几部分组成。热机循环热机循环 低沸点工质从气液分离器出来时，压力和温度升高，（离心机作用）成为高压蒸汽，推动蒸汽轮机旋转而对外做功，然后进入热交换器被冷却，再通过冷凝器而被冷凝成液体。该液态的低沸点工质又先后通过预热器、锅炉、气液分离器，再次被加热成高压蒸汽。由此可见，热机循环是一个消耗热能消

49、耗热能而对外做功的过程。蒸汽压缩式制冷机循环由制冷压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀等几部分组成。在蒸汽压缩式制冷机循环中，蒸汽轮机的旋转蒸汽轮机的旋转带动了制冷压缩机的旋转，带动了制冷压缩机的旋转，然后再经过上述蒸汽压缩式制冷机中的压缩、冷凝、节流、压缩、冷凝、节流、汽化等过程，完成制冷机循环汽化等过程，完成制冷机循环。在蒸发器外侧流过的空气被蒸发器吸收其热量，从较热的空气变为较冷的空气，这较冷的空气被送人房间内从而达到降温空调的效果。4.7 4.7 太阳能蒸汽喷射式制冷系统太阳能蒸汽喷射式制冷系统4.7.1 蒸汽喷射式制冷的工作原理蒸汽喷射式制冷的工作原理 4.6节已经介绍了蒸汽压缩式制冷，本

50、节将要介绍的蒸汽喷射式制冷则与之不同。前者是通过消耗机械能作为补偿来实现制冷的，而后者是利用具有一定压力的蒸汽消耗热能作为补偿来实现制冷的。蒸汽喷射式制冷机主要由蒸汽喷射器、蒸发器、冷凝器等几部分组成，如图9-9所示。其中，蒸汽喷射器又包括喷嘴、吸入室、混合室、喉部和扩压室等部分，如图9-10所示。当蒸汽喷射式制冷机工作时，一定压力(通常为0.40.8MPa)的蒸汽通过蒸汽喷射器的喷嘴，在喷嘴出口处得到很高的流速(通常为1 0001 200ms)，并降低到很低的压力，于是便将蒸发器抽成一定的低压。循环水泵将制冷系统的空调回水送人蒸发器后，进行喷淋。在蒸发器中，部分空调回水在低压下蒸发成水蒸气。