空调制冷中可再生能源的应用
【摘要】本文概述了我国空调制冷的能源结构的现状，并分别详细列举了太阳能和地源热泵能在空调制冷中的应用，通过分析这两种可再生能源的特点，概述了如何将可再生能源应用于空调制冷当中，仅供各位参考。建筑能源消耗主要体现于采暖、通风及空调系统所消耗的能源,其消费的能源是季节性的，因此，要随着季节而合理应用不同的可再生能源；制冷系统是建筑中消耗能源的最主要设备，因此，要加大可再生能源在空调制冷系统中的应用。
【关键词】空调制冷；可再生能源；应用
一、前言
随着空调的应用越来越广，其带来的一系列环境问题也浮出水面，排除的有害气体严重干扰了臭氧层。只有加大可再生能源的应用，才能减轻这种污染，可再生能源的开发刻不容缓。
二、我国空调制冷能源结构现状
在采暖、通风及空调系统中的耗能设备中,包含有泵、风机、空气处理机、冷水机组及制冷装置(如各类窗、柜分体式空调等) 、冷却塔、换热设备及热泵等。它们有的季节性消耗电能,有的季节性消耗热能。对各种冷水机组及制冷装置,根据其制冷原理的不同,主要又可分为氟里昂类制冷装置(使用二次能源———电能,工质一般为氟里昂类,以下简称电制冷机) 和吸收式制冷装置(使用一次能源生产的热能或余热,如直燃式溴化锂吸收式制冷机组) 两大类。研究表明,氟里昂类制冷装置还对臭氧层有破坏作用。
据有关专家的调查,我国建筑能源消耗在全国总能源消耗中所占的比例从1980年至1997年平均约为10%～20%，建筑能源消耗是我国能源消费中的重要组成部分。在建筑能源消费构成(即建筑能源结构)中,空调系统约占60%左右。以一般商住楼为例,空调系统所消耗的能量构成中,冷水机组耗能所占比例在60%以上;如果再考虑配套的冷却塔和水泵。
三、太阳能在空调制冷中的应用
太阳能是可再生清洁能源，太阳能制冷系统与常规的蒸汽压缩式制冷系统有很大的不同。利用太阳能制冷的技术很多，从原理上分主要有两种，一是以热能为驱动能源，直接通过收集太阳的辐射热驱动制冷，如太阳能吸收式制冷，太阳能吸附式制冷等；二是先将太阳能转化为电能，然后再利用电能作为驱动能源实现制冷，如太阳能光电制冷等。后者系统比较简单，但造价较贵，约为前者的3～4倍。因此国内外把太阳能用于制冷仍然较多地采用第一种方式。
1.太阳能吸收式制冷
吸收式制冷利用某些吸收剂对制冷剂蒸汽有很强吸收能力的特性，由于制冷剂与吸收剂的蒸汽压差，蒸汽不断汽化蒸发，吸收周围环境热量实现制冷。
太阳能吸收式制冷系统与蒸汽压缩式循环相比，其冷凝器、节流阀、蒸发器与蒸汽压缩式循环的相应部件相同，而用吸收器、溶液泵和发生器所代替蒸汽压缩机，以氨一水吸收工质对为例，由于氨蒸汽和水之间的压力差，蒸发器中的氨不断蒸发被吸收器中的水吸收，由于氨蒸发是吸热过程，可以用于制冷；溶液泵将吸收器中的氨水加压，送入发生器加热至沸腾，产生的蒸汽被送人冷凝器，加
热所用的热量可由太阳能集热器采集的太阳能来供给，为保持发生器和吸收器之间的压差，在连续管道上安装溶液节流阀。
吸收式制冷原理早在18世纪70年代就为人们所发现。1859年以Ftedinand Ph．E．Cane获得氨一水吸收式制冷技术的专利，1945年美国Carrier公司生产出世界上第一台双效溴化锂吸收式制冷机，随着太阳能集热器的性能改善，太阳能吸收式制冷机发展很快。
2.太阳能吸附式制冷
太阳能吸附式制冷系统以沸石一水工质对为例，太阳能集热器同时作为吸附床，白天，床内的沸石吸附剂被集热器采集的太阳能加热，沸石中的吸附水脱附，水蒸气在冷凝器中冷凝，进入储水箱(蒸发器)；夜间，沸石温度降低，开始吸附水蒸气，蒸发器中水蒸发，吸收周围环境的热量实现制冷。太阳能不足时，可补充其它热源如低谷期的电能等。制定有效的低谷期电力耦合策略，可以实现太
阳能吸附制冷在空调蓄冷和电力储能中的应用。
吸附制冷技术的商品化应用开发始于上世纪30年代，但由于吸附式循环制冷机制冷效率低、一次性投资大，且当时正值蒸汽压缩式制冷机蓬勃发展，吸附式制冷机发展缓慢。上世纪70年代以来，由于全球性能源危机日益加剧，人们又重新审视这种以低品位热能为动力的吸附式制冷技术。
为提高制冷效率，降低操作费用，国内外学者做了大量深入系统的研究，从吸附工质对性能、吸附床传质和传热、系统循环及结构等方面推动太阳
能吸附制冷技术的发展和应用。
四、地源热泵在空调制冷中的应用
地源热泵是一种利用地下水、土壤或河流、湖泊等作为热源对建筑进行空调的技术。冬季, 通过热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热, 同时使大地中的温度降低, 即蓄存了冷量, 可供夏季使用夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地,对建筑物降温, 同时在大地中蓄存热量, 以供冬季供暖使用。
1.地源热泵结构原理及系统组成
地源热泵的基本结构可分为地上和地下两个部分。地上部分基本与其它水源热泵相同, 地下部分是在地下埋藏着若干段长寿命、高强度的塑料管道, 在冬季管道里循环的水或防冻液从土壤里吸收热量传递给热泵, 在夏季将热量从热泵传递回土壤中。这些塑料管道就相当于一个地下换热器, 在夏季和冷却塔的作用相同, 在冬季和锅炉的作用相同。这个地下换热器根据可利用区域的地质特点,
既可水平放置, 又可垂直放置同时根据可利用区域的面积大小, 既可串联排布又可并联排布。
地源热泵空调系统一般由三个必需的环路和一个可供选择的生活热水环路组成。
（一）地热换热器环路：由高强度塑料管道组成的在地下循环的封闭环路, 循环介质为水或防冻液, 由一台低功率的循环泵来实现循环。
（二）室内环路室内环路：在建筑物内和热泵机组之间传递热量, 传递热量的介质有水、空气或制冷剂等。
（三）制冷剂环路：即在热泵机组内部的制冷循环, 压缩机推动制冷剂在回路里循环, 将热量从一处传递到另一处。
（四）生活热水环路：将水从生活热水箱送到冷凝器去进行循环的封闭加压环路, 是一个可供选择的环路。环路里的水通过一台低功率的循环泵进行循环。夏季该循环利用冷凝器排放的热量, 不消耗额外的能源而得到热水供应, 在冬季或过渡季, 其耗能也大大低于热水器。
2.地源热泵的特点
（一）利用可再生能源, 可持续发展
地源热泵是利用地球表面浅层地热资源作为冷热源进行能量转换的空调系统。地球一个巨大的太阳能集热器, 收集了百分之47的太阳能量, 比人类每年利用能量的500倍还多, 它不受地域、资源等, 属清洁可再生能源。另外地源热泵冬季供暖时, 同时对地能储存冷量, 以备夏用夏季空调时, 又给地能储存热量, 以备冬用。因此地源热泵属可再生能源利用技术。
（二）环保节能
地源热泵运行时没有任何污染, 可以建造在居民区内, 没有燃烧, 没有排烟, 也没有废弃物, 且不用远距离输送热量, 是真正的环保型空调, 由于地源温度全年相对稳定, 冬季比
环境空气温度高,夏季比环境空气温度低, 是很好的热泵热源和空调冷源, 这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高左右。
（三）一机多用, 应用范围广
地源热泵系统可全年供暖、制冷, 还可供生活热水, 一套系统可以替换原来的锅炉加空调两套装置或系统, 节省投资和占地。
3.地源热泵的应用及发展
地源热泵在近十几年、尤其是近五年得到了迅猛发展, 如美国到目前为止已安装40万台, 并计划每年达到安装40万台的目标。国内天津大学、清华大学开展了地源热泵的最早研究与应用推广工作, 也有相当多的制冷空调厂推出了自己的地源热泵, 但目前我国地源热泵系统中钻孔费用还较高,对地热换热器地下传热的研究还不成熟, 这在一定程度上了该系统的推广使用。随着科技工作者
对地源热泵的更系统的研究, 地源热泵技术在为居民带来舒适、可靠和高效节能的同时, 将成为降低国家能源消耗和环境污染的一个主要力量。这项可再生能源在空调领域的应用技术将成为世纪最有效的空调技术。
五、结语
由上文可见，可再生能源在空调制冷方面的应用已初步进行，但比之日益严重的环境问题，还需加大可再生能源在空调制冷方面的应用。只有这样，才能实现能源的可持续发展。
参考文献：
[1]涂逢祥 世纪建筑节能展望 建筑节能 2001
[2]罗振涛 我国的太阳能热水器产业 太阳能 200l
