太阳能在暖通空调中的应用

太阳能在暖通空调中的应用

何灿

中国航天建设集团有限公司浙江分公司310016

摘要：本文主要先简介了太阳能资源及其利用价值，接着就其在暖通空调领域中的应用进行了探讨。

关键词：太阳能；暖通；空调；热水

1太阳能资源简介

太阳能是一种由太阳内部连续核聚变而产生的能量，在地球轨道上平均太阳辐射强度约为1．369W／m2，根据赤道周长可计算出地球获得的太阳能为173000TW，地球表面上某一个点24h的年平均太阳辐射强度约为0．20kW／m2，相当于有102000Tw的能量。从本质上讲，太阳能是非常特殊的能源，这种特殊性主要体现在它既是一次能源，又是可再生能源，且其资源总量极为丰富。太阳能还具有很多优点，如安全、清洁、环保、不需要开采等，但也存在一定的不足之处，即过于分散且不稳定。所以想要对太阳能进行充分、有效的利用，就必须解决其分散和不稳定的问题，这一直以来都是太阳能应用技术研究的重点。

2太阳能在暖通空调中的应用

暖通空调是建筑工程中不可或缺的组成部分之一，也是建筑中的能耗大户，通过运用太阳能，可以有效降低暖通空调能耗。

2.1太阳能热水系统

太阳能热水系统大体上可分为热源系统和供应系统，前者又被称为集热系统，主要是将太阳能辐射能转换为热量，并与辅助热源组合使用，对水进行加热处理，它由如下设备和附件组成：太阳能集热器、辅助热源、管道、水箱、控制系统、热交换器及水泵等；后者是将热水输送给住户使用的管道系统，具体主要由供热水管道、回水管道、供水设备、控制系统及用热水器具等组成。选用太阳能热水系统时，应当因地制宜，并结合当地气候条件、地理位置、热水用量等因素，同时，还要考虑系统本身的系能及设置条件，以节约燃料和电能为目标，确保选用的系统能够提供稳定的热水供应。

2.2太阳能空气供暖系统

太阳能空气供暖系统根据导热介质的不同，可细分为热水集热、热风采暖方式。其中前者主要是采用热水集热器进行集热后，用热水对空气进行加热，为室内供暖；后者则是直接用空气集热器对空气进行加热为室内供暖，这种方式的应用相对较多，其工作原理如下：由系统中的风机驱动空气，使空气在集热器与储热器间不断循环，然后将集热器吸收到的太阳能热量经由空气传给储热器存储下来，或直接供给室内取暖。在这一过程中，风机主要起驱动空气的作用，建筑内的冷空气通过风机输送给储热器与其中的储热介质进行热交换，空气被加热之后，送给室内供暖。在该系统中，集热器是重要组成部分之一，当采用空气作为集热介质时，要求集热器的体积和传热面积要足够大，这样才能提供足够的热量；储热器一般都是采用砾石固定床作为储热材料。空气供暖热源要求温度相对较低，通常只要达到50℃左右即可，其适用性较好。

2.3太阳能热水供暖系统

太阳能热水供暖系统与空气供暖系统最为显著的区别在于采暖的热媒不同，这种供暖系统可分为常规和热泵两种类型。

（1）常规供暖系统

即在普通太阳能热水器系统上增设一个容量足够大的储热水箱，将系统终端改为低温辐射地板采暖盘管或顶棚毛细管辐射散热系统，同时还需加装水泵等附件，使整个系统中的水流形成环路，除此之外，还要配备一套大功率辅助加热系统。该系统的构成相对比较简单，使用方便。常规系统供热效率较低，对于供热要求较高的寒冷地区不太适用；

（2）热泵供暖系统

该系统主要是将太阳能及热设备与热泵系统进行有机结合，通过二者结合之后，有效克服了常规供暖系统的不足，并使全天候供热问题得到了解决。

太阳能是该热泵供暖系统的主要热源，系统运行过程中，克服了太阳能扩散性和间歇性的不足，是较为理想的太阳能利用方式。

2.4太阳能制冷

目前主要研究利用太阳能的热来实现制冷，其主要方式有：

（1）太阳能吸收式制冷

吸收式制冷最有代表性的就是溴化锂吸收式制冷，它利用沸点较低的水作为制冷剂，沸点较高的溴化锂作为吸收剂，太阳能作为吸收式制冷中加热溶液产生高压蒸汽的热源。在溴化锂吸收式制冷循环中，从太阳能集热器出来的热水，在发生器中加热溴化锂溶液；溶液被加热后，沸点较低的水被蒸发，蒸发后的水蒸气进入冷凝器冷凝成水，冷凝水经膨胀阀降压后进人蒸发器，在蒸发器中低温低压的水吸收冷水的热量蒸发，从而达到降低冷水温度的目的。此时，由于发生器中溴化锂溶液中的水分不断析出而使溶液浓度升高，后经调节阀降压后流人吸收器，吸收来自蒸发器中的水蒸气，使溶液浓度降低，并再次送入发生器循环使用。

（2）太阳能吸附式制冷

太阳能吸附式制冷系统主要是将太阳能用于吸附材料的再生活化，该系统主要包括太阳能集热板、吸附发生器、冷凝器和蒸发器。它利用太阳能加热吸附发生器，使被吸附的气态制冷剂不断地受热解析出来，在冷凝器中冷凝成液体，再流入蒸发器。液态制冷剂在蒸发器中不断蒸发而实现制冷，而蒸发的气态制冷剂在吸附发生器中又被吸附剂吸附，吸附饱和后再次被太阳能加热而解吸，完成循环使用。

（3）太阳能喷射式制冷

太阳能喷射式制冷主要是利用太阳能集热器加热制冷剂产生一定压力的蒸汽，然后制冷剂蒸汽通过喷嘴喷射进行制冷嘲。

在冬、夏季太阳能制冷系统都可以充分利用太阳能，设备利用率高，并且其制冷系统设计简单，控制方便，机组的噪声和振动比较小。但是，为了保证系统的可靠运行，往往需另设辅助锅炉，导致其初投资比较大，特别是太阳能吸收式制冷，制冷机的构造复杂，国内尚无小型吸收式制冷机商业生产厂家。

2.5太阳能通风烟囱

当室外空气温度较低、湿度不大时，可直接采用自然通风降低室内温度，带走潮湿气体，从而节约大量能源；即使室外空气温度超过舒适区，也可以利用自然通风把处理后的新风送到室内，从而省去风机能耗。太阳能强化自然通风就是通过建造太阳能烟囱，利用太阳能来加热房间的排风，提高排风温度和增加热压，增强室内通风风量，从而达到降低室温的目的。比较典型的太阳能烟囱主要有如下3种：

（1）Trombe墙体式

其通风量受到诸多因素的影响，如太阳辐射强度、空气通道宽度、烟囱进出口宽度以及烟囱高度等。在这些因素中，空气通道宽度对通风量的影响是最复杂的，最佳的空气通道宽度依赖于太阳能烟囱的高度和进出口尺寸。

（2）竖直集热板屋顶式

竖直集热板屋顶式太阳能烟囱与Trombe墙体式太阳能烟囱具有明显的不同，竖直集热板屋顶式太阳能烟囱的空气通道宽度与进出口尺寸相同，因此它的最佳空气通道宽度主要取决于烟囱的高度。

（3）倾斜集热板屋顶式

倾斜集热板屋顶式太阳能烟囱的通风量随着空气通道宽度和进出口宽度的增加而增加，不存在最佳的空气通道宽度问题。

通过以上对3种典型太阳能烟囱的分析比较，可以看出，前两种形式的太阳能烟囱，均存在一个空气通道的宽度和烟囱高度的最佳关系比，因其对室内通风量大小具有很大的影响，设计时应该引起设计者的注意。另外，太阳能烟囱的结构形式、空气通道宽度、进口面积、出口面积、壁面热流、太阳辐射强度、烟囱的高度和厚度对建筑物所形成的速度场、温度场都存在较大影响，它们直接影响建筑物室内的通风换气效果。

3结束语

总之，丰富的太阳能资源取之不尽用之不竭。暖通空调领域是太阳能大展拳脚的领域。今天，随着人们对建筑节能、健康建筑和环境的可持续发展的不断关注，太阳能作为清洁无污染的能源，将其热利用技术与建筑节能设备合理整合，必将对节能和环保做出巨大贡献。

参考文献：

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[2]种村荣，李孟铭译．新型被动太阳能建筑材料[J]．新能源.1993，（2）：9～14．

[3]郑艺华．太阳能空调技术开发利用的评价[J]．节能.2O01，（1）：44～46．