溴化锂空调在光伏时代的应用与前景分析

溴化锂空调在光伏时代的应用与前景分析

降博睿

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摘要：随着“双碳”时代的到来，暖通空调节能设计作为建筑节能设计中的重要一环有着很大的发挥空间，本文从国家大力发展的光伏技术入手，结合部分学者的研究数据，分析了光伏溴化锂双效空调在新时代的应用前景。

关键词：光伏空调；溴化锂空调；建筑节能设计

1、技术背景：

自《京都协议书》签订以来，减少温室气体的排放是世界各国应对全球变暖所达成的共识，我国更是在2020 年 9 月由习近平总书记提出“碳达峰、碳中和”的目标；2022年4月1日，住建部国家标准《建筑节能与可再生能源利用通用规范》正式实施，做出一系列降低建筑能耗的指导要求，其中要求新建建筑应安装太阳能系统。建筑能耗中，暖通空调系统能耗往往占据总能耗60%以上，甚至某些建筑空调系统其占比高达75%[1]2022年世界多地出现极端气候，我国也大面积出现极端炎热和干旱，部分城市比如重庆出现了限电的情况，根据科学家预估，未来会出现越来越多的极端气候，节约用电自国家世纪初提倡以来又一次成为焦点。在国际趋势气候变化和国内政策影响的背景下，空调与光伏技术的结合，成为建筑空调节能设计中的必要思路。

2、技术类型及特点：

目前，光伏空调所使用的制冷技术大致分为两种：（1）太阳能光电转换制冷（如图1） （2）太阳能光热转换制冷 。

（1）太阳能光电转换制冷是通过太阳能光伏板将太阳能转换成电能再用电能驱动常规的压缩式制冷机，常见为光伏多联机空调，目前太阳能光伏板虽在国家的支持下成本较之前有所下降，但光伏板转化电能用于多联机制冷的效率并不高，优点在于具有结构简单，经济实惠，无污染排放等特点，但在节能方面并没有什么突破。

（2）太阳能光热转换制冷是将太阳能转换成热能，再利用热能驱动制冷机制冷，其中技术最成熟、应用最多的是太阳能吸收式制冷。溴化锂（LiBr/H2O）一水和氨(NH3/H2O)一水 其中溴化锂-水由于高、对热源温度要求低、没有毒性和对环境友好因而占据了当今研究与应用的主导地位。

图1 太阳能光电转换制冷原理图

 3、技术分析与展望：

溴化锂吸收式机组主要是以热能为动力水为制冷剂的制冷系统，清洁节能。可以利用燃气、蒸汽、烟气、废气、热水等不同类型的热源作为机组的能耗来源，不需要消耗大量电能即可满足建筑室内的冷热负荷需求，可以很大程度上减少建筑空调系统对城市电力资源的依赖和消耗，节约城市用电。因此，在21世纪初期国家大力提倡节约用电的时期，大量不同热源形式的溴化锂吸收式机组被广泛应用于我国的医院、办公楼、商场、工厂等不同类型的大型建筑空调系统中，但单效直燃式溴化锂空调系统结构复杂，前期投入成本大，后期维护成本高，各类可利用废热多存在于城市郊区，利用困难，且随着国家电力系统的完善，单效直燃式溴化锂溴化锂空调系统的优势变得不再明显。

在“双碳”和光伏时代的背景下，太阳能双效溴化锂吸收式制冷系统（如图二）理论上可以完美适用于各类有着丰富日照时长的新建建筑。在光伏的加持下溴化锂系统完美的平衡了需要大量工业废热的缺点，且优点得到了完美的保留。

图2 太阳能双效溴化锂吸收式制冷系统原理图

4、相关技术研究成果：

（1）Sun[2]等人提出了一种基于吸收式制冷机的空调系统。该系统由燃气和太阳能热水共同驱动，是一种混合动力系统，系统优先进行单效太阳能制冷，当太阳能不足或太阳能热水温度较低时，再以燃气进行双效制冷。该学者将此系统应用于某五星级商业酒店空调系统，通过记录该系统全年运行情况，对比分析发现该系统比传统直燃式溴化锂吸收式系统节省了大约49.7%的燃气。

 （2）阿尔及利亚学者Rabah Gomri[3]介绍了一种太阳能/天然气单效溴化锂吸收式冷水机组的模拟研究。该系统的开发是基于热水冷却器，并将天然气燃烧器作为加热热水的辅助热源，通过对吸收式制冷机系统的整体性能进行分析讨论发现，当蒸发器温度为50℃，冷凝器温度从280℃变化到360℃，发生器温度从540℃变化到830℃，最高COP为0.82，最大效率约为30%。对于给定的冷凝器温度，有一个最佳的发生温度，最佳的平板集热器的数量与之对应，并可得到系统的最大COP值。太阳能/天然气单效溴化锂吸收式制冷机，不仅可以大大减少电能和运营成本，补偿热电负荷差异。同时由于只需要少量的天然气，CO2气体的排放量也非常小。

（3）Xie[4]等人设计的太阳能无泵溴化锂吸收式空调热水两用装置，通过采用太阳能集热器得到的热水，在燃气加热器的辅助下，可以在夏季和冬季分别进 行制冷和采暖的稳定运行，并能提供全年生活热 水。通过对该系统各个设备进行了设计计算，并通 过技术经济性比较，得出该系统具有对环境几乎无污染，节约电能、缓解夏季的用电高峰的优点，证明太阳能-溴化锂空调在家用空调领域也可以有很好的应用。

（4）华南理工大学的韩晓东[5]对太阳能吸收式制冷系统中的传热传质过程进行分析，得到一种热质传递强化的新方法一超声波强化。首先通过实验的方法分析了热源温度为65-800℃下超声波对制冷剂水传质过程的强化作用，其次分析了超声波对吸收剂嗅化锉水溶液中传热过程强化作用，并得到制冷剂的强化率最大可到0.6，适当频率的超声波可使发生器内的传热过程得到强化。最后使用MATLAB/SIMULINK软件对整个系统的性能进行分析，得到系统的COP值有明显的提升。

5、总结：

光伏溴化锂双效空调在新时代的应用背景下，相比于传统单效溴化锂空调与太阳能光电转换制冷系统，融合他们优点的同时有着更优秀的节能效果及更高太阳能利用率，有着值得期待的应用前景。

参考文献：

[1] 胡平放，武汉市第四十九中学能源审计，2019.12.

[2]郝华丽，浅析太阳能光热制冷技术及其应用[L].信息化建设.2016,10:23-25.

[3]  H. Q. Sun, Z. Y. Xu, H. B. Wang, R. Z. Wang. A Solar/gas Fired Absorption System for Cooling and Heating in a Commercial Building. Energy Procedia, 2015, 70

[4]Rabah Gomri. Simulation study on the performance of solar/natural gas absorption coolingchillers[J]. Energy Conversion and Management,2013,65:675-681.

[5]谢应明，家用无泵溴化锂空调热水两用装置的系统设计