【正文】 1太陽能冷暖空調(diào)項目設(shè)計方案1 緒論目前市場上的空調(diào)器種類繁多，但社會上使用的空調(diào)系統(tǒng)主要還是以空氣源熱泵作為冷熱源，由于其“室外機” 受環(huán)境空氣季節(jié)性溫度變化規(guī)律的制約，夏季供冷負荷越大時對應的冷凝溫度越高而冬季供熱負荷越大時對應的蒸發(fā)溫度越低，為此增加了大量能耗。根據(jù)熱力學原理，降低冷凝溫度或提高蒸發(fā)溫度都將提高制冷循環(huán)效率、節(jié)約能源。為此若能尋找到更理想的新熱源形式取代或部分取代目前多采用的空氣熱源，無疑將有廣泛的應用前景和明顯的節(jié)能效果。由于太陽光的輻射和土壤的保護，地下一米半處溫度常年保持在5～15℃。我們生活的環(huán)境溫度隨著季節(jié)的不同，變化很大，冬季，北方最低氣溫零下 40℃，夏季，南方最高氣溫零上 40℃。實際上，相對于環(huán)境溫度，冬季，地溫是一個巨大的熱資源，夏季，地溫是一個巨大的冷資源。地溫中央空調(diào)的運行原理: 這項高新技術(shù)根據(jù)可逆卡諾循環(huán)原理，利用地溫能源，冬天采用熱泵技術(shù)原理，通過熱交換將地下水或土壤中的熱量提出用于室內(nèi)采暖，而夏天則利用地下土壤或地下水帶走熱量，達到制冷效果。與地面上環(huán)境空氣相比，地溫中央空調(diào)利用地源熱泵技術(shù),采用逆卡諾循環(huán)原理, 利用水循環(huán)把地下水中的熱能收集起來,再進行能量轉(zhuǎn)換,制冷時出口溫度為 7～12 攝氏度,供熱時出口溫度為 45～55 攝氏度。夏季室內(nèi)溫度控制在 18～22 攝氏度以下 , 在冬季可以用太陽能產(chǎn)生的熱量使室溫保持在 16～20 攝氏度,是集制冷、供暖為一體的經(jīng)濟型中央空調(diào)。太陽能冷暖空調(diào)是利用先進的超導傳熱貯能技術(shù)，集成了太陽能，超導地源制冷系統(tǒng)的優(yōu)點，最新研發(fā)成功的一種高效節(jié)能的冷暖空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的輸入端可以連接到太陽能集熱板，超導地源低溫制冷系統(tǒng)。它的輸出端與室內(nèi)冷暖分散系統(tǒng)相連接。所有的連接設(shè)備，均采用溫控系統(tǒng)集中自動控制，是冬季采暖夏季制冷的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。設(shè)計中采用太陽能發(fā)電來為太陽能冷暖空調(diào)提供所需的高品位電能,是空調(diào)行業(yè)的創(chuàng)新,隨著人們對環(huán)境的重視 。經(jīng)過近十幾年來,科學家的不斷探索,太陽能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)趨于成熟 , 我國太陽能資源豐富，全國總面積 2/3 以上地區(qū)年日照時數(shù)大于 2022 個小時，與同緯度的其他國家相比，與美國相近，比歐洲、日本優(yōu)越得多。我國太陽能資源的理論儲量達每年 17000 億噸標準煤，約等于數(shù)萬個三峽工程發(fā)電量的總和。因而太陽能發(fā)電在我國很有發(fā)展?jié)摿?，用太陽能發(fā)電來滿足空調(diào)所需電能,對我國能源的合理利用有著重要的意義。2地源熱泵技術(shù)在空調(diào)行業(yè)的應用,將大大緩解我國能源短缺問題。據(jù)統(tǒng)計，我國總的能源利用率約為 30％，這僅相當于發(fā)達國家 50 年代的水平。我國建筑耗能約占總耗能的 25％，其中供熱采暖能耗約占一半。能源短缺導致中國的能源價格越來越接近發(fā)達國家的水平。要在可利用能源每年增長率僅為3％～5％的條件下滿足國民經(jīng)濟持續(xù)每年增長 8％～9％，就必須重視節(jié)能技術(shù)和節(jié)能產(chǎn)品的開發(fā)利用，這決定了必須在竅門和取暖這一耗能大項上有所改進。中國建筑科學研究院空調(diào)所指出，地源熱泵技術(shù)由于熱泵僅僅用來傳輸熱量，而不是產(chǎn)生熱量，所需要的熱量有 70％來自地下，夏天制冷時，用來將建筑物中的熱量傳入地下所消耗的電力也非常少，因此可以大大緩解我國的能源壓力。同時，地源熱泵技術(shù)是一項環(huán)保性技術(shù)。分析和調(diào)查表明，地源熱泵的應用將減輕臭氧層的破壞，對降低溫室效應起了積極作用,這項技術(shù)和沼氣發(fā)電技術(shù)在空調(diào)行業(yè)的聯(lián)合應用將緩解城市空氣污染問題,符合我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。2 設(shè)計要求系統(tǒng)的具體設(shè)計要求為：（1）設(shè)計出能利用太陽能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備來帶動地溫空調(diào)。（2）利用水循環(huán)把地下水中的熱能收集起來,進行能量轉(zhuǎn)換,進行制冷、供暖。（3）解決回灌井回灌效果不好（堵塞）問題。（4）解決水井管網(wǎng)排污、清洗管路中雜質(zhì)問題。（5）解決回灌水從井中溢出問題?；谏鲜鲆? 所設(shè)計的系統(tǒng)必須有以下結(jié)構(gòu)模塊：光能－電能轉(zhuǎn)化單元,能量收集及其轉(zhuǎn)化單元,常見問題的優(yōu)化單元。3 冷暖地溫空調(diào)工作原理及其設(shè)計與研究 設(shè)計原理及其特點 設(shè)計原理地溫中央空調(diào)采用逆卡諾循環(huán)原理, （該原理是由兩個絕熱過程和兩個等溫過程構(gòu)成的循環(huán)過程。它是 1824 年 作理論研究時提出的?？ㄖZ假設(shè)工作物質(zhì)只與兩個恒溫熱源交換熱量，沒有散熱、漏氣等損耗。為使過程是準靜態(tài)過程，工作物質(zhì)從高溫熱源吸熱應是無溫度差的等溫膨脹過程，同樣，向低溫熱源放熱應是等溫壓縮過程。因限制只與3兩熱源交換熱量，脫離熱源后只能是絕熱過程，①在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間工作的一切可逆熱機的效率都相等，與工作物質(zhì)無關(guān)，其中TT2 分別是高溫和低溫熱源的絕對溫度。② 在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間工作的一切不可逆熱機的效率不可能大于可逆卡諾熱機的效率。可逆和不可逆熱機分別經(jīng)歷可逆和不可逆的循環(huán)過程）利用水循環(huán)把地下水中的熱能收集起來,再進行能量轉(zhuǎn)換。再利用熱泵原理（熱 泵 實 質(zhì) 上 是 一 種 熱 量 提升 裝 置 ， 熱 泵 的 作 用 是 從 周 圍 環(huán) 境 中 吸 取 熱 量 ， 并 把 它 傳 遞 給 被 加 熱 的 對 象 ，其 工 作 原 理 與 制 冷 機 相 同 ）通過少量的電能輸入,實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移，利用水源熱泵機組代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制冷機組和鍋爐,以水為儲存和提取能量的基本介質(zhì),借助壓縮機系統(tǒng),消耗少量電能,在夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水中。冬季則從水源中提取熱量,以達到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的目的。同時設(shè)計中利用太陽能發(fā)電來提供水空調(diào)所需電能,是空調(diào)行業(yè)的創(chuàng)新。該機組設(shè)計合理，運行穩(wěn)定可靠，制冷制熱效率高，運行的可靠性和穩(wěn)定性強，該機組最大優(yōu)點是：高效、節(jié)能、經(jīng)濟、環(huán)保、運輸、安裝、維修極為方便,更加高的取曖比。 特點（1）高效 一般空調(diào)對著空氣換熱稱為風冷熱泵，缺點在于天氣炎熱或者寒冷最需要冷量或熱量時效率反而下降。地溫一年四季基本恒定在 16℃左右，略高于該地區(qū)平均溫度 1 到 2 度，使得熱泵無論在制冷或制熱工況中均處于高效率點，1kw 的能量可供 6080 平方米的建筑采暖、制冷。（2）耗電省 冬季運行時，COP 約為 ，即投入 1KW 電能，可得到4KW 的熱能，夏季運行時，COP 可達 ，投入 1KW 電能，可得到 5KW 的冷量，能源利用效率為電采暖方式的 34 倍；并且熱交換器不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜的用電能耗。 （3）節(jié)省占地面積 省去了冷卻塔、鍋爐及與之配套的煤棚和渣場，節(jié)省了土地資源，產(chǎn)生附加經(jīng)濟效益，并改善了建筑物的外部形象。（4）經(jīng)濟 初投入低于其它中央空調(diào)機組，運行費用僅為其它型式空調(diào)機組的 50%左右。 （5）可靠性高、壽命長 無故障運轉(zhuǎn)時間５萬小時，使用壽命 20－30 年。（6）環(huán)保 使用過程中不釋放任何對環(huán)境有害的排泄物，井水回灌，不破壞水資源。 （7）安全 不存在任何爆炸和燃燒的隱患，使用方便，適用面廣，既可用于中草藥小區(qū)域取暖制冷，又可多機組合用于建筑群體。 4（8）舒適 適度除室內(nèi)濕度不過分干燥,而且相對濕度應該始終保持在 60%左右人體最舒適水平，這樣就克服了井水空調(diào)過分潮濕和氟利昂空調(diào)過分干燥的缺陷。 （9）健康 空氣凈化能力強，不斷產(chǎn)生負離子，室溫柔和清涼爽快森林般自然環(huán)境不生空調(diào)病。 （10）高效 采用氣水分離技術(shù)提高水的密度提高水溫傳導效率，結(jié)合特制的蒸發(fā)器充分利用天然冷氣，空調(diào)出風溫度接近于水溫，同等水溫條件下比用一般水溫空調(diào)明顯降低 35℃。（11）一機多用 地源熱泵系統(tǒng)可供暖，空調(diào)，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。 （12）可再生 土壤有較好的蓄熱性能冬季通過熱泵將大地淺層的低位熱能提高對建筑供暖，同時蓄存冷量，以備夏用；夏季通過熱泵將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下對建筑進行降溫，同時蓄存熱量，以備冬用，保證大地熱量的平衡。（13）可分區(qū)控制 中央空調(diào)享受的檔次，又可達到單體空調(diào)局部控制的效果，不存在“ 大馬拉小車”。 設(shè)計選型要求 工程設(shè)計要求機房可選地下室、地面、樓層中、屋頂，但以地面為最佳。 機組基礎(chǔ)設(shè)計可按土建靜負荷加 10%考慮。 機組組合間距螺桿為 14001800mm，其余為 600800mm。機房應保證通風良好。機房應設(shè)排水，機組周邊設(shè)置排水溝，溝上設(shè)金屬篦子，地下室機房應設(shè)置集水坑和潛水泵，實現(xiàn)自動排水。 水系統(tǒng)設(shè)計要求機組冷凍水，冷卻水入口必須設(shè)過濾器。機組冷凍水，冷卻水出口和入口中必須設(shè)置減振接頭，各水泵進出口必須設(shè)減振接頭。管道閥門設(shè)置位置應考慮操作，拆卸方便。 管道最低處應設(shè)排水裝置，最高處應設(shè)自動排氣裝置。機組接管附近應設(shè)壓力表和溫度計。 電氣控制要求機房內(nèi)電氣專業(yè)的設(shè)計施工，應按照國家有關(guān)規(guī)定進行。513信信信信信信R1100KVR11KG S4069UB 4069C1100uFR3R41K R81KG SR510K4069F1 12VC4100uF1A12VK220V4069123VCC78121K68uF68uF12V機組本身帶控制柜，實行智能控制。機組及電機均應有可靠接地。注：若需提供衛(wèi)生熱水，應特別說明。 太陽能－電能轉(zhuǎn)化技術(shù)研究太陽能轉(zhuǎn)化為電能有2種主要途徑:一種是通過光電裝置將太陽光直接轉(zhuǎn)化為電能,即“太陽光發(fā)電 ”,常稱為 “光伏發(fā)電”。另一種是收集太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能, 即“太陽熱發(fā)電 ”。本文設(shè)計中所使用的太陽能 —電能轉(zhuǎn)化裝置是光伏發(fā)電與光熱發(fā)電技術(shù)相結(jié)合來實現(xiàn)的。 光伏發(fā)電技術(shù)(1)發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成部分及工作原理太陽輻射的光子帶有能量,當光子照射半導體材料時,光能便轉(zhuǎn)換為電能,這個現(xiàn)象叫“光伏效應 ”。太陽能光伏發(fā)電 ,光 伏 發(fā) 電 是 利 用 半 導 體 界 面 的 光 生 伏特 效 應 而 將 光 能 直 接 轉(zhuǎn) 變 為 電 能 的 一 種 技 術(shù) 。 這 種 技 術(shù) 的 關(guān) 鍵 元 件 是 太 陽 能電 池 。 太 陽 能 電 池 經(jīng) 過 串 聯(lián) 后 進 行 封 裝 保 護 可 形 成 大 面 積 的 太 陽 電 池 組 件 ，再 配 合 上 功 率 控 制 器 等 部 件 就 形 成 了 光 伏 發(fā) 電 裝 置 。 其 電 路 圖 如 圖 1所 示 ，圖 1 光 伏 發(fā) 電 系 統(tǒng) 主 電 路 圖光 伏 發(fā) 電 是 根 據(jù) 光 生 伏 特 效 應 原 理 ,利 用 太 陽 能 電 池 將 太 陽 光 能 直 接 轉(zhuǎn)化 為 電 能 。 發(fā)出的直流電采用蓄電池組儲存,使用時經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化為交流電送給用戶。它 們 主 要 由 電 子 元 器 件 構(gòu) 成 ， 不 涉 及 機 械 部 件 。 太 陽 能 光 伏 發(fā) 電 的 最基 本 元 件 是 太 陽 能 電 池 （ 片 ） 。 目 前 ， 單 晶 硅 和 多 晶 硅 電 池 用 量 最 大 ， 非 晶硅 電 池 用 于 一 些 小 系 統(tǒng) 和 計 算 器 輔 助 電 源 等 。 所 以 ,光 伏 發(fā) 電 設(shè) 備 極 為 精 煉 ,可靠 穩(wěn) 定 壽 命 長 、 安 裝 維 護 簡 便 。 光 伏 發(fā) 電 系 統(tǒng) 是 由 太 陽 能 電 池 方 陣 ， 蓄 電 池組 ， 充 放 電 控 制 器 ， 逆 變 器 ， 交 流 配 電 柜 ， 太 陽 跟 蹤 控 制 系 統(tǒng) 等 設(shè) 備 組 成其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖2，6圖2 光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1)太陽能電池是光伏發(fā)電的核心部件,能夠?qū)⒐饽苤苯愚D(zhuǎn)化為電能,發(fā)電時常將太陽能電池組件按一定方式排列成方陣,提高太陽能利用效率。太 陽 電 池 是 一對 光 有 響 應 并 能 將 光 能 轉(zhuǎn) 換 成 電 力 的 器 件 。 太 陽 能 光 伏 發(fā) 電 的 最 基 本 元 件是 太 陽 能 電 池 （ 片 ） ， 有 單 晶 硅 、 多 晶 硅 、 非 晶 硅 和 薄 膜 電 池 等 。 目 前 ， 單晶 硅 和 多 晶 硅 電 池 用 量 最 大 ， 非 晶 硅 電 池 用 于 一 些 小 系 統(tǒng) 和 計 算 器 輔 助 電 源等 。 它 們 的 發(fā) 電 原 理 基 本 相 同 ， 現(xiàn) 以 晶 體 為 例 描 述 光 發(fā) 電 過 程 。 P 型 晶 體硅 經(jīng) 過 摻 雜 磷 可 得 N 型 硅 ， 形 成 P－ N 結(jié) 。 當 光 線 照 射 太 陽 電 池 表 面 時 ，一 部 分 光 子 被 硅 材 料 吸 收 ； 光 子 的 能 量 傳 遞 給 了 硅 原 子 ， 使 電 子 發(fā) 生 了 越 遷， 成 為 自 由 電 子 在 PN 結(jié) 兩 側(cè) 集 聚 形 成 了 電 位 差 ， 當 外 部 接 通 電 路 時 ， 在 該電 壓 的 作 用 下 ， 將 會 有 電 流 流 過 外 部 電 路 產(chǎn) 生 一 定 的 輸 出 功 率 。 這 個 過 程 的的 實 質(zhì) 是 ： 光 子 能 量 轉(zhuǎn) 換 成 電 能 的 過 程 。 目前應用較廣的太陽能電池有單晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜 3 種,轉(zhuǎn)換效率最高達到 20%左右, 具體數(shù)據(jù)