【正文】 1太陽能冷暖空調設計方案1 緒論目前市場上的空調器種類繁多，但社會上使用的空調系統(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 調的運行原理: 這項高新技術根據可逆卡諾循環(huán)原理，利用地溫能源，冬天采用 熱泵 技術原理，通 過熱交換將地下水或土壤中的熱量提出用于室內采暖，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 調利用地源熱泵技術,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。夏季室內溫度控制在 18～22 攝氏度以下, 在冬季可以用太陽能產生的熱量使室溫保持在 16～20 攝氏度,是集制冷、供暖 為一體的經濟型中央空 調。太陽能冷暖空調是利用先進的超導傳熱貯能技術，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 輸出端與室內冷暖分散系統(tǒng)相連接。所有的連接設備，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)保產品。設計 中采用太陽能發(fā)電 來為太陽能冷暖空調提供所需的高品位 電能,是空調行業(yè)的創(chuàng)新,隨著人們對環(huán)境的重視。經過近十幾年來 ,科學家的不斷探索,太陽能發(fā)電技術已經趨于成熟, 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Γ锰柲馨l(fā)電來滿足空調所需電能,對我國能源的合理利用有著重要的意 義。地源熱泵技術在空調行業(yè)的應用,將大大緩解我國能源短缺問題。據統(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2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濟持續(xù)每年增長 8％～9％，就必須重視節(jié)能技術和節(jié)能產品的開發(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所指出，地源熱泵技術由于熱泵僅僅用來傳輸熱量，而不是產生熱量，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，地源熱泵技術是一項環(huán)保性技術。分析和 調查表明，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,這項技術和沼氣發(fā)電技術在空調行業(yè)的聯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 設計要求系統(tǒng)的具體設計要求為：（1）設計出能利用太陽能轉換成電能的設備來帶動地溫空調。（2）利用水循環(huán)把地下水中的熱能收集起來,進行能量轉換,進行制冷、供暖。（3）解決回灌井回灌效果不好（堵塞）問題。（4）解決水井管網排污、清洗管路中雜質問題。（5）解決回灌水從井中溢出問題?；谏鲜鲆? 所設計的系 統(tǒng)必須有以下結構模 塊：光能－電能轉化單元,能量收集及其轉化單元,常見問題的優(yōu)化單元。3 冷暖地溫空調工作原理及其設計與研究 設計原理及其特點 設計原理地溫中央空調采用逆卡諾循環(huán)原理, （該原理是由兩個絕熱過程和兩個等溫過程構成的循環(huán)過程。它是 1824 年 理論研究時提出的?？ㄖZ假 設工作物質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，與工作物質無關，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?？赡婧筒豢赡鏌釞C分別經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3行能量轉換。再利用熱泵原理（熱 泵 實 質 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,實現低位熱能向高位熱能轉移，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,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移到水中。冬季則從水源中提取熱量,以達到調節(jié)室內溫度的目的。同時設計中利用太陽能發(fā)電來提供水空調所需電能,是空調行業(yè)的創(chuàng)新。該機組設計合理，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， 產生附加經濟效益，并改善了建筑物的外部形象。（4）經濟 初投入低于其它中央空調機組，運行費用僅為其它型式空調機組的 50%左右。 （5）可靠性高、壽命長 無故障運轉時間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。 （8）舒適 適度除室內濕度不過分干燥,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過分潮濕和氟利昂空調過分干燥的缺陷。 （9）健康 空氣凈化能力強，不斷產生負離子，室溫柔和清涼爽快森林般自然環(huán)境不生空調病。 （10）高效 采用氣水分離技術提高水的密度提高水溫傳導效率，結合特制的蒸發(fā)器充分利用天然冷氣，空 調出風溫度接近于水溫，同等水溫條件下比用一般4水溫空調明顯降低 35℃。（11）一機多用 地源熱泵系統(tǒng)可供暖，空調， 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的熱量轉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 中央空調享受的檔次，又可達到單體空調局部控制的效果，不存在“大馬 拉小車” 。 設計選型要求 工程設計要求機房可選地下室、地面、樓 層中、屋 頂，但以地面為最佳。 機組基礎設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。機房應設排水，機組周邊設置排水溝，溝上 設金屬篦子，地下室機房應設置集水坑和潛水泵，實現自 動排水。 水系統(tǒng)設計要求機組冷凍水，冷卻水入口必須設過濾器。機組冷凍水，冷卻水出口和入口中必 須設置減振接頭，各水 泵進出口必須設減振接頭。管道閥門設置位置應考慮操作，拆卸方便。 管道最低處應設排水裝置，最高處應設自動排氣裝置。機組接管附近應設壓力表和溫度計。 電氣控制要求機房內電氣專業(yè)的設計施工， 應按照國家有關規(guī)定進行。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－電能轉化技術研究太陽能轉化為電能有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化為電能, 513信信信信信信R1100KVR11KG S4069UB 4069C1100uFR3R41K R81KG SR510K4069F1 12VC4100uF1A12VK220V4069123VCC78121K68uF68uF12V即“太陽熱發(fā)電 ”。本文設計中所使用的太陽能—電能轉化裝置是光伏發(fā)電與光熱發(fā)電技術相結合來實現的。 光伏發(fā)電技術(1)發(fā)電系統(tǒng)構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,光能便轉換為電能,這個現象叫“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 變 為 電 能 的 一 種 技 術 。這 種 技 術 的 關 鍵 元 件 是 太 陽能 電 池 。太 陽 能 電 池 經 過 串 聯 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 光 生 伏 特 效 應 原 理 ,利 用 太 陽 能 電 池 將 太 陽 光 能 直 接 轉化 為 電 能 。發(fā)出的直流電 采用蓄電池組儲存,使用時經逆變器轉化為交流電送給用戶。它 們 主 要 由 電 子 元 器 件 構 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 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 備 組 成 其系統(tǒng)結構如下圖2，6圖2 光伏發(fā)電系統(tǒng)結構1)太陽能 電池是光伏發(fā)電的核心部件,能夠將光能直接轉化為電能,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 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 以 晶 體 為 例 描 述 光 發(fā) 電 過 程 。P 型 晶 體 硅經 過 摻 雜 磷 可 得 N 型 硅 ，形 成 P－ N 結 。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 兩 側 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 生 一 定 的 輸 出 功 率 。這 個 過 程 的 的實 質 是 ：光 子 能 量 轉 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,轉換效率最高達到