集群式太阳能供热制冷装置的研究及应用

mideas · 发表于 2008-6-24 16:06:18

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普通太阳热水器大多采用真空管作为吸热装置，在太阳日照强度较大的夏季，能够达到较好的效果，而在日照强度较小的其它季节，其应用效果则大打折扣。集群式太阳能供热制冷装置的集热装置分别采用热超导太阳能集热管或太阳能空气湖泊热泵，使其在一年四季均可达到良好的吸热效果。为太阳能供热制冷装置的应用打下了坚定的基础。下面将热超导太阳能集热管和太阳能空气源热泵分别作一介绍。

一、热超导太阳能集热管

１９１１年，荷兰物理学家卡藏林—昂纳斯意外地发现，将汞冷却到零下２６８．９８℃时，汞的电阻突然消失。后来他发现许多金属、合金、化合物都具有类似的在－２７３．１５℃左右失去电阻的特性，这种在特定状态下电阻趋近于零的特殊导电性被科学家称为“超导”。这一发现的伟大意义已被日后近百年的科技实践所验证。以后二十世纪六十年代　，科学家们在热物理方面也有了在特定状态下物体热阻趋近于零的重大发现，就沿用了电学上的“超导”概念，称其为“热超导”或“超导温”技术。其原理是在封闭的物体内加入特制的化学物质，在一端受热的情况下，热量以声速向低温端传递。

“热超导”技术最初应用在宇航、军工等行业，上世纪八十年代以后开始应用于化工、电子电器等行业，如电子电器散热、计算机ＣＰＵ散热、大型空气预热器、高温热管换热器、高温高压化学反应器等。这一技术彻底改变了人们的传、散热器的设计思路，开辟了传、散热行业的新天地。

热传导技术是利用ＣＷＤ作为热载子进行热能量传输的高科技发明，它与常规热管技术不同，不存在介质液气相变传递汽化潜热，不受温度和循环相变速度的影响，热损小，寿命长。传热物是一种无毒、无害、无燃、无辐射、无污染、结构稳定、安全可靠的微纳米热载子，它在摄氏－４０度至＋２２０度被激活产生高速热震荡，伴随物化作用，将热能通过热交换系统迅速传到人们所需要的地方。其传热速度为音速，传热热阻趋于零，传热效率大于９８％，传热量是当量银的８０００倍，是目前人们所知道的单位面积传热量最大、传热效率最高、传热速度最快、热流密度及方向最易控制、等温性、恒温性、热敏性最好、环境适当性最高、不需要任何外加动力、可进行远距离热量传输的最有效的传热设备或部件。经使用测试，用该热传导技术所制造的产品可节能煤、气、电、油及其它热能　５０％左右，环保效果十分明显。该技术适用性强，应用范围广泛，与传统的热传输设备、部件相比可节约材料３０％，使用寿命在１２年以上，且安全可靠，产品性能稳定，技术含金量很高。
相关技术参数：
导热系数：水的103倍
热导率：当量银的30000倍
导热效率：>98%
导热密度：600～2000w/cm2
导热长度：>70m
等温性：φ３００范围＜１Ｋ
      φ２０×１０００＜２ｋ
热阻：接近于０
导热速度：当量铜的１５００倍，＞８００ｍｍ／ｓ
轴向温差：＜１ｋ／ｍ
热损：＜１％
工作温度：－４０～２２００℃
噪声：＜３ｄｂ
寿命：＞１２年
  热超导真空管是在普通真空管中加入超导热管，这样在真空管中不存水，从而彻底防止了真空管中水的结垢和真空管“炸管”现象的发生。热超导真空管在太阳辐照强度达到１２ＭＪ以上的晴天，超导热管的温度可达到２００℃以上，即使在阴雨天，超导热管的温度仍然可达６０℃以上。从而为太阳能采暖和制冷提供了先决条件。
二、太阳能空气源热泵
太阳能空气源热泵是由压缩机－水侧换热器－节流器－空气侧热交换器等装置构成。热媒也可称冷媒　在压缩机的作用下，在热泵系统内循环流动。它在压缩机内完成气态的升压升温过程温度高达１００℃　，高温高压热媒气体进入水交换器后被冷凝成为液体，同时释放出潜热，通过水侧热交换器加热水，当热媒流经节流器后，热媒压力被降至热媒饱和温度低于当时环境温度时的压力，热媒经空气热交换器吸收空气中热量后，液态迅速蒸发再次转化为气态，这样空气热交换器周围的空气就会源源不断地将低温热量传递给热媒。热媒不断地循环实现了空气中的低温热量转化为高温热量并加热水。
太阳能空气源热泵的主要性能特点：
ａ、高效节能  采用环保型高温热媒，产热水量温度可达６５℃，热效率高，冬季可达２５０％以上，夏季最高可达１０００％，与普通电加热相比，节能可高达８０％以上，如将冷量综合利用，节能可高达９０％－９５％以上。与城市管道煤气比较节能５０％以上，与燃油热水锅炉比节省费用５０％以上。
ｂ、环保  系统运行过程中，不但无任何有害气体、液体和燃烧废弃物产生和排放，而且可有效地遏止和减少全球环境温度升高，是一种低能耗的环保产品，具有良好的社会效益和经济效益。
ｃ、使用环境  从－１５℃～５０℃，一年四季，无论是白天夜晚，还是阴天雨天，系统均可正常运行，不受环境影响，无需另外辅助加热。
ｄ、自动控制  根据用户的需求，制热、供热水、补冷水、回水、水温调节、供水时间、安全保护、冬季除霜等全部采用微电脑全自动智能化控制，免人管理操作。
ｅ、占地面积小  系统占地面积小，可放置于楼顶、室内及其它场所。
ｆ、寿命长  精心设计的压缩机内装有多种保护装置，既提高了安全性能，又降低了震动和噪音。另外，特别设计的马达与排风固定方式，使马达、线圈和轴承不受雨水浸蚀，有效地延长了设备的使用寿命。
三、吸收式制冷机
吸收式制冷机共包括蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器、换热器、泵和其它附件等。冷剂在蒸发器内蒸发，从而制出冷水，可用于中央空调制冷。在蒸发器中产生的制冷剂蒸气在吸收器中被液态溴化锂吸收，这使溶液变稀，由泵打入换热器，温度升高，然后打入发生器，被热水进一步加热而升温。溶液通过换热器返回吸收器，重复使用。发生器中产生的制冷剂流向冷凝器，于其中液化后进入蒸发器，重复使用。这样就使得太阳能或其它方式产生的热水转化为空调制冷所需的冷水。
结论  集群式太阳能供热制冷装置通过上述设备将太阳的光能首先转化为热能，使用太阳能再加上辅助加热方式，可直接用于采暖或制取热水。在夏天通过吸收式制冷机可将热水转化为冷水，从而实现空调制冷。通过这样的方式实现太阳能冬季采暖、夏季制冷，一年四季制取热水，达到环保、节能的效果。由于整个系统采用微电脑自动控制，无需专人职守，可大大节约劳动力，并使整个系统操作方便可靠，为太阳能的使用开拓了一个新的领域。
文杨向民
陕西科林科技发展有限公司
电话：029-88216716

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