谈太阳能在暖通空调中的应用

袁涛

摘要：随着我国经济的不断发展，各地高楼大厦越来越频繁修建，暖通空调作为大厦的重要组成部分也越来越得到重视。太阳能作为可再生资源，在暖通空调中的应用也是日趋广泛。本文从太阳能在暖通空调中的3个应用出发，简要分析了太阳能采暖及制冷的优缺点，并根据太阳能通风烟囱形式的不同，指出影响通风量的主要因素，以期能为所需者提供借鉴。

关键词：暖通空调；太阳能；应用

中图分类号：TB657文献标识码： A

随着全球石化能源利用的加剧，资源的紧张程度已经到了不可小觑的地步，不少国家都加大了对新能源的开发利用。与此同时，太阳能作为一种无污染的、新型环保节能能源，日益为大众所接受。对于太阳能的开发利用，全世界都在研究。在现代建筑中，其能耗的60%左右都是用在了暖通空调系统当中，此时，如果可以把太阳能引用到暖通空调领域，那么建筑耗能无疑会有明显的下降，更好地促进建筑节能的发展。就现在的太阳能在暖通空调中的应用，主要是在采暖、通风、空调制冷等方面。

一、太阳能采暖

1、主动式太阳能采暖

作为太阳能利用较为早期的方式，主动式太阳能采暖是通过太阳能集热器与载热介质，利用蓄存及设备将太阳能传送向室内进行供热，主动式太阳能采暖相对的是被动式太阳能采暖。主动式太阳能采暖包含了太阳能集热器、传递设备、储热装置、控制部件与备用系统等组成部分。集热器吸收太阳辐射使集热器内的载热介质如水或空气的温度升高，并由水泵或风机传送至储热装置内，根据控制温度经过热交换器或直接送至散热装置向室内供热，并有备用系统为阴天及供热不足时使用。另外，太阳能集热器还可以和地板辐射采暖结合，用集热器内的水作为地板辐射采暖供水。

2、被动式太阳能采暖

被动式太阳能采暖是现在科技界正在大力研发的内容，其结合建筑的具体朝向以及周边环境的布局走向，巧妙地处理建筑内部空间以及外部形体，合理恰当的选择建筑结构和材料，让建筑物可以在冬季采集、贮存和分配太阳能，进而更好地解决采暖问题，在夏季又能遮蔽太阳辐射，散逸室内热量，从而进行降温，达到冬暖夏凉的效果。被动式太阳能采暖的一个典型应用就是被动式太阳房。它是在墙体的外面装一个玻璃墙面，让太阳光通过玻璃透射到重质墙体涂黑的吸热表面上，使墙表面温度升高，墙体同时进行蓄热。在冬季室内需要供热时，玻璃和墙体之间的热空气通过自然对流送入房间，而室内冷空气经墙下通风口进入玻璃和墙体间的夹层被加热，形成自然循环；当太阳停止照射后，则可利用重质墙体所存储的热量，继续加热空气，从而最大限度地利用太阳能。但是，自由运行的被动式太阳房的室温常常不能维持在所要求的采暖温度。因为从傍晚到夜间，白天存储的太阳辐射热量慢慢地向室内释放，傍晚时释放的热量较多；到了深夜，释放的能量就越来越少。因此，从子夜到黎明时分，室温会逐渐下降，而室温的波动，将给人以不舒适感。因此，现代的被动式太阳房均备有辅助能源，如小锅炉或电热器等，供夜间和阴雨天使用。这在一定程度上增加了初投资，但用于被动式太阳房的辅助能源的消耗量比用常规采暖的能源消耗量要少得多，可节省大量的运行费用。

二、太阳能制冷

通过太阳能进行制冷主要有两种方法：一种是通过光电转换器来达到光电的转换，用电来制冷；另一种是使用太阳能集热器来实现光热转换，以热制冷。前者太阳能转为电能再制冷，成本高。因此，现在科技界对太阳能热制冷，主要有吸附式制冷、吸收式制冷及喷射式制冷。

1、吸收式制冷

溴化锂吸收式制冷可以说是吸收式制冷当中最具有代表性的方式，其将沸点较低的水作为制冷剂，而溴化锂因其沸点较高而作吸收剂，太阳能则是吸收式制冷中加热溶液带来高压蒸汽的热源部分使用。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入蒸发器，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入吸收器，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、吸附式制冷

太阳能吸附式制冷则是通过太阳能在吸附材料再生活化中进行应用，其主要包含了吸附发生器、太阳能集热板、冷凝器和蒸发器。此种方式通过太阳能加热来吸附发生器，从而让被吸附的气态制冷剂能够不断地受热而解析，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、喷射式制冷

太阳能喷射式制冷的方式则是通过太阳能集热器加热制冷剂，以此来达到某一压力蒸汽，随后，制冷剂蒸汽再经由喷嘴喷射而制冷。不论是在冬天还是夏天，太阳能制冷系统都可充分利用太阳能，利用率高，且制冷系统设计简单，方便控制，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。

三、太阳能通风烟囱

Trombe墙体式

Trombe 墙体式太阳能通风烟囱通风量受到诸如空气通道宽度、太阳辐射强度、烟囱进出口宽度及烟囱高等的影响。同时，在这么多因素中，对通风量影响最大的就是空气通道宽度，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

与 Trombe 墙体式太阳能烟囱相比，竖直集热板屋顶式太阳能烟囱有着自己明显的不同之处，其空气通道宽与进出口尺寸相同，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

此类型太阳能烟囱通风量随空气进出口宽喝通道宽增大而增大，不存在最佳的空气通道宽度问题。

对比以上3 种典型太阳能烟囱，我们看到，前两种太阳能烟囱均有空气通道宽和烟囱高最佳关系比，其对室内通风量大小影响较大，需要设计者格外注意。同时，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。

现在对于太阳能烟囱改善居住环境主要集中在集热墙体和玻璃窗距离及进口面积上，通常是需要经过实验研究和理论模拟得到最大气体流速条件下对应的结构参数。如果烟囱宽度过大，在通道中心存在空气回流。如果间隔距离在 0.2～0.3m 时气体的质量流速最大；间隔距离低于 0.1m 时，进口面积对质量流速无影响；间隔距离升至0.3～0.5m 时，若面积增大，气体流速也随之增大。同时，流速还随着表面温度的增加而增大。

四、结论

太阳能在暖通空调中的应用很好的缓解了全球能源紧张和气候变暖的现象，成为全世界理想的能源利用替代品。进一步加大太阳能在暖通空调领域的应用力度，更好地推动和谐建筑、低能耗建筑的发展，促进社会的可持续前进。

参考文献：

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