基于槽式集热回路的太阳能空调系统设计

摘 要：为解决用户冬季供暖和夏季供冷的需求，本文提出基于槽式集热回路的太阳能空调系统，采用槽式聚光集热器通过换热系统及溴化锂机组等设备实现供暖或供冷，介绍了系统设计原则，阐述了设计思想，对系统在冬季和夏季的运行工况进行了分析。本文的工作可为槽式太阳能集热技术的推广应用提供参考和借鉴。

关键词：槽式集热;太阳能;空调系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.051

太阳能热利用在中高温领域有多种技术形式，与线性菲涅尔、塔式、碟式太阳能热利用技术相比，槽式太阳能集热技术是目前世界上更成熟的、更易实现大规模商业化运行的太阳能热利用技术[1]。其优势在于聚光倍率适中、系统结构紧凑，其太阳能热辐射收集装置的占地面积比线性菲涅尔、塔式和碟式系统要减小30%～50%[2]。槽式聚光集热器制造所需的构件不多，容易实现标准化，适合批量生产，制造成本较低[3]。本文设计了一种以太阳能为基础热源的基于槽式集热回路的空调系统，可解决用户冬季供暖和夏季供冷的需求。

1 项目背景及设计原则

本项目建设地址位于辽宁省沈阳市某建筑屋顶，屋顶可利用面积3000m2，需要空调供暖和制冷的建筑面积为5000m2，当地平均日辐照量4.65kwh/m2，建筑热负荷指标60w/m2，总负荷300kw。系统设计原则如下：

（1）为更高效利用太阳能资源，提升热源温度，采用基于槽式抛物面反射镜的聚光光热技术;

（2）根据热负荷和屋顶可用面积确定槽式聚光集热模块数量;

（3）根据当地日射条件，结合槽式聚光集热模块的技术特性，确定系统总集热量，进而对冷热源设备进行选型;

（4）根据太阳能热源特性，制冷设备选用热水型溴化锂吸收式冷水机组，供热则直接利用换热器进行换热;

（5）在满足用户使用要求的前提下，优化系统配置与运行策略，控制投资规模在预定范围内。

2 槽式集热系统的设计

槽式集热系统原理如图1所示，通过太阳能槽式集热器采集太阳能，将导热油加热，热能采集在油系统内完成，导热油由循环泵强制循环，在太阳能集槽式热器内被加热升温，而在换热器内放热而降温。为实现对太阳能利用的最大化，在系统加装储水箱，以保存过剩的热能，并使系统供热持续稳定。本方案设计由太阳能集热系统+溴化锂机组+电辅助设备有效结合，以满足客户对采暖和制冷的需求。

每块集热器集热面积为15m2，根据系统的日总耗热量理论上需安装40块集热器。考虑到夏天制冷過程溴化锂机组的损耗，需要将集热功率多预留20%。此外应多备用一部分热量存储至保温水箱中以备阴天使用，还需多预留20%。所以共需安装56块集热器，集热器占地面积2200m2，考虑维修安装通道、蓄热水箱、溴化锂机组的占地面积，3000m2安装面积可满足工程需要。

沈阳地区采暖周期150天，每天采暖时间为8小时（实际采暖时间为9小时，因为考虑下班前1小时可以利用余热，所以采暖时间只按8小时计算），冬季采暖时间为1200小时，沈阳地区冬季采暖有效日照小时为889小时，则使用备用能源的时间为311小时。备用能源采用电加热方式，将电加热器安装在集水器中，电加热器功率300KW，按照311小时计算电加热器在采暖周期内的用电量为93300度。

3 槽式集热系统运行工况分析

本系统以太阳能为基础热源，通过储水箱的缓冲，可满足用户的供热和供冷需求，整体上形成了一个“单源多汇”型供能结构。根据季节不同，系统可选择不同运行工况，以使热量得到合理、高效利用。

冬季供暖工况：在该工况下，水在换热器内吸热成为高温热水，由水泵输送到用户末端，低温的热水由水泵输送到换热器被再加热。从储水箱出来的热水通过换热器直接对从集水器中返回的回水进行加热，达到设定温度（45℃）后再进入分水器中，满足用户供暖需求。

夏季供冷工况：在该工况下，从储水箱出来的热水通过换热器制备温度为90℃的热水送入溴化锂吸收式冷热机组的发生器中，加热从吸收器中抽出的溴化锂稀溶液，使其浓缩成浓溶液，同时产生高温冷剂蒸汽。吸收器产生的高温冷剂蒸汽进入冷凝器，被冷却水冷凝成冷剂水，热量被冷却塔带走。冷剂水进入蒸发器，吸收冷水热量而沸腾蒸发，产生冷剂蒸汽进入吸收器，被送回到吸收器中的浓溶液吸收，生成温度为7℃的冷水送入分水器中，满足用户供冷需求。

4 结语

本项目开发了具有自主知识产权的槽式集热回路空调技术，作为槽式太阳能集热系统关键技术研究与示范项目，可为国内建设大型槽式太阳能系统创造条件并提供技术支持，推动了我国太阳能光热应用领域技术的发展。

参考文献：

[1]郝梦琳，杨宾，高丽媛等.槽式太阳能供热光伏系统集热器集热性能的实验研究[J].可再生能源，2019，37（04）：521-524.

[2]钱旺，王振华，马赛等.槽式太阳能集热系统集热性能试验研究[J].农业机械学报，2018，49（11）：320-326.

[3]牛高云，郭锋，刘杨.槽式太阳能储热采暖系统设计[J].能源研究与管理，2018（02）：63-66.

作者简介：韩健（1982-），男，辽宁沈阳人，硕士，主要研究方向：新能源开发与应用。