新型太阳能复合超导冷暖空调

新型太阳能复合超导冷暖空调在供暖时以太阳能和可再生生物质燃料为主要能源，是一种真正的绿色供暖方式。制冷时，利用少量电能利用地源的低温，采用超导能量传输系统直接制冷，达到最合理、最节能的制冷效果。传统的空气冷却器无法消除不良的副作用——长期消耗大量能源、能源利用效率低和全球变暖加速。如果人们能够成功地利用阳光给他们的家或办公室降温——它不会消耗大量难以再生的能量，也不会在降温过程中释放太多的二氧化碳。

背景

在全球变暖的环境下，太阳能作为新能源的杰出代表，受到了世界各国的青睐。在低碳节能的趋势下，以光热技术为基础的太阳能已经应用到各个行业，并不断改善能源结构。随着国家对太阳能产业的政策支持，各种利用太阳能技术的制造和应用领域不断涌现，商机无限，一系列太阳能产品逐渐走进人们的生活。如今，各大厂商纷纷推出太阳能空调，使得太阳能空调这种被广泛认为前景广阔但短期内难以上市的新型空调再次引起业界的关注。

在炎热的夏季，空调的耗电量几乎占整个电力系统耗电量的三分之一，这也是电力系统在夏季不堪重负的原因之一。因此，太阳能空调从一开始就有很大的吸引力。利用太阳能制冷的原理与一般的电制冷相同，但所用的能量不同，从而带来一些结构上的变化。太阳能制冷的方法有很多，如压缩制冷、蒸汽喷射制冷、吸收制冷等。

一般太阳能热利用项目，如供暖和热水，在需求方面与太阳能供应不完全一致:当天气更冷，人们需要更多的温暖时，太阳能供应往往不足。从这个角度来看，太阳能空调的应用是最合理的:当太阳辐射越强，天气越热，我们需要的空调负荷就越大。这是太阳能空调应用最有利的客观因素。

目前，太阳能空调技术有很多种，主要有吸收式制冷和光电转换电能驱动制冷。较为成熟的技术是溴化锂吸收式制冷的水质技术，该技术已在一些示范工程中得到应用，并取得了令人满意的效果。由于太阳能空调技术种类繁多，成熟度不同，太阳能空调产业化进程缓慢。然而，不可否认的是，随着能源政策向清洁能源的倾斜，太阳能空调的普及前景无限光明。投资太阳能空调项目并占领早期市场将是工业扩张的战略决策。

科学研究成果

该系统的核心是一个名为舒基的电机，它可以将阳光转化为冷空气。在冷却过程中，这种电机的价格仅为每千瓦时5美分，而传统空调的价格为每千瓦时114美分。热动力公司的老板沃尔克·伯格霍尔特说:“这种设备不使用任何电子元件，几乎没有任何元件。”他形容该设备“极其简单”它只需要两个引擎结合太阳能电池板就能产生冷空气。太阳能电池板产生的蒸汽被助推器转化成机械能，然后用来驱动冷却器。冷却器吸收室内湿热的空气。在压缩和膨胀之后，热空气被冷却到大约20摄氏度，以冷却房间。

这种设备的最大优点是，当太阳最热的时候，人们最需要制冷，太阳的光能越多，收集和利用大量的能量就越容易。互补关系能更好地满足消费者的需求。Thermodyna计划在2010年向市场推出第一批太阳能冰箱。

工作原理

太阳能空调系统考虑了加热和冷却的应用。综合办公楼、招待所、学校、医院、游泳池、水产养殖、家庭等。是理想的应用程序对象。冬季甚至全年都需要供暖，如家用热水、供暖、游泳池水来补充热量和调节温度，而夏季则需要寒冷的世界。太阳能热水制冷是一种*空调。目前，世界各国都在加紧对太阳能空调技术的研究。根据调查，已经建立或正在建立太阳能空调系统的国家和地区包括意大利、西班牙、德国、美国、日本、韩国、新加坡、香港等。这是因为发达国家空调能耗占全年民用能耗的相当大的比例。利用太阳能驱动空调系统对于节约常规能源和保护自然环境具有重要意义。

所谓太阳能制冷是指利用太阳能集热器为吸收式制冷机的发电机提供所需的热媒水。热介质水的温度越高，冰箱的性能系数(也称为COP)越高，因此空调系统的制冷效率越高。例如，如果热介质水的温度约为60℃，冰箱的制冷系数约为0至40；如果热介质水的温度约为90℃，冰箱的制冷系数约为0 ~ 70。如果热介质水的温度在120℃左右，冰箱的制冷系数可以达到110以上。

实践证明，热管真空管集热器和溴化锂吸收式制冷机相结合的太阳能空调为太阳能热利用技术开辟了一个新的应用领域。

加热原理

当冬季需要加热时，超导太阳能收集器吸收太阳辐射能量，并通过超导液体将其传输到复合超导储能转换器。当蓄热系统的温度达到40℃时，*温控系统会自动发出制热指令，使室内采暖制冷分散系统处于制热状态，并通过出风口输出热空气。当房间温度达到设定温度值时，停止输出热空气。当房间温度低于设定值时，出风口再次输出热空气，自动循环，达到供暖的目的(每个房间的温度设定是独立的，互不影响)。在连续阴天和太阳能不足的情况下，使用生物质热能发生器来补充太阳能的不足。

锅炉系统

为了将太阳能吸收式空调技术投入实际应用，根据国家“九五”科技攻关计划的任务，北京太阳能研究所于1999年9月建成了一套中国最大的太阳能吸收式空调采暖综合示范系统(见下图)。

安装地点概述

太阳能空调示范系统在山东省乳山市建成。乳山市位于山东半岛的东南端，北邻烟台，西邻青岛，南接黄海。该地区太阳能资源丰富，年平均日太阳辐射量为173兆焦耳/平方米。夏季最高温度约为33℃，冬季最低温度为7-8℃。夏季和冬季分别有制冷和制热要求，是安装太阳能空调系统的合适场所。

乳山银滩旅游度假区利用该地区的自然条件，大力发展旅游业，并准备建设“中国新能源科技园”。科普公园计划建造8个展馆和大厅，包括风能馆和太阳能馆。太阳能空调系统建在科学园的太阳能展馆内。

在这里，人们不仅可以参观太阳能科学展览，增加太阳能科学知识，了解最新的太阳能技术，还可以在参观和娱乐的同时亲身体验太阳能空调和供暖创造的舒适环境。

主要技术性能

新建太阳能空调系统由热管真空管集热器、溴化锂吸收式制冷机、储热罐、蓄冷罐、家用储热罐、循环泵、冷却塔、空调罐、辅助燃油锅炉和自动控制系统组成。系统安装完成后，经过冬、春、夏三季的运行和测试，达到表1的主要技术性能。

系统设计特征

(1)太阳能与建筑的有机结合

尽管建筑美观、新颖、独特，但整个太阳能展馆的整体设计能够满足集热器安装的要求。根据这一原则，该建筑的南立面采用大斜屋顶结构。一个斜面的面积比平面的面积大得多，可以设置更多的集热器。第二，在斜面上布置集热器时，不需要考虑前后屏蔽问题，形状也很美观。斜顶倾角为35°，接近当地纬度，有利于收集器充分发挥作用。

(2)热管真空管集热器提高了制冷和制热效率

热管真空管集热器是北京太阳能研究所的一项重要科技成果。它具有效率高、抗冻、启动快、保温性好、承压高、抗热震、运行可靠等优点。它是高性能太阳能空调系统的重要组成部分。热管真空管集热器可以为高效溴化锂制冷机提供88℃的热媒水，从而提高整个系统的制冷效率。在北方寒冷的冬天，集热器也能有效地为建筑物供暖。

(3)两个大大小小的储热罐加快了日常的制冷或制热过程

根据太阳辐照度在一天内变化的固有特性，蓄热水箱不仅能使系统稳定运行，还能在太阳辐照度峰值时以热水的形式储存多余的能量。该系统与普通太阳能空调系统的区别在于安装了两个大的和小的蓄热水箱。小型储热罐主要用于保证系统的快速启动。试验结果表明，夏季和冬季阳光明媚的早晨，小蓄热水箱内的水温可分别达到88℃和60℃，满足制冷和制热的要求。

(4)专用蓄冷罐减少了系统的热损失

虽然储热罐可以储存能量，但它的容量毕竟是有限的。该系统专门设计了一个冷库。在白天太阳辐射充足的情况下，冰箱产生的冷冻水可以储存在冷水储存箱中。其优点是，在这种情况下，系统的热损失明显低于以热介质水的形式储存在储热罐中的系统的热损失，因为夏季环境温度和制冷剂水温度之间的温差明显小于热介质水温度和环境温度之间的温差。

(5)配套辅助锅炉使系统能够全天运行。

所有太阳能系统的运行都不可避免地受到气候条件的影响。为了使系统能够执行全天候空调和供暖功能，辅助常规能源是必不可少的。太阳能空调系统使用辅助燃油热水锅炉，当白天太阳辐射量不足，夜间需要连续使用冷或热时，可以立即启动辅助燃油热水锅炉，保证系统连续稳定运行。

(6)系统运行和工况切换可自动控制

在利用太阳能部分替代常规能源的系统中，系统启动、能量存储以及太阳能和常规能源之间的切换的自动化尤为重要。此外，该系统还配备了几个储水罐。如何在不同的工作条件下自动启动不同的水箱和运行不同的管道也是系统正常运行的关键。此外，太阳能系统还应该能够解决自动防止过热和防止冻结的问题。因此，我们为太阳能空调系统设计了一套安全、功能齐全的自动控制系统。

优势介绍

1.先进的复合超导储能转换器:该装置利用清华大学和清华大学研究人员三年来开发的温度相关储能超导液体，储存与其相连的各种能量装置产生的能量，转换后输出。变温储能超导液体是由非极性活性金属及其化合物的科学组成而设计的。该液体具有超常规的热活性和低温传导性，其传热速度是普通水的3倍，热容量大。特别适用于太阳能集热装置。它在白天吸收热量，在晚上储存能量，释放热量以供利用，从而改变太阳能发电的时间差。

2.超导太阳能集热器:它利用超导集热的原理，将分散的太阳辐射能量收集并传导到室内冷热分散系统，提供室内供暖。经适当改造后，该系统还可独立应用于农副产品干燥、木材加工厂的干燥板、化学原料干燥和温室加温。

3.生物质热能发生器:是一种燃烧生物质秸秆、生物质压缩块、废旧家具等材料的热水发生器。它使用的所有燃料都是可再生生物资源，属于可再生能源的范畴。推广使用可再生生物质能技术和产品具有很高的经济效益和深远的社会意义。

4.超导地源制冷系统:夏季利用地源的低温能量，通过超导系统直接冷却室内空气，达到制冷的目的。

优势

太阳能空调具有良好的季节适应性，即系统制冷量随着太阳辐射能量的增加而增加，这正好符合人们对夏季空调的迫切需求。

传统的压缩式冰箱使用氟利昂作为介质，对大气有很大的危害，而冰箱使用无毒无害的水或溴化锂作为介质，非常有利于环境保护。

太阳能空调系统可以将夏季制冷、冬季供暖和其他季节的热水供应结合起来，显著提高太阳能系统的利用率和经济性。

太阳能空调系统能够充分发挥夏季制冷、冬季制热、全年提供热水的综合优势，必将取得显著的经济、社会和环境效益，具有广阔的推广应用前景。