聯合太陽能噴射制冷中央空調系統

摘 要：隨著世界范圍內節能減排的呼聲日益高漲，空調領域也發生了巨大的變化。特別是以太陽能驅動的制冷系統，愈發受到廣泛地關注。其中太陽能噴射制冷以其簡單的系統設置，穩定、可靠的運行成為最具有適用性和推廣潛力的太陽能驅動制冷系統之一。然而其性能系數低，工作易受環境影響的缺點制約了其進一步走向市場，如何從根本上解決這一問題，是太陽能噴射制冷走向實用化的關鍵。

關鍵詞：太陽能；噴射制冷；節能；環保；系統創新

1 前言

當今世界，能源供給矛盾和環境污染問題日益嚴峻，節能環保已經成為各國關注的焦點。應用太陽能驅動制冷系統，能夠有效降低常規電力能源的消耗，并且由于其在運行過程中幾乎不產生任何污染，對環境的保護作用也是顯而易見的。特別是對我國這種發展中國家，人口基數大、經濟發展快，采用廉價、無污染、易獲取的太陽能資源作為空調制冷的驅動能源，更加具有現實意義。在各種太陽能驅動的制冷系統中，太陽能噴射制冷以其簡單的系統設置，穩定、可靠的運行成為最具有適用性和推廣潛力的太陽能驅動制冷系統之一。

2 太陽能噴射制冷

噴射制冷這個概念最早由LeBranc和Parson[1]在1901年提出。太陽能噴射制冷則出現在Kakabaev 和Davletov[2]1966年的論文里。典型的太陽能噴射制冷系統主要由發生器、噴射器、冷凝器、蒸發器、工質泵和節流閥等組成。

其中發生器主要用來加熱制冷工質，噴射器內完成工作流體對引射流體的抽吸，之后二者混合進入冷凝器冷凝成液體，隨后冷凝器出口處的液體工質一部分經工質泵升壓進入發生器再熱，另一部分經節流閥降壓進入蒸發器蒸發制冷。

傳統太陽能噴射制冷系統，循環泵是唯一的運動部件，系統設置簡單，并且具有運行穩定、可靠性較高的優點。然而它在運行過程中性能系數較低并且易受到環境因素影響，制約了其在建筑空調領域的應用。為了解決這一問題，本文提出了一套方案——聯合太陽能噴射制冷中央空調系統。

3 聯合太陽能噴射制冷中央空調系統的基本構成及原理

與傳統太陽能噴射制冷系統不同，聯合太陽能噴射制冷中央空調系統受電力和太陽能共同驅動，控制機組和設備的運行及模式，可以實現制冷耗能的轉換。系統具體包括以下三個部分：（1）太陽能集熱系統；（2）噴射制冷系統；（3）中央空調系統，如圖2所示。

（1）太陽能集熱系統

太陽能集熱系統包括：太陽能集熱器、循環泵和發生器。太陽能集熱器將太陽輻射轉換成為載熱介質的熱能；被加熱的載熱介質流經中間換熱器，將熱量傳遞給制冷劑使其達到噴射器入口處工質參數要求；失熱的載熱介質通過循環泵進入集熱器再熱。

（2）噴射制冷系統

噴射制冷系統主要包括：發生器、噴射器、蒸發器、變頻壓縮機、冷凝器、循環泵和膨脹閥。較傳統噴射制冷不同的是增加了變頻壓縮機，其目的是為了實現噴射器出口處混合蒸汽壓與中央空調循環中壓縮機出口處制冷劑壓力匹配。在中間換熱器中被加熱成為高溫、高壓、飽和的制冷劑蒸汽與經過變頻壓縮機的制冷劑蒸汽在噴射器內發生卷吸，并混合；之后與中央空調循環中被壓縮的制冷劑共同進入冷凝器；放熱冷凝后的制冷劑分兩路流出，其中一路經過循環泵加壓進入中間換熱器再熱，另一路經過膨脹閥進入蒸發器蒸發，實現制冷；蒸發器出口處的制冷劑蒸汽分兩路流出，其中一路進入中央空調循環，另一路經變頻壓縮機升壓成為噴射制冷的引射流體。

（3）中央空調系統

中央空調系統包括：壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器。它的工作流程完全符合常規空調蒸汽壓縮制冷循環，只是其中部分環節與噴射制冷循環發生重疊。

4 聯合太陽能噴射制冷中央空調系統的運行策略

聯合太陽能噴射制冷中央空調系統要實現全天候工作并達到最佳的節能效果，必須滿足：I、在太陽輻射不足的陰雨天或者夜晚，系統能夠正常運行；II、充分利用太陽能實現空調制冷。這就對聯合系統的運行策略提出了具體的要求。現根據日常生活實踐，將聯合系統的運行策略分為以下幾種：（1）太陽輻射充足但對空調制冷量需求不大；（2）太陽輻射充足對制冷量需求大；（3）太陽輻射不足或無太陽輻射的夜間對制冷量有需求。

（1）通常出現在初夏和入秋。這時太陽輻射仍然較強，環境平均溫度雖較盛夏大為降低，但在每日中午時分仍然對空調制冷量有一定需求。此時太陽能噴射制冷系統單獨運行就能滿足建筑物冷量需求，中央空調機組停機或者小功率運行以配合噴射制冷。

（2）這種情況，一般發生在盛夏正午時分，太陽輻射強，環境溫度高。這時，單一太陽能噴射制冷已無法滿足建筑物冷量需求，中央空調機組開機進行部分負荷至全負荷工作，變頻壓縮機調整引射流體壓力以實現噴射器出口蒸汽壓與壓縮機出口壓力的匹配。此時系統的制冷量由噴射制冷和中央空調共同實現。

（3）情況中，太陽能熱的產生不足以維持噴射制冷正常運行，循環泵、變頻壓縮機停止工作，建筑物所需冷量由中央空調提供。

從以上的運行策略可以看出該系統能夠很好地適用于各種場合，并且它還有一個獨特的優勢，即熱量的供給和冷量的需求在季節和程度上高度匹配，在夏季太陽輻射強度大、氣溫高的時候，正值制冷量需求大。

5 結束語

現如今，我國能源消費水平位列世界第二[3]，同時有統計指出，建筑物耗能占據了我國總耗能的1/3以上[4]，其中又有2/3多是由空調系統消耗掉的。由此可見，改進建筑物空調系統可以在很大程度上降低建筑物的能耗。聯合太陽能噴射制冷中央空調系統作為提高傳統太陽能噴射制冷系統適用性的一種解決方案，既發揮了前者利用太陽能資源的優勢，又彌補了其適用性方面的不足，對推進太陽能噴射制冷走向實用化具有重要的作用。相信隨著研究的不斷深入，更多更優秀的新型太陽能噴射制冷技術將不斷涌現，太陽能噴射式制冷空調走進千家萬戶指日可待。

參考文獻

[1]ASHRAE.ASHRAE equipment hand-book.Atlantn： ASHRAE Inc，1979.

[2]Kakabaev A，Davletov A.A freon ejector solar cooler. Geliotekhnika 1966，2（5）：42-48.

[3]國務院發展研究中心.中國能源戰略和改革背景報告[M].北京，2003

[4]中國青年報.如何堵住建筑耗能的大嘴[N].北京，2012，11，24（3）.

作者簡介：祁振寧（1984-），男，浙江寧波人，廣西大學機械工程學院研究生，研究方向：新能源的利用與節能減排技術。