太陽(yáng)能建筑一體化原理與應(yīng)用第10章太陽(yáng)能制冷與空調(diào)一、太陽(yáng)能吸收/吸附式空調(diào)1.太陽(yáng)能吸收式空調(diào)吸收式制冷系統(tǒng)是一種熱驅(qū)動(dòng)制冷系統(tǒng)。吸收式制冷的工質(zhì)包含吸收質(zhì)和吸收劑，吸收質(zhì)作為制冷劑。太陽(yáng)能吸收式空調(diào)系統(tǒng)原理圖一、太陽(yáng)能吸收/吸附式空調(diào)（10-1）其中Qe為蒸發(fā)器制冷功率（W），Qg為發(fā)生器消耗的熱功率，單位為W。在吸收式制冷系統(tǒng)中，熱力系數(shù)COPth按下式計(jì)算：2.太陽(yáng)能吸附式空調(diào)吸附式制冷的原理與吸收式制冷類似，但不同的是吸附劑是固體。太陽(yáng)能吸附式空調(diào)即是以太陽(yáng)能為熱源，利用吸附式原理的制冷空調(diào)系統(tǒng)。一、太陽(yáng)能吸收/吸附式空調(diào)3.太陽(yáng)能吸收/吸附制冷的性能系數(shù)（10-2）太陽(yáng)能制冷性能系數(shù)（即COPsolar），它是指集熱器接收到的太陽(yáng)輻射Qs轉(zhuǎn)變?yōu)橹评淞縌e的份額，定義式為：（10-3）（10-4）對(duì)于太陽(yáng)能吸收/吸附制冷來說，首先要通過集熱器把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，然后通過吸收/吸附制冷機(jī)轉(zhuǎn)化為制冷量，因此，

一、太陽(yáng)能吸收/吸附式空調(diào)對(duì)于太陽(yáng)能集熱器而言，出水溫度越高，集熱器效率越低；而對(duì)于熱驅(qū)動(dòng)的制冷系統(tǒng)，在一定范圍內(nèi)，驅(qū)動(dòng)熱源溫度越高，制冷的熱力系數(shù)越高。熱驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)組的熱力性能系數(shù)曲線一、太陽(yáng)能吸收/吸附式空調(diào)

二、太陽(yáng)能除濕空調(diào)系統(tǒng)除濕冷卻系統(tǒng)是由干燥空氣和蒸發(fā)冷卻兩種過程組合而成的1.太陽(yáng)能固體除濕空調(diào)系統(tǒng)該系統(tǒng)是使用固體干燥劑去除空氣中的水分含量的。干燥劑材料通常浸漬在蜂窩設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)輪式熱交換器上。1.太陽(yáng)能固體除濕空調(diào)系統(tǒng)固體除濕冷卻系統(tǒng)空氣變化焓濕圖太陽(yáng)能轉(zhuǎn)輪式除濕空調(diào)基本循環(huán)形式如圖所示：常用的干燥劑材料常用的干燥劑材料有硅膠、活性鋁、天然和人造沸石、硅酸鈦、合成聚合物、氯化鋰、氯化鈣等，這里主要介紹氯化鋰。氯化鋰是一種化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的鹽。原則上，氯化鋰晶體和食用鹽氯化鈉晶體有相似的結(jié)構(gòu)，是可利用的具有最大吸濕力的鹽之一。氯化鋰是一種溶解型除濕劑，能夠像固體一樣吸收水蒸氣，此時(shí)為化學(xué)吸收；并且在其吸收水變成液體溶液后還能繼續(xù)吸收水分，此時(shí)為溶液吸收。氯化鋰能夠在堿性環(huán)境下運(yùn)行，還能夠抑制細(xì)菌在其表面生長(zhǎng)，而且在溫暖和潮濕的環(huán)境中非常適用，對(duì)人體健康無害。（10-5）（10-6）（10-7）除濕空調(diào)系統(tǒng)的制冷量：轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的除濕量：轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)的熱力COPth：Qc和Qreg分別為制冷量和再生熱；ms為送風(fēng)空氣流量；din和dsup為室外空氣和空調(diào)送風(fēng)的焓值；hin和hsup為室外空氣和空調(diào)送風(fēng)的焓值。太陽(yáng)能除濕空調(diào)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)：2.太陽(yáng)能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)該系統(tǒng)是利用液體干燥劑材料去除空氣中的水分含量。太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)溶液除濕制冷系統(tǒng)2.太陽(yáng)能液體除濕空調(diào)系統(tǒng)溶液除濕的系統(tǒng)流程圖有很多種，比如可以利用室內(nèi)的排風(fēng)對(duì)濃溶液再生：太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)溶液除濕制冷系統(tǒng)（利用排風(fēng)再生濃溶液）液體干燥劑除濕溶液常用露點(diǎn)（℃）濃度（％）毒性腐蝕性穩(wěn)定性主要用途備注氯化鈣水溶液－3～－140～50無中穩(wěn)定城市煤氣除濕

二甘醇－15～－1070～95無小穩(wěn)定一般氣體的除濕沸點(diǎn)245℃，用簡(jiǎn)單的分餾裝置就能再生，再生溫度150℃，損失量很少丙三醇溶液，無水（3～6）～－15（10~80）~100無小高溫下氧化分解工業(yè)氣體的干燥在真空條件下蒸發(fā)再生，只需要很少的加熱負(fù)荷。三甘醇－15~－1070~95無小穩(wěn)定空調(diào)，一般氣體的除濕沸點(diǎn)238℃，有揮發(fā)性，用于空調(diào)除濕氯化鋰水溶液－10~－430~40無中穩(wěn)定空調(diào)，殺菌低溫干燥沸點(diǎn)高，在低濃度時(shí)吸濕性大，再生容易，粘度小，使用范圍廣泛。三、太陽(yáng)能光伏空調(diào)1.光伏空調(diào)與建筑光儲(chǔ)直柔系統(tǒng)（1）光伏空調(diào)概述根據(jù)制冷方式的不同常見的光伏空調(diào)可以分為光伏驅(qū)動(dòng)的蒸汽壓縮式制冷空調(diào)系統(tǒng)與光伏半導(dǎo)體空調(diào)；根據(jù)用電形式，可以分為交流空調(diào)系統(tǒng)和直流空調(diào)系統(tǒng)；根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模，可以分為分體空調(diào)系統(tǒng)和大型空調(diào)系統(tǒng)。（分體空調(diào)器與集中式空調(diào)系統(tǒng)見下兩頁(yè)P(yáng)PT圖示）光伏驅(qū)動(dòng)的分體機(jī)空調(diào)器1.光伏空調(diào)與建筑光儲(chǔ)直柔系統(tǒng)

1.光伏空調(diào)與建筑光儲(chǔ)直柔系統(tǒng)光伏驅(qū)動(dòng)的集中式空調(diào)系統(tǒng)1.光伏空調(diào)與建筑光儲(chǔ)直柔系統(tǒng)（2）建筑光儲(chǔ)直柔系統(tǒng)光儲(chǔ)直柔，簡(jiǎn)稱PEDF（Photovoltaics，Energystorage，DirectcurrentandFlexibility）是在建筑領(lǐng)域應(yīng)用光伏發(fā)電、儲(chǔ)能、直流配電、柔性用能的簡(jiǎn)稱：（2）建筑光儲(chǔ)直柔系統(tǒng)光儲(chǔ)直柔建筑配電系統(tǒng)的關(guān)鍵特征如下：1）光儲(chǔ)直柔系統(tǒng)是有機(jī)融合并構(gòu)成一個(gè)整體來實(shí)現(xiàn)柔性用能，即實(shí)現(xiàn)建筑與電網(wǎng)之間的友好互動(dòng)。因此，基于變化直流母線電壓的系統(tǒng)控制策略是其中的關(guān)鍵。2）光儲(chǔ)直柔系統(tǒng)從傳統(tǒng)的“自上而下”（集中電站發(fā)電，并通過電網(wǎng)輸配給各終端用戶）轉(zhuǎn)變?yōu)椤白韵露稀保ǜ鹘K端用戶自身具有發(fā)電能力，分布式發(fā)電首先在終端用戶自消納，若有剩余再傳輸至上一級(jí)電網(wǎng)）。3）光儲(chǔ)直柔系統(tǒng)將成為電力系統(tǒng)中可調(diào)度的柔性用能節(jié)點(diǎn)。三、太陽(yáng)能光伏空調(diào)1.半導(dǎo)體熱電制冷（1）熱電制冷原理熱電制冷（亦稱為溫差電制冷、半導(dǎo)體制冷或電子制冷）是以溫差電現(xiàn)象為基礎(chǔ)的制冷方法，它是利用珀?duì)柼?yīng)的原理實(shí)現(xiàn)制冷的。半導(dǎo)體熱電制冷示意圖1.半導(dǎo)體熱電制冷四、天空輻射制冷1.天空輻射制冷原理地表與大氣層吸收太陽(yáng)輻射，同時(shí)也會(huì)以紅外輻射的形式向外太空輻射能量，地球表面物體向宇宙的紅外輻射可用于冷卻地球表面物體，這就是天空輻射制冷?；诓煌瑲怏w的綜合作用，大氣輻射主要集中在中紅外波段，如圖所示，大氣輻射在8～13μm波段內(nèi)是高度透明的，表現(xiàn)出明顯的光譜選擇性。

AM1.5太陽(yáng)光譜及中遠(yuǎn)紅外區(qū)域大氣光譜透過率1.天空輻射制冷原理輻射制冷表面?zhèn)鳠徇^程Pnet-cooling=Prad－Patm－Psolar－Pnon-radiative

其中Prad表示輻射體表面的熱輻射；Psolar表示吸收的太陽(yáng)輻射；Patm表示吸收的大氣輻射；Pnon-radiative表示非輻射得熱四、天空輻射制冷2.輻射制冷材料(1)夜間輻射制冷材料夜間輻射制冷指在夜間達(dá)到低于環(huán)境溫度的冷卻效果，寬譜和選擇性輻射材料均可實(shí)現(xiàn)這一功能;制冷材料一般可分為：聚合物；無機(jī)薄膜。(2)日間輻射制冷材料日間輻射制冷由于陽(yáng)光照射會(huì)導(dǎo)致輻射體表面溫度升高，故輻射制冷材料需要對(duì)太陽(yáng)輻射有很高的反射率（一般大于0.9）。國(guó)內(nèi)外研發(fā)出光學(xué)薄膜材料、超材料及超表面、光子晶體等多種材料，由于具有周期性的多層膜結(jié)構(gòu)光子晶體可強(qiáng)化“大氣窗口”波段的發(fā)射能力，有研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種由7層SiO2和HfO2組成的光子晶體（從外到內(nèi)依次為SiO2230nm、HfO2485nm、SiO2688nm、Ag200nm、Ti20nm、Si），其光譜特性如下頁(yè)圖所示2.輻射制冷材料(3)動(dòng)態(tài)輻射制冷材料動(dòng)態(tài)輻射制冷利用發(fā)射率可變的材料來實(shí)現(xiàn)加熱或冷卻需求變化時(shí)紅外輻射的自行調(diào)節(jié)；主要包括：熱致變色材料，電致變色材料，機(jī)械應(yīng)變響應(yīng)材料。近年來，我國(guó)學(xué)者開發(fā)了一種低成本、可擴(kuò)展的自適應(yīng)輻射制冷薄膜涂層，并實(shí)現(xiàn)了輻射制冷和太陽(yáng)加熱涂層的溫度感知智能切換和大規(guī)模制備。某光子晶體材料的光譜特性四、天空輻射制冷3.輻射制冷的應(yīng)用(1)被動(dòng)式建筑節(jié)能輻射制冷技術(shù)以天空作為冷源對(duì)建筑進(jìn)行降溫，將輻射制冷材料直接應(yīng)用于建筑圍護(hù)結(jié)