太阳能制冷项目实例
目前，对于太阳能的主流利用可以分为光伏和光热两个大类。而其中，光热应用又可以根据要求不同，分为高温、中高温及低温应用。所谓低温应用，主要指一般的太阳能热水，太阳能中高温主要应用在太阳能采暖和制冷，而高温应用则主要是太阳能光热发电，其中又包括槽式发电和聚光式发电。受技术和成本所限，目前的太阳能热利用还集中在太阳能的低温应用上，而随着技术的成熟和成本的降低，太阳能的高温，尤其是中高温热利用正在迅速从实验室走向我们的生活。
本文主要讨论太阳能在制冷项目中的具体应用，该项目为大型超市建筑，营业时间以白天为主，制冷负荷多发生在白天，而这与太阳能系统的最优工况在时间上重合，这位更好的利用太阳能提供了客观条件。位于北回归线以南，靠近赤道，当地气候属热带海洋气候。年平均气温30℃，相对湿度60%，日平均太阳辐照量4.5-4.7kWh/m2，终年有制冷要求。该建筑物包括超市、电影院等，为两层建筑，建筑面积24,000平方米。在太阳能项目实施前，安装有三台450RT的电动制冷机（特灵牌）配备了冷却机组管理软件（CPEM）。甲方希望引入太阳能制冷，使其制冷量达到300RT，从而减少电动制冷机的使用。其气候条件也对太阳能系统常年使用提出了要求，这更有利于太阳能系统回收成本，降低投资回收期。
一、太阳能辅助吸收式空调系统的基础参数
表1 基础参数
| 项目 | 参数 | |
| 纬度 | 13.8°N | |
| 平均气温 | 30℃ | |
| 平均湿度 | 60% | |
| 太阳辐照量 | 年平均值 | 17.66 MJ/(m2·d) |
| 最小值 | 15.62 MJ/(m2·d) | |
| 最大值 | 21.13 MJ/(m2·d) | |
| 集热面积 | 真空管式集热器4000m2 | |
| 工作时间 | 10：00-15：00 | |
| 制冷量 | 300RT（1053kW） | |
| 进口温度 | 14.4℃ | |
| 出口温度 | 6.1℃ | |
根据以上基础参数，该项目常年有制冷需求，温度高，湿度大，选用太阳能制冷，适合将太阳能系统与吸收式空调系统相结合，吸收式空调适用于湿度大的情况，用以祛除空气潜热，太阳能系统为吸收式空调的运行提供必要的热源。
二、系统方案
图1 系统流程图
三、太阳能集热器工作情况计算
1、全年运行情况
全年平均太阳辐照强度为17.66MJ/(m2·d)，太阳能集热器工作时间为每天的10：00-15：00，考虑太阳能集热器的效率、管路损失以及蓄热器的热损失，太阳能集热总效率按35%计算，太阳能集热器面积为4000m2，同时由于集热器工作时间为5h/d，取集热器接收到的太阳辐射为全天的70%。则得到全年运行太阳能集热器平均集热功率为：
2、典型一天运行情况
根据太阳能辐射在一天中分布的规律，可以近似于正弦曲线的一部分，太阳辐照度最强时间大约在12：30，模拟表达式如下：
其中，，，。
式中为一天中太阳辐射总量。
这里分别计算按月平均日最低和最高辐射情况下的集热器瞬时效率，以及按年平均日辐射情况下的集热器瞬时效率。
太阳能集热器瞬时集热效率曲线如下：
式中，为集热器集热温度与外界大气温度之差，℃；为太阳瞬时辐照强度，W/m2。外界大气温度取为定值30℃，集热器集热温度为95℃。
图2真空管太阳能集热器瞬时效率变化（Variation of instantaneous efficiency of evacuated tube solar collector ）则合算管路和蓄热器的损失，可以得到太阳能集热器典型日的瞬时集热功率为：
式中，蓄热器以及管路效率；为集热器面积，m2。
由以上几式可以计算出：
表2太阳能集热器瞬时集热量
| 项目 | 10：0015：00 | 10：3014：30 | 11：0014：00 | 11：3013：30 | 12：0013：00 | 12：30 |
| 最小值 | 611.37 | 697.12 | 767.49 | 819.77 | 851.97 | 862.84 |
| 最大值 | 921.67 | 1037.65 | 1132.83 | 1203.55 | 1247.10 | 1261.80 |
| 年平均值 | 726.97 | 823.98 | 903.59 | 962.75 | 999.18 | 1011.48 |
四、溴化锂–水吸收式空调选型及运行情况计算
1、机组选型
根据太阳能集热器集热性能的情况，集热温度最低为90℃，以及冷量300RT的需求，选择远大的单效热水型吸收式制冷机，型号为 BDH100。其额定参数表如下：
| 机器型号 | BDH100 | ||
| 冷水高流量型(A)7℃/12℃ | 冷水低流量型(B)7℃/14℃ | 冷却水37℃/30℃ | |
| 流量m3/h | 176 | 126 | 293 |
| 压力损失kPa | 20 | 11 | 54 |
| 制冷量kW | 1023 | ||
| 热源水流量m3/h | 122 | ||
| 配电量kW | 5.0 | ||
| 溶液量t | 2.3 | ||
| 运输重量t | 11.9 | ||
| 运转重量t | 13.4 | ||
通用额定参数：
- 额定热源水出口/入口温度：88℃/98℃
- 额定冷水出口/入口温度：(A) 7℃/12℃ (B) 7℃/14℃
- 额定冷却水出口/入口温度：37℃/30℃
- 冷却水允许初始最低入口温度：10℃，运行最低入口温度：18℃
- 使用电源：三相380V/50Hz
- 溶液指溴化锂含量50%之溶液
- 机房环境标准：温度5~43℃，湿度≤85%
- 冷水、冷却水压力限制：8MPa
- 冷水、冷却水污垢系数：086m2K/kW
- 冷水允许流量调节范围：60~140%（按 A 流量计算）
- 冷却水允许流量调节范围：30~150%
- 符合调节范围：5~115%
- 制冷额定符合COP值：75
注：(A)为推荐参数，(B)为可选参数，两者制冷量、COP 相同
表3 单效热水机成套供货清单
| 类别 | 项目 | 备注 |
| 机组 | 主筒体 | 含发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、水室等。含保温、保冷。 |
| 溶液热交换器 | 板式热交换器。含保温。 | |
| 屏蔽泵 | 含发生泵、冷剂泵、溶液泵。 | |
| 自动抽气系统 | 含落差式自动抽气装置、电磁阀、真空泵。 | |
| 热源水电动阀 | 用于调节热源水流量，实现制冷量的自动调节。含热源水过滤器。 | |
| 控制系统 | 控制柜 | 含PLC、溶液泵变频器、冷剂泵变频器(≥200型机组)、低压电器及控制软件。 |
| 触摸式操作器 | 用于用户在办公室操作管理机组。含金属外壳、直流稳压电源及电缆，标准供货电缆长度30米，特殊订货最长可达5000米。发货时单独装箱。 | |
| 备用开关 | 便于在机房对机组调试和检修。此件安于主体上。 | |
| 联网转换器 | 用于与英特网联结便于远大对机组进行监控管理，此件安于控制柜内。 | |
| 机外装置控制端口 | 设于控制柜内，用于控制机外装置的开、停及负荷调整，反馈机外装置状况。有冷水泵、冷却水泵、冷却塔风机、冷却水旁通阀、加药装置等控制端口。 | |
| 现场安装的传感器 | 环境温度传感器1件、其他传感器均已在工厂安装。 | |
| 附件 | 随机设备 | 含密封件等全套易损件、消耗件。(能满足4年维护保养需要) |
| 随机工具 | 含拆装机组水盖、清理水垢工具及钳工、电工等调试保养工具。 | |
| 随机文件 | 含出厂合格证、供货清单、用户手册及各辅机、辅件的技术文件。 | |
| 随机工具箱 | 出厂时用于装随机备件、随机工具和随机文件的多层抽屉式金属箱，上锁。 |
2、机组运行情况
全年运行时，取热源水温度为100℃，制冷量为300RT(1055kW)，冷水出口温度为6℃，利用性能曲线可以查出冷却水温度29℃。
所以此机组的热源水加热功率为：
在热源水温度90℃~100℃，冷水温度为6℃，制冷量为300RT时，此机组的制冷系数COP为0.75左右。
由上面计算可知，太阳能集热器的集热量在年平均情况下，只能满足热水机组热量需求的70%左右。在太阳辐射情况最好的情况下，太阳能集热器的热量可以满足热水机组热量需求的90%，而在最低月平均日辐射情况下，只能满足热水机组热量需求的60%。所以此热水机组必须加以辅助热源，要想满足全年300RT冷量输出，辅助热源的加热功率平均需要420kW，辅助热源选为燃油或燃气。
下表为机组运行情况与预期需要的对比情况：
表4 机组设计情况与预期情况对比
| 项目 | 预计 | 设计 | |
| 冷却能力 | 仅太阳能集热器工作 | 300RT | 275RT |
| 太阳能集热器+辅助加热器 | 300RT | ≥300RT | |
| 工作时间 | 5 hours | ≥5 hours | |
| 机器尺寸 | ≤9000×9800 | 4750×1500 | |
| 能源调制能力 | 10%~100% | 5%~115% | |
| 冷水温度 | 14.4℃ to 6.1℃ | 14℃ to 6℃ | |
