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大力发展住宅小型化太阳能热驱动冷暖并供系统徐靖中（北京工程热物理学会）
『“新世纪·新科技·新北京”专家建议集/ 2003-7-22』
一、空调业的发展给均衡供电造成巨大的影响。
近十年来，随着国民经济高速发展以及人民生活质量的提高，空调业发展十分迅速。中国已成为仅次于美国、日本的第三大空凋市场，占全世界空调市场12%。1998年，我国家用空调产品销售额近300亿元，十年间增长率为20％，大在高于GDP增长速度。
电空调快速发展引起的电耗增加十分惊人。近几年来，全国几乎所有城市都出现了季节性用电紧张以及短期发电不足引起的停电、限电现象。这种电网负荷高峰值的增长，还将随着我国房地产业的迅速发展而更趋突出。
二、利用太阳能的可能性
我国太阳能资源丰富，在 2／3的国土上，年辐射量超过 600MJ／m2，每年地表吸收的太阳能大约相当于17万亿吨标准煤的能量。而且，夏季太阳辐照强烈，与夏季高涨的制冷需求正好相匹配，因此，大力开发太阳能热驱动制冷采暖联供系统，部分替代夏季白昼电网电力空调峰值负荷及冬季供暖，并充分利用夜间低谷电储能，对人居环境保护和缓解城市电网峰负荷具有重要意义。
三、采用住宅用小型化太阳能热驱动冷暖并供系统的优势。
·住宅用小型化太阳能热驱动冷暖并供系统以单栋楼为单位，系统可设置在地下室，不占建筑用地，没有室外热网，规模小，费用低，易于控制和管理；
·住宅用小型化太阳能热驱动储能式冷暖并供系统以太阳能驱动，其储能单元可利用夜间低谷电储能，供太阳辐照不足时使用，运行费用低廉；
·推广住宅用小型化太阳能热驱动冷暖并供系统可在一定程度上缓解电网电力大峰谷差利用模式，开拓太阳能热利用技术的进一步发展；
·住宅用小型化太阳能热驱动冷暖并供系统使用水作为制冷剂，封闭循环，对环境友好，是二十一世纪生态建筑较为理想的清洁能源系统；
·住宅用小型化太阳能热驱动冷暖并供系统可同时制冷、采暖和提供生活热水，在条件成熟时，可方便地向更为先进的楼宇SCCHP（小型化冷、热、电联供）系统过渡；
·住宅用小型化太阳能热驱动冷暖并供系统在低压下工作，属于非压力容器，安全可靠，无需政府专门部门许可；
·可方便实现住宅用户用热供冷分户计费。
四、小型化太阳能热驱动冷暖并供系统所采用的技术
1．系统的构成
住宅用小型化太阳能热驱动冷暖并供系统以单一楼宇为目标，由高效太阳能集热器、固体吸附式空调机组、相变储能单元、小型封闭式冷却塔及自控系统几大部分联合组成。供暖和生活用热水由太阳能集热器通过楼内管路直接提供到户；供冷时，太阳能集热器热水（70℃以上）即可作为固体吸附式空调机组的驱动热源。当太阳能辐照强度不足时，利用相变储能单元将夜间低谷电以热能方式储存起来作为补充热源。
2．采用的新技术
系统构成以固体吸附式空调系统为主体，采用双床回热式连续循环方式，吸附工质对为新型分子筛一水。系统由新一代高能量密度吸附床、薄膜蒸发器、冷凝器、节流机构、载热流体回路、运行监测及自控系统等部件组成。太阳能集热器已经商品化。相变储能单元以无机／有机复合材料作为相变材料，具有融解热大、导热系数高、不过冷、不析出、性能稳定、无毒、无腐蚀性。原料易得、价格低廉等特点。
3．固体吸附式制冷技术的应用范围
作为系统构成主体的固体吸附式系统与澳化程吸收式空调机都属于热驱动系统。漠化及吸收式中央空调机制冷功率约在200～2000KW，主要应用于宾馆、写字楼、机场、体育馆等大型建筑物集中空调。而在民用住宅建筑方面，由于溴化锂吸收式中央空调机初投资费用高，作为住宅建设主体的民用住宅尚无可能大规模使用。而对于正在迅速发展的小型化别墅以及各类小型建筑物，其制冷功率需求约在10～40KW，采用溴化及吸收式中央空调机经济上不可行，而且难以与太阳能集热器功率相匹配。新一代固体吸附式制冷系统初投资费用低，工作稳定可靠，对真空度要求低于汉冷机，维护使用便利，无需溶液泵，静音运行，其制冷功率可在 10～ 40KW之间，易与太阳能集热器匹配，是开发小型化、个性化太阳能驱动制冷系统的理想方式。
五、固体吸附制冷技术国内外现状及产品实现商品化的条件
1．国外现状
固体吸附式制冷／热泵系统的发展历程，经历了两次机遇。第一次是 70年代的能源危机，第二次是80年代高涨的环保呼声。特别是92年在巴黎召开国际制冷大会和 98年国际第六届吸附基础大会，使得固体吸附式制冷／热泵技术得到快速发展，原先制约固体吸附式制冷／热泵技术实用化的关键技术相继得到突破，开始具备与蒸汽压缩式制冷机竞争的实力［1］。国外80年代已见用于工业过程的固体吸附制冷试验装置，主要利用排放余热制取冷量［2］，但体积庞大，应用前景不明朗。进入90年代，由于关键技术的进展，其实用化进程明显加快。日本、澳大利亚、俄罗斯、美国、法国等在吸附制冷技术实用化方面不断有创新报道，并已进入商业保密阶段。美国UOP公司于98年建成固体吸附制冷样机，制冷功率达90KW，比功率输出（每公斤吸附剂所提供的制冷量）达到 1000W／kg（吸附剂），是迄今为止最为先进的技术指标［3］。近期，该公司调整吸附制冷技术的研发方向，转到制冷功率小于50kw的小型化机组［4］。
2．国内应用技术已突破
南京大学、华南理工大学、上海交大、湖南大学、北航等中．位在基础性、应用性研究方面做过大量工作。
工程热物理所从一开始从事吸附制冷技术，就把工作基点放在实用化的研发上。今年8月10日，由中科院工程热物理所、上海交大和中国科技大学组成的联合专家组对前期工作及实施住宅用小型化太阳能驱动储能式冷热并供系统项目进行了评审，得到了专家组一致推荐［14］。解决了吸附材料、降低床内传热热阻、储能材料三大关键技术，并有性能价格比优势。
鉴于太阳能功率范围和吸附制冷系统的功率范围非常匹配，太阳能与吸附制冷及储能技术相结合，将是新世纪极具生命力的住宅小型化绿色能源技术。
3．市场分析
城市生态建筑的能源系统首先是要充分利用太阳能、地热等洁净能源、辅以天然气、城市煤气等低污染燃料以及低谷电，尽可能减少对电网电力的大峰谷差利用模式，减少煤炭和石油的使用，降低对环境的破坏，维系良好的生态。国家建设部2000年2月发布的关于"民用建筑节能管理规定"部长令，明确提出新建住宅必须优先采用冷暖并供和冷热电联供技术。2000年全国暖通空调制冷学术年会组织的企业家论坛在推广小型化冷热源设备方面已取得共识。因此，结合我国国情，逐步推广新型住宅用小型化太阳能驱动储能式冷暖并供系统，已经具备了市场和政策方面的外部条件，具有广阔而现实的市场前景。按市计委信息中心发布的统计数字，北京住宅年峻工面积为1000万平方米。假设每年有10％的住房面积采用小型化太阳能热驱动冷暖并供机组，到2005年，本市共有500万平方米采用小型化太阳能驱动冷暖并供机组。每套小型化热驱动冷暖并供机组满足500平方米住房面积空调需求，则共需机组1万台，总功率25万千瓦。也就是说，可以平抑夏季峰值电网电力达25万千瓦。若推广到全国，再考虑运行费用的降低、物业管理的便利和环境因素的改善所产生的经济价值和社会价值将非常可观。
六、应用对象与操作
以建筑面积400～500m2的小型建筑物（别墅、医院病房、低层民用住宅等）为目标，完成小型化太阳能驱动储能式冷暖并供系统样机。在此基础上，与建设部及住宅设计单位配合，建立配备有小型化太阳能驱动储能式冷暖并供机组的住宅示范工程，推出与国内房地产业发展相配套的住宅小型化绿色能源系统的品牌产品。同时，通过多种渠道，努力开拓国际市场。
小型化固体吸附制冷系统的制冷功率范围，将根据不同的用户背景逐步形成系列。