高温水源热泵组合式空调机组的设计思路

在多种利用太阳能制冷方式中，溴化锂吸收式制冷系统由于设备较简单，加工要求较低，可在较低的热源温度(如80℃—IO0℃)下运行，一般使用平板式集热器或高效真空管集热器就可满足要求，是目前最成熟和环保的空调方式之一，也是一种节能的空调方式。

随着科学技术的进步，太阳能热水器的新产品不断涌现，其中高效真空管太阳集热器近年来有了较快的发展，呈现出效率提高而价格下降的趋势，这为利用太阳集热器提供的热水制冷和供热创造了有利条件。

1 溴化锂吸收式制冷机的形式与热力系数溴化锂吸收式制冷机主要由高压发生器、低压发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器、发生器泵和抽气装置组成，有单效、两效、两级、1.x级等形式。其热源有蒸汽、热水、燃油和燃气等。一般热源温度高的，可以采用两效机组，它的热力系数较高，达1.0以上；热源温度低的，可采用单效热水型吸收式制冷机，它的热力系数偏低在0.70—0.75左右；若热源温度更低(如60cI=一85cI=)，采用的制冷机的热力系数更低，如两级式制冷机的热力系数为0.40，在两级式制冷机基础上改进的1.×级制冷机热力系数为0.58，二段式热水型吸收式制冷机(热水进出口温度为130℃-68cI=)的热力系数为0.744。在众多利用太阳能热水的太阳能空调产品中，远大太阳能空调的集热原理是阳光追踪系统驱动集热板跟踪太阳，将阳光聚集到集热管上，将管内热源水温加热到180℃，实现双效制冷，热力系数高达1.30。远大的太阳能空调技术先进，热力系数高，但价格比一般的太阳能空调高许多。

2 热泵与高温水源热泵的作用

根据热力学第二定律，如果以机械功为补偿条件，热量可以从低温物体转移到高温物体，这种补偿或消耗机械功迫使热量从低温物体流向高温物体的机械装置，称为“热泵 。热泵虽然消耗机械功或电能，但它运行时，不是直接将机械功或电能转化为热能来利用，而是借助于消耗机械功以空气或冷凝器出口的热水或室内余热连同热泵本身消耗的机械功一起对温度为 的热源供热，从而有效地把难以直接应用的低品位热能利用起来，达到节能的目的。因此，热泵是一种充分利用低品位能的高

效节能装置。

热泵有空气源热泵与水源热泵等，而水源热泵又分为高温(H)系列，中高温(M)系列，大温差(GD)系列，其中高温(H)系列水源热泵的一次侧进水温度为35℃一55℃ ，循环侧出水温度为65cI=一95cI=。溴化锂吸收式制冷机的冷凝器出口温度为38cI=，进口温度为32cI=，通常冷凝器出口的冷却水是通过冷却塔进行冷却的，这一部分热量未利用而损失了。为此，可以利用高温(H)系列的水源热泵，将溴化锂吸收式制冷机中的冷凝热及吸收热加以利用，即将溴化锂吸收式制冷机冷凝出口温度(38℃)，提升为太阳热水器的出口温度(80℃一95cI=)作为溴化锂吸收式制冷机的热源，它可以取代太阳热水器，也可以与太阳热水器并联供热作为溴化锂吸收式制冷机的热源。

3 太阳热水器一溴化锂吸收式制冷机一高温水源热泵组合式空调机组的设计

基于上述内容，这种空调机组采用高效真空管太阳集热器(也可以采用平板式集热器)作为热源，供给单效溴化锂吸收式制冷机的热水(85oc~75oc)，制取冷冻水(7oC／12℃)，它以冷凝器排出的冷却水(38oC～32oC)作为高温水源热泵的一次侧进水，循环侧出水(85oC～75oC)作为该制冷机的热源。如上分析，循环侧出水既可以与太阳热水器出口的热水并联供热，也可以在太阳热水器供热不足时单独作制冷机的热源，还可以为生活热水提供热源。

从理论上分析，38cI=的冷却水通过高温水源热泵升温到85oC，它的性能系数为7.6，有传热温差的热泵循环(设△T0=5cI=，△Tk =5cI=)性能系数为6.2。实际运行中，由于技术上的原因，性能系数还要低一些。下面通过一例，分析上述组合式空调机组的耗能与节能情况。

太阳热水器的热水进出温度：t1=80℃，t2=85oC；太阳热水器提供的热量：Qh1=581.4kW；高温水源热泵一次性进水温度：tlr=38℃， t2r=32℃；高温水源热泵循环侧进出水温度：t3r=85oC，t4r=80oC；高温水源热泵提供的热量：Qh2=581.4kW；单效热水型溴化锂制冷机的热力系数暂取 ξ=0.5(实际上可达Co.733)，由此可得制冷量qo=(Qh1 +Qh2)ξ=581.4kW 空调冷水温度：t 10=7℃，t20=2℃高温水源热泵的性能系数取 εh=4可得制冷机经冷却水带走的热量Qk

Qk==Qo+(Qhl+Qh2)=1744.2kW

对于高温水源热泵而言，它的制冷量Q0与溴化锂吸收式制冷机的经冷却水带走的热量Qk相等，即

Qo=QK=1744.2kW由热泵性能系数的定义知

上式中W0为高温水源热泵消耗的功(kW) 。

通过高温水源热泵的作用，能提供(Q0+W0)的温度为85℃的高温热水，利用其中的581.4kW作为溴化锂吸收式制冷机的热源，余下的174.2kW热量可以：

(1)作为其它溴化锂吸收式制冷机的热源；

(2)蓄存起来供晚上使用；

(3)通过板式换热器，提供生活热水。

由此可知，这种组合式空调机组，既利用了太阳能，又回收了冷却水中的热量，经热泵作用，提供了部分热源的热量，从而获取了空调制冷量，又提供了生活热水所需的热源，并能为其它的溴化锂吸收式制冷机提供热源，从而获得可观的节能效益。

当进入冬季或过渡季节，不需制冷时，本空调机组可通过适当转换，改为太阳热水器与高温水源热泵组合的方式，提供冬天供热、采暖的热水与生活用热水。

组合式空调机组的流程图见图1。

4 结论

太阳热水器一溴化锂吸收式制冷机一高温水源热泵组合式空调机组的设计思路，一方面充分利用了太阳能，使之作为制冷机的热源；另一方面又结合高温水源热泵的先进技术，使溴化锂吸收式制冷机的冷却水的出水温度得到进一步提升，还可作为制冷机所需的热源，两者相互补充，相互匹配，从而克服了阴雨天太阳能不足与晚上无法利用太阳能的局限。因此，它是一种环保节能、经济实用的空调方式。在宾馆旅店、办公大楼，体育馆、商场的空调系统设计中，能获得应用与推广。