[发明专利]利用太阳辐射中温制热和天空辐射制冷的高效一体化系统

说明书

本发明公开了一种利用太阳辐射中温制热和天空辐射制冷的高效一体化系统，其包括：定反光板集热/制冷双效阵列、储热罐、储冷罐、双效吸收式制冷机组和冷却装置；每个定反光板集热/制冷双效单元包括辐射冷却反光板、转动模块、接收器模块；辐射冷却反光板水平放置在地面上，接收器模块位于辐射冷却反光板的上方并由转动模块控制做弧形移动。本申请可同时提供中温热源和常规冷源、可全天候制冷、单位占地面积综合供能量大、太阳能利用率及制冷效率高、聚光镜固定、成本低。

技术领域

本发明涉及一种供热制冷一体化系统，特别是一种利用太阳辐射中温制热和天空辐射制冷的高效一体化系统，属于新能源与节能技术领域。

背景技术

目前全国建筑能耗已超过全国总能耗的四分之一以上，而且有持续上升的趋势，而空调能耗在全部建筑能耗中占有很大的比重。利用免费的清洁能源来解决空调能耗是未来的发展趋势，而天然无能耗的太阳能制冷和天空辐射制冷很可能成为将来主要的解决方式。

天空辐射制冷是利用部分可以穿透大气层的特定波长电磁波，将物体的热量以红外辐射的形式永久地释放进宇宙的制冷方式。该技术为我们提供了一个清洁的、无能耗的冷源，尤其是近几年在光学和材料学上的研究，实现了在白天太阳直射下仍能将物体降温，天空辐射制冷吸引了世界各国科研人员的广泛关注。

另一方面，由于太阳能集热器和辐射制冷装置在结构上和位置上的相似性，功能和工作时段互补，有研究人员提出了平板太阳能集热器和辐射制冷装置通过光谱特性和结构参数的设计，将这两种物理过程有机结合在同一套装置上，实现白天太阳能集热和夜间辐射制冷，从而实现装置的多功能、全天候和跨季节利用，提高能源综合利用效率和时间利用率，缩短投资回收期，促进可再生能源的规模化应用。但目前的太阳能集热与辐射制冷的结合局限于平板太阳能集热器和辐射制冷装置的结合，平板太阳能集热器一般仅适用于80℃以下的集热，同时由于为了保证白天的制冷效果，需要尽可能的反射太阳光辐射，而用于聚光集热的反光镜可以反射95%以上的太阳辐射，结合适合“大气窗口”波段（8-13μm）的选择性涂层，可以实现辐射制冷的同时进行中高温太阳能集热。

采用反光镜的太阳能聚光集热方式包括线聚焦（槽式、线性菲涅尔式）和点聚焦方式（塔式、碟式），其中线聚焦方式由于成本低、适用范围广而得到更多的推广应用。通过聚光方式可以获得更高温度的工质，将太阳能转化为更高品位的热能。但以上聚光方式不是很适合与辐射制冷结合，主要原因：1）反射镜工作时需要根据太阳位置进行转动，不便于布置制冷管道；2）为了避免反光镜之间的遮挡，反光镜之间存在较大的间距，冷辐射有效面积低；3）反光镜的朝向不是正对着天空，辐射角系数小且波动，影响冷辐射制冷量。此外，目前的线聚焦方式在集热方面还存在以下不足：1）集热装置建造成本偏高，比如槽式集热装置成本约5.2元/W，线性菲涅尔式集热装置成本约4.5元/W，相对于传统及其它能源优势不明显；2）维护成本高，存在大量的转动部件，结构复杂且故障率大；3）单位面积地面太阳能利用率低，槽式集热器和线性菲涅尔式集热器的占地面积有效利用率仅约为55%和65%；4）槽式集热器存在装置偏重、抗风性能差等不足，线性菲涅尔式存在聚光效率和聚光比偏低等不足。

在太阳能热利用领域，太阳能制冷空调具有与季节相匹配、对环境无破坏作用等优点，近几十年来得到了迅速发展。太阳能溴化锂吸收式制冷是目前最成熟的太阳能制冷技术，但目前研究和应用开发主要集中在单效系统，主要是因为单效系统对热源要求低(75-90℃)，系统通常选用价格便宜的平板型或真空管型太阳能集热器即可，系统成本相对较低，但系统的效率不高(COP 0.6-0.7)。双效吸收式制冷系统对热源的要求较高(120-160℃)，但对太阳能的利用效率更高(COP 1.2-1.5)，具有更好的节能效果，集热装置一般采用太阳能槽式集热器。但由于槽式集热器具有上面所说的成本高，运维难度大等不足，同时双效吸收式制冷系统相对于压缩机式制冷剂效率仍然偏低，太阳能制冷空调存在单位占地面积有效利用率低、全年综合利用率低、夜晚和阴天不能运行等问题，这些因素阻碍了太阳能双效吸收式制冷机的推广应用。

发明内容