太陽能空調(diào)制冷技術(shù)及其研究進(jìn)展

汪銀華

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)空調(diào)的使用和需求越來越大。為了更好的滿足人們的需求，空調(diào)的制冷技術(shù)也受到越來越多人的關(guān)注，而太陽能作為一種清潔能源，用于空調(diào)的制冷，可以有效的降低對(duì)電能的消耗，也能減少對(duì)環(huán)境的污染。利用太陽能實(shí)現(xiàn)空調(diào)的制冷具有很多的技術(shù)途徑，最有發(fā)展前景的是將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，從而實(shí)現(xiàn)制冷。

關(guān)鍵詞：太陽能；空調(diào)制冷技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我們的生活水平得到了巨大的改善，但是我們也將面臨環(huán)境污染和能源短缺的威脅。近年來隨著人們對(duì)空調(diào)的需求量不斷增加，采用太陽能實(shí)現(xiàn)空調(diào)的制冷，既能滿足人們的需求，也是符合可持續(xù)發(fā)展的一種嶄新的技術(shù)途徑。利用太陽能實(shí)現(xiàn)空調(diào)的制冷具有很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗募竟?jié)匹配性非常好，在天氣比較熱的時(shí)候，也是最需要制冷的時(shí)候，這時(shí)候太陽的輻射條件比較好，達(dá)到的制冷量也比較大。目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)太陽能制冷技術(shù)的研究比較多，本文僅對(duì)幾種太陽能制冷技術(shù)的研究和應(yīng)用做了簡(jiǎn)要的介紹。

1 太陽能熱驅(qū)動(dòng)制冷技術(shù)及其應(yīng)用

目前經(jīng)常使用的太陽能熱驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要包括四種，吸附式、吸收式、除濕空調(diào)和噴射式制冷四大類，從國內(nèi)外的綜合報(bào)道來看，使用太陽能吸收式空調(diào)的比例比較高，約為60%，另外除濕空調(diào)使用的比例為28%，而吸附式空調(diào)占12%，在我國，使用太陽能吸收式空調(diào)的比例也最高，占45%，另外除濕空調(diào)和吸附式空調(diào)的比例分別為40%和15%。

1.1 太陽能吸收式制冷技術(shù)及其應(yīng)用

目前經(jīng)常使用的太陽能制冷方式是用太陽能集熱器收集太陽能，然后利用收集的太陽能來驅(qū)動(dòng)吸收式制冷系統(tǒng)。經(jīng)常使用的太陽能吸收式制冷機(jī)主要包括氨吸收式（NH3-H20）制冷機(jī)和溴化鋰吸收式（LiBr-H20）制冷機(jī)。

氨-水吸收式太陽能空調(diào)是將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，然后利用熱量和溶液的特性來制冷。水起吸收劑的作用，而氨起制冷劑的作用。氨-水吸收式太陽能空調(diào)中使用的集熱器是將太陽能真空管和平板集熱器組合而成的，工質(zhì)熱源溫控制在80至 160 ℃，額定空調(diào)COP調(diào)節(jié)在0.5至0.6之間。氨-水吸收式太陽能空調(diào)最大的優(yōu)勢(shì)就是空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)的范圍很大，最低溫度可以達(dá)到冷凍的要求，可以制取0 ℃以下的低溫，但是制冷工質(zhì)不會(huì)受到低溫的影響，不會(huì)發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象，這樣就比較容易實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷化。但是該系統(tǒng)中使用的氨是有毒物質(zhì)，而且具有刺激性臭味，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不好的影響；另外該系統(tǒng)比較復(fù)雜，制冷機(jī)內(nèi)部壓力也相對(duì)較高，很容易發(fā)生泄漏，造成安全隱患；此外對(duì)熱源溫度的要求也比較高，從而限制了制冷技術(shù)，使得氨-水吸收式太陽能空調(diào)的發(fā)展受到了阻礙。

吸收式制冷機(jī)主要是利用溶液濃度變化來實(shí)現(xiàn)制冷的，它是以溴化鋰作為吸收劑的，而水是制冷劑，它不僅可以制冷，還能夠制暖。溴化鋰-水吸收式太陽能空調(diào)的集熱器與氨-水吸收式太陽能空調(diào)的集熱器是相同的，也是將太陽能真空管和平板集熱器組合而成的，但是要求工質(zhì)熱源溫度控制在65 ℃以上，額定的空調(diào)COP 為0.4。溴化鋰吸收式制冷機(jī)在運(yùn)行中十分節(jié)約電能；另外由于整個(gè)機(jī)組運(yùn)動(dòng)部件比較少，因此該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，且運(yùn)轉(zhuǎn)起來無噪聲，不會(huì)影響人們的正常生活，在維護(hù)管理方面也十分方便；此外，制冷量的調(diào)節(jié)范圍也比較廣。由于這些優(yōu)勢(shì)，它的發(fā)展非常迅猛，目前主要應(yīng)用于大型中央空調(diào)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的單效吸收制冷機(jī)相比，溴化鋰-水吸收式空調(diào)發(fā)展前景更好，在技術(shù)上更具有優(yōu)勢(shì)。

1.2 太陽能吸附式制冷技術(shù)及其應(yīng)用

太陽能吸附式制冷技術(shù)是將太陽能作為熱源，然后利用吸附制冷原理進(jìn)行制冷。它采用的工質(zhì)通常為活性炭-甲醇、硅膠—水、氯化鈣—氨等，它的制冷環(huán)節(jié)主要包括加熱、脫附、冷凝、吸附、蒸發(fā)這幾個(gè)環(huán)節(jié)。與吸收式制冷機(jī)相比，吸附式制冷機(jī)不需要運(yùn)動(dòng)部件和溶液泵，因此不會(huì)出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象，它需要的熱源溫度也比較低，整個(gè)系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單，因此更加適用于小型的太陽能空調(diào)系統(tǒng)。

目前經(jīng)常使用的是硅膠—水吸附式制冷機(jī)，它采用的是60至80 ℃的熱水驅(qū)動(dòng)，利用太陽能集熱器產(chǎn)生的熱水作為驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)制冷的過程。它最大的優(yōu)勢(shì)是要求的熱源溫度比較低，而且與集熱器的工作溫度匹配的比較好。它的制冷功率為8.5kW，額定的空調(diào)COP 為0.4。

1.3 太陽能除濕空調(diào)技術(shù)及其應(yīng)用

太陽能除濕空調(diào)技術(shù)主要是利用干燥劑進(jìn)行除濕和蒸發(fā)冷卻，這樣使得整個(gè)制冷過程是無污染的，而且該系統(tǒng)對(duì)熱源溫度的要求是最低的。根據(jù)采用的干燥劑的狀態(tài)不同，主要分為固體除濕空調(diào)和溶液除濕空調(diào)兩種。

固體除濕空調(diào)又分為固定床式和轉(zhuǎn)輪式這兩種，目前應(yīng)用最廣泛的是轉(zhuǎn)輪式除濕空調(diào)。該空調(diào)主要是利用復(fù)合干燥劑材料的物理吸附和化學(xué)吸附等功能，大大的提高了除濕空調(diào)的循環(huán)動(dòng)態(tài)吸濕率，從而降低了對(duì)熱源溫度的要求。另外，該系統(tǒng)的級(jí)間冷卻方法也提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率。它的空調(diào)COP大于1，可以利用50℃以上的熱源溫度。溶液除濕空調(diào)主要是利用溶液的濃度差實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)除濕能力的蓄存，它的存儲(chǔ)能力與周圍環(huán)境的溫差損失息息相關(guān)。目前對(duì)于該空調(diào)的研究主要集中在德國、澳大利亞、意大利等國家。

1.4 太陽能蒸汽噴射式制冷技術(shù)及其應(yīng)用

太陽能蒸汽噴射式制冷技術(shù)主要是利用太陽能的集熱器進(jìn)行加熱，將低沸點(diǎn)工質(zhì)轉(zhuǎn)變成高壓蒸汽，然后利用制冷機(jī)在蒸發(fā)器中汽化而達(dá)到制冷的效果。目前經(jīng)常使用的技術(shù)包括熱管噴射制冷和被動(dòng)式噴射制冷。

熱管噴射制冷主要是由熱管、噴射器和蒸發(fā)器組成的，在熱管中，低沸點(diǎn)的工質(zhì)通過吸收太陽能轉(zhuǎn)變成高壓蒸汽，高壓蒸汽經(jīng)過噴射器轉(zhuǎn)變成低壓蒸汽，兩股蒸汽相遇后在冷凝管中冷凝，冷凝后的液體一部分流入蒸發(fā)室，另一部分返回到熱管發(fā)生室，進(jìn)行循環(huán)利用。該系統(tǒng)主要是通過工質(zhì)的蒸發(fā)產(chǎn)生制冷的效應(yīng)。熱管噴射制冷系統(tǒng)沒有運(yùn)動(dòng)部件，因此結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在維護(hù)管理上比較方便，但是它的制冷工質(zhì)可以調(diào)節(jié)的范圍比較窄，目前可以使用的就是水、甲醇、乙醇等。

被動(dòng)式噴射制冷主要是利用冷凝器和發(fā)生器之間的重力差來代替循環(huán)泵，冷凝器中的冷凝液體一部分通過膨脹閥進(jìn)入蒸發(fā)器，另一部分通過重力進(jìn)入發(fā)生器。該系統(tǒng)沒有運(yùn)動(dòng)部件，但是由于是利用水做制冷劑，運(yùn)行壓力小于大氣壓，因此很可能滲入空氣，導(dǎo)致太陽能資源利用的不連續(xù)。

2 發(fā)展展望

目前利用太陽能實(shí)現(xiàn)制冷的應(yīng)用越來越多，但是所有的應(yīng)用都還是處于試驗(yàn)階段，這與該項(xiàng)技術(shù)的復(fù)雜性、經(jīng)濟(jì)性以及運(yùn)行成本等都有很密切的關(guān)系。如何將該項(xiàng)技術(shù)以最低的成本運(yùn)用到空調(diào)的制冷系統(tǒng)是亟待解決的問題。要想使這一課題得到真正的實(shí)現(xiàn)，首先要提高太陽能的轉(zhuǎn)化率，因?yàn)樘柲艿霓D(zhuǎn)化率直接影響到空調(diào)制冷系統(tǒng)的效能，也使太陽能空調(diào)的推廣受到制約。其次，要將設(shè)備小型化，目前的太陽能空調(diào)大多使用的是大型機(jī)組，比較適用于中央空調(diào)，而家用機(jī)的研發(fā)才更具有推廣的實(shí)用意義。再次，要降低制造設(shè)備的成本，這樣才能保證太陽能制冷系統(tǒng)的大范圍推廣應(yīng)用。

3 小結(jié)

太陽能空調(diào)可以有效的利用太陽能，節(jié)省電能，降低對(duì)環(huán)境的污染，具有很好的發(fā)展前景。它是一項(xiàng)新型的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，能夠有效的解決目前能源短缺、環(huán)境污染嚴(yán)重的問題。當(dāng)然，該技術(shù)的廣泛應(yīng)用還具有一定的局限性，這就需要我們不斷的轉(zhuǎn)變理念，運(yùn)用長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光與科學(xué)的觀念，去不斷的探究新型的技術(shù)，開發(fā)新型的能源。

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