太陽能空調制冷技術及其研究進展

汪銀華

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

關鍵詞：太陽能；空調制冷技術；發(fā)展趨勢

隨著社會與經濟的不斷發(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。近年來隨著人們對空調的需求量不斷增加，采用太陽能實現(xiàn)空調的制冷，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途徑。利用太陽能實現(xiàn)空調的制冷具有很大的優(yōu)勢，因為它的季節(jié)匹配性非常好，在天氣比較熱的時候，也是最需要制冷的時候，這時候太陽的輻射條件比較好，達到的制冷量也比較大。目前國內外學者對太陽能制冷技術的研究比較多，本文僅對幾種太陽能制冷技術的研究和應用做了簡要的介紹。

1 太陽能熱驅動制冷技術及其應用

目前經常使用的太陽能熱驅動技術主要包括四種，吸附式、吸收式、除濕空調和噴射式制冷四大類，從國內外的綜合報道來看，使用太陽能吸收式空調的比例比較高，約為60%，另外除濕空調使用的比例為28%，而吸附式空調占12%，在我國，使用太陽能吸收式空調的比例也最高，占45%，另外除濕空調和吸附式空調的比例分別為40%和15%。

1.1 太陽能吸收式制冷技術及其應用

目前經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動吸收式制冷系統(tǒng)。經常使用的太陽能吸收式制冷機主要包括氨吸收式（NH3-H20）制冷機和溴化鋰吸收式（LiBr-H20）制冷機。

氨-水吸收式太陽能空調是將太陽能轉化為熱能，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，工質熱源溫控制在80至 160 ℃，額定空調COP調節(jié)在0.5至0.6之間。氨-水吸收式太陽能空調最大的優(yōu)勢就是空調的溫度調節(jié)的范圍很大，最低溫度可以達到冷凍的要求，可以制取0 ℃以下的低溫，但是制冷工質不會受到低溫的影響，不會發(fā)生結晶現(xiàn)象，這樣就比較容易實現(xiàn)風冷化。但是該系統(tǒng)中使用的氨是有毒物質，而且具有刺激性臭味，會對人體產生不好的影響；另外該系統(tǒng)比較復雜，制冷機內部壓力也相對較高，很容易發(fā)生泄漏，造成安全隱患；此外對熱源溫度的要求也比較高，從而限制了制冷技術，使得氨-水吸收式太陽能空調的發(fā)展受到了阻礙。

吸收式制冷機主要是利用溶液濃度變化來實現(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的集熱器與氨-水吸收式太陽能空調的集熱器是相同的，也是將太陽能真空管和平板集熱器組合而成的，但是要求工質熱源溫度控制在65 ℃以上，額定的空調COP 為0.4。溴化鋰吸收式制冷機在運行中十分節(jié)約電能；另外由于整個機組運動部件比較少，因此該系統(tǒng)的結構較簡單，且運轉起來無噪聲，不會影響人們的正常生活，在維護管理方面也十分方便；此外，制冷量的調節(jié)范圍也比較廣。由于這些優(yōu)勢，它的發(fā)展非常迅猛，目前主要應用于大型中央空調系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的單效吸收制冷機相比，溴化鋰-水吸收式空調發(fā)展前景更好，在技術上更具有優(yōu)勢。

1.2 太陽能吸附式制冷技術及其應用

太陽能吸附式制冷技術是將太陽能作為熱源，然后利用吸附制冷原理進行制冷。它采用的工質通常為活性炭-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)這幾個環(huán)節(jié)。與吸收式制冷機相比，吸附式制冷機不需要運動部件和溶液泵，因此不會出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象，它需要的熱源溫度也比較低，整個系統(tǒng)也比較簡單，因此更加適用于小型的太陽能空調系統(tǒng)。

目前經常使用的是硅膠—水吸附式制冷機，它采用的是60至80 ℃的熱水驅動，利用太陽能集熱器產生的熱水作為驅動實現(xiàn)制冷的過程。它最大的優(yōu)勢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COP 為0.4。

1.3 太陽能除濕空調技術及其應用

太陽能除濕空調技術主要是利用干燥劑進行除濕和蒸發(fā)冷卻，這樣使得整個制冷過程是無污染的，而且該系統(tǒng)對熱源溫度的要求是最低的。根據采用的干燥劑的狀態(tài)不同，主要分為固體除濕空調和溶液除濕空調兩種。

固體除濕空調又分為固定床式和轉輪式這兩種，目前應用最廣泛的是轉輪式除濕空調。該空調主要是利用復合干燥劑材料的物理吸附和化學吸附等功能，大大的提高了除濕空調的循環(huán)動態(tài)吸濕率，從而降低了對熱源溫度的要求。另外，該系統(tǒng)的級間冷卻方法也提高了整個系統(tǒng)的效率。它的空調COP大于1，可以利用50℃以上的熱源溫度。溶液除濕空調主要是利用溶液的濃度差實現(xiàn)對空調除濕能力的蓄存，它的存儲能力與周圍環(huán)境的溫差損失息息相關。目前對于該空調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及其應用

太陽能蒸汽噴射式制冷技術主要是利用太陽能的集熱器進行加熱，將低沸點工質轉變成高壓蒸汽，然后利用制冷機在蒸發(fā)器中汽化而達到制冷的效果。目前經常使用的技術包括熱管噴射制冷和被動式噴射制冷。

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，低沸點的工質通過吸收太陽能轉變成高壓蒸汽，高壓蒸汽經過噴射器轉變成低壓蒸汽，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，進行循環(huán)利用。該系統(tǒng)主要是通過工質的蒸發(fā)產生制冷的效應。熱管噴射制冷系統(tǒng)沒有運動部件，因此結構比較簡單，在維護管理上比較方便，但是它的制冷工質可以調節(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入蒸發(fā)器，另一部分通過重力進入發(fā)生器。該系統(tǒng)沒有運動部件，但是由于是利用水做制冷劑，運行壓力小于大氣壓，因此很可能滲入空氣，導致太陽能資源利用的不連續(xù)。

2 發(fā)展展望

目前利用太陽能實現(xiàn)制冷的應用越來越多，但是所有的應用都還是處于試驗階段，這與該項技術的復雜性、經濟性以及運行成本等都有很密切的關系。如何將該項技術以最低的成本運用到空調的制冷系統(tǒng)是亟待解決的問題。要想使這一課題得到真正的實現(xiàn)，首先要提高太陽能的轉化率，因為太陽能的轉化率直接影響到空調制冷系統(tǒng)的效能，也使太陽能空調的推廣受到制約。其次，要將設備小型化，目前的太陽能空調大多使用的是大型機組，比較適用于中央空調，而家用機的研發(fā)才更具有推廣的實用意義。再次，要降低制造設備的成本，這樣才能保證太陽能制冷系統(tǒng)的大范圍推廣應用。

3 小結

太陽能空調可以有效的利用太陽能，節(jié)省電能，降低對環(huán)境的污染，具有很好的發(fā)展前景。它是一項新型的節(jié)能環(huán)保技術，能夠有效的解決目前能源短缺、環(huán)境污染嚴重的問題。當然，該技術的廣泛應用還具有一定的局限性，這就需要我們不斷的轉變理念，運用長遠的眼光與科學的觀念，去不斷的探究新型的技術，開發(fā)新型的能源。

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