太阳能制冷技术的研究及应用

1、概述

环境恶化和能源短缺已成为世界范围内人们最为关注的焦点，世界各国都在积极研究开发清洁的可再生能源，如太阳能、风能、地热能、潮汐能。太阳能被公认为未来人类最安全、最绿色、最合适、最理想的替代能源之一。它具有能量巨大、取用方便、安全性好、无污染等优点。利用太阳能驱动空调系统一方面大大减少了不可再生能源及电力资源的消耗，另一方面减少了因燃烧煤等常规的燃料发电带来的环境污染问题。因此，太阳能是当前空调冷技术领域研究的热点。

2、太阳能制冷技术的方式及典型应用

实现太阳能制冷主要有两条途径：一是光电转换,以电制冷,如热电制冷、光电制冷；二是光热转换,以热制冷,如吸收式制冷、吸附式制冷.由于光电转换的制冷方法成本较高,实际推广和应用比较少；以热制冷方式由于其相对廉价而备受青睐.以热制冷主要有3种方式,即：太阳能吸收式制冷；太阳能吸附式制冷；除湿蒸发冷却。

2.1太阳能吸收式制冷技术

吸收式制冷是根据吸收剂可以强烈吸收制冷剂的特性,利用热能驱动溶液进行的制冷。根据吸收剂的不同,可分为溴化锂-水吸收式制冷和氨-水吸收式制冷两种。将太阳能引入吸收式制冷系统作为驱动热能,可大幅度地降低系统的运行成本,并且改善运行性能。目前,国内所研究开发的吸收式太阳能空调系统大部分都采用常规的闭式循环。AlizadehJ提出了一种由太阳能驱动的三效压缩的吸收式冷却器,。这种吸收制冷的技术减小了集热器面积,发生的温度为140℃时,冷却器的COP值保持1.5。为测定太阳能吸收式制冷管子内沸腾混合溶液的传热系数,Rivem等提出了一种以氨水-硝酸锂为混合溶液的间歇式吸收制冷系统,。此系统由蒸发器、冷凝器、发生器、吸收器和真空管组成,试验的结果表明,这个系统在发生温度为120℃,冷凝温度为40―44℃时,系统的效率保持在0.15～0.4之间。有人对溴化锂溶液回热的流程加以改进,提出了一种适合于太阳能和其他低温热源的新型1.X级溴化锂吸收式制冷循环,。鉴于该循环的性能在单效循环和两级循环之间,所以称此循环为1.X级溴化锂吸收式制冷循环。模拟计算表明,1.X级循环的性能指标明显高于了两级循环。还有人提出了一种新型的太阳能混合吸收式制冷空调系统,在混合吸收式制冷循环中增设附加高压发生器,不仅克服了传统吸收式系统整体效率低的缺点,而且制冷系数可高达0.61,整体效率也比两级吸收式太阳能空调系统提高了很大幅度，最大幅度值为94.5％。

2.2固定床吸附式制冷技术

吸附式制冷是利用固体的吸附剂对制冷剂的吸附作用来制冷的,常用的吸附式制冷有分子筛-水、活性炭-甲醇吸附式制冷。太阳能吸附式制冷系统一般在负压下工作,在使用一段时间后,制冷性能会变坏,最终会停止工作。为了避免这种现象的发生,有人提出用化学性能稳定的玻璃做吸附床和太阳能集热器,试验结果证明是可行的。有人提出了一种新型的太阳能驱动连续型固体吸附的制冷系统,与间歇式太的阳能固体吸附式制冷系统相比,在日照时能够实现连续性制冷,系统的能量利用率高。为了解决传统双床连续吸附制冷系统中制冷剂压降的问题,刘艳玲等提出了利用硅胶一水作为吸附工质对的新型太阳能制冷系统,研究结果为进一步实验和改进系统性能提供理论指导。法国CNRS研究所与FrenchCompanyBLM开发了一种以活性碳一甲醇为工质对的太阳能制冰机。Sumathy在总结前人研究的基础上,提出了许多关于提高太阳能吸附式制冷子系统性能的方法。Anyanwu提出了一种固体吸附式太阳能制冷的热力学设计的方法,以活性炭-氨水,活性炭-甲醇,沸石-水为工质对。计算的结果表明,沸石-水工质对在空调中的应用最好。当使用传统的太阳能集热器时,沸石-水、活性炭-氨水、活性炭-甲醇最大的COP值分别为0.3、0.19和0.16。

2.3太阳能喷射式空调制冷技术

喷射式制冷系统中循环泵是唯一的运动部件,系统设置比吸收式要简单，并且运行稳定,可靠性也较高。其缺点是制冷效率较低。方承超等对增压喷射系统进行了分析研究,研究表明这种增压喷射具有很好的技术经济性。同时SunDawen等的研究表明,R11在热物理的性质上更适合喷射式的制冷系统。Earnes提出了吸收一再压缩的系统,。在这个系统中,锅炉产生的高温高压蒸汽从发生器中吸入一部分蒸汽后,再进入发生器。他通过试验验证了此系统的可行性。在设计条件下(热源温度200℃,蒸发温度5℃,冷凝器温度30℃，吸收温度30℃,),理论的制冷量为5.5kW,但是实际在试验中得到的制冷量为5kW,COP为1.12。虽然这个数值低于理论分析所得到的COP为1.13,但是与单效吸收制冷系统(COP大约为0.17)对比，系统效率依然得到大幅度的提高。Nguyen等建成了一座使用水作为制冷剂的喷射式制冷系统样机,。系统在夏季时可以提供7kW的制冷负荷,COP=0.13。

3、太阳能制冷技术展望

与压缩式制冷相比,目前太阳能制冷技术的商业化仍有一定距离,但是其环保节能的优异特点决定了它良好的发展前景.太阳能制冷的研究应用处于刚起步的阶段。很多技术和产品还处于研制、试验、示范的阶段，远没有达到人们期望的推广应用的程度，主要原因在于现在太阳能的利用效率低，而且经济的成本较高等等。但太阳能具有污染零排放和能量零输入的巨大优势，并且可以完全顺应整个社会可持续发展的要求。随着科学不断的快速进步，技术的持续创新，新材料的开发应用前景十分广阔。太阳制冷技术的理论实验工作还要不断地继续，具体应用仍需继续深入分析研究。