太阳能在空调制冷系统中的研究现状及应用前景

引言

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。

太阳能空调由两台负责生产冷空气的发动机结合太阳能电池板组成。太阳能电池板产生的电能加热热媒水产生蒸汽被助推器转换成为机械能，机械能再用来驱动冷却机。冷却机吸收房间中的潮湿的热空气，热空气经过压缩和扩展，被冷却到20摄氏度左右，为房间制冷。

一、太阳能空调制冷技术研究现状

在20世纪70年代后期，世界各国对太阳能利用的研究蓬勃开展。太阳能固体吸附式制冷是利用固体吸附剂（例如沸石分子筛、硅胶、活性炭、氯化钙等）对制冷剂（水、甲醇、氨等）的吸附（或化学吸收）和解吸作用实现制冷循环的。吸附剂的再生温度可在80―150℃之间，也适合于太阳能的利用。太阳能吸附式制冷系统结构简单、没有运动部件，能制作成小型装置。太阳能吸附式制冷循环为间歇性运行，多用于制冰工况。国外对太阳能吸附式制冷进行了大量的研究和应用开发工作。

利用太阳能制冷目前主要有两种方法：一是先实现光与电的转换，再以电力推动常规的压缩式制冷机制冷；二是进行光与热的转换，以热能制冷。由于前者的造价昂贵，所以研究人员主要通过第二种方法研发太阳能制冷空调。

二、太阳能空调制冷技术应用

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、太阳能半导体制冷

太阳能驱动的半导体制冷系统，结构紧凑，携带方便，可以根据用户需要做成小型化的专用制冷装置。它具有使用维护简单，安全性能好，可分散供电，储能比较方便，无环境污染等特点。另外，利用帕尔贴效应的半导体制冷系统与一般的机械制冷相比，它不需要泵、压缩机等运动部件，因此不存在磨损和噪声。它不需要制冷剂，省去了复杂的传输管路。它只需切换电流方向就可以使系统由制冷状态变为制热状态。ADeVos使用内可逆热力学方法对太阳能电池的光电转换效率成功进行了解释和探讨；沙特的sofrata着重讨论过用于沙漠地区的太阳能半导体制冷装置的散热方式有效性问题，等等。这些工作在一定程度上都推动了太阳能半导体制冷系统的发展，为进一步扩大应用奠定了基础。

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。根据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。同时研究表明， R11 在热物理的性质上更适合喷射式的制冷系统，从而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。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，系统在夏季时可以提供 7kW的制冷负荷。

三、太阳能空调与常规空调相比，具有以下三大明显的优点：

1、太阳能空调的季节适应性好，也就是说，系统制冷能力随着太阳辐射能的增加而增大，而这正好与夏季人们对空调的迫切要求一致；

2、传统的压缩式制冷机以氟里昂为介质，它对大气层有极大的破坏作用，而吸收式制冷机以无毒、无害的溴化锂为介质，它对保护环境十分有利；

3、同一套太阳能吸收式空调系统可以将夏季制冷、冬季采暖和其它季节提供热水结合起来，显着地提高了太阳能系统的利用率和经济性。

四、太阳能在空调制冷系统的应用前景

在世界能源日益紧张、空调能耗逐年增加的情况下， 采用更为节能的空调系统是人类的共同需求。以太阳能为驱动热源的空调制冷系统， 既节约了能源， 还不使用破坏大气层的氟里昂等有害物质， 是名副其实的绿色空调。在节能和环保方面有很大的发展潜力.太阳能空调制冷系统多是建立在太阳能集热器基础上， 一方面， 由于太阳能的利用效率低、价格高，并且受时效影响， 对于居住相对集中的楼房来说， 如果楼房的设计没有考虑到太阳能空调， 集热器的安装将受到很大的限制；另一方面， 太阳能制冷有多种形式，但就目前的研究现状来看， 各种不同形式的制冷系统都多少存在着不足， 所以限制了太阳能空调制冷技术的广泛应用。如何进一步提高系统的运行效率 ， 以及各种制冷循环的联合运行都是将来研究的重点领域。随着太阳能空调系统设计制造的软硬件系统、技术标准、配套设备的发展， 并依托绿色建筑这个发展的建筑市场，太阳能在空调制冷中的研究应用一定会有很大的发展。

结语

总之，随着人们对家居环境舒适度要求的不断提高，安装空调已成为我国大部分地区的一股消费浪潮；不过，在世界能源日益紧张的今天，采用更为节能的空调系统才是人类的共同需要。作为一种新型的制冷设备，太阳能空调系统制冷的 应用越来越广泛，该系统以其独特高效的节能环保效果解决了当今世界上普遍存在的能源浪费及环境污染等重大问题。