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　　摘要：太陽(yáng)能制冷技術(shù)一方面可以節(jié)約能源，一方面可以避免傳統(tǒng)制冷方法對(duì)臭氧層的破壞，因而日益受到人們的重視。

　　關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；制冷；原理；進(jìn)展

　　1前言

　　當(dāng)前，人類(lèi)面臨著能源危機(jī)、臭氧層破壞以及溫室效應(yīng)等諸多能源和環(huán)境問(wèn)題，因此開(kāi)發(fā)可再生能源與減少環(huán)境污染走可持續(xù)發(fā)展之路已在世界范圍內(nèi)取得共識(shí)。利用太陽(yáng)能和其它廢熱可有效緩解世界范圍內(nèi)的能源緊張和環(huán)境污染，而太陽(yáng)能制冷正是太陽(yáng)能利用的一個(gè)重要方面。太陽(yáng)能應(yīng)用于制冷技術(shù)領(lǐng)域有其獨(dú)特得優(yōu)點(diǎn)，一方面利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)制冷可以節(jié)約電能的消耗，這間接的減少了化石能源的消耗；另一方面，太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的制冷系統(tǒng)一般采用非氟烴類(lèi)的物質(zhì)作為制冷劑，對(duì)臭氧層無(wú)破壞也不會(huì)引起溫室效應(yīng)，同時(shí)減少消耗化石能源發(fā)電帶來(lái)的環(huán)境污染。

　　實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能制冷主要有兩個(gè)途徑：一是太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換，利用熱能制冷；一是太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換，利用電能制冷。其中，利用熱能制冷的主要方式有：太陽(yáng)能吸收式制冷、吸附式制冷、除濕式制冷以及蒸汽噴射式制冷；利用光電轉(zhuǎn)換制冷的方式主要有，利用光伏原理將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，利用電能驅(qū)動(dòng)蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)制冷，還可以將太陽(yáng)能發(fā)電和半導(dǎo)體制冷相結(jié)合，利用半導(dǎo)體的帕爾貼效應(yīng)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能制冷。光電制冷由于成本很高，目前的研究及應(yīng)用都較少，對(duì)于這類(lèi)太陽(yáng)能制冷技術(shù)本文不做討論，以下分別對(duì)幾種太陽(yáng)能光熱制冷技術(shù)茲綜述如下。

　　2各種形式的太陽(yáng)能制冷技術(shù)

　　2.1太陽(yáng)能吸收式制冷技術(shù)的原理及進(jìn)展

　　太陽(yáng)能吸收式制冷是最早發(fā)展起來(lái)的，起源于上世紀(jì)30年代，但因成本高，效率低，沒(méi)什么商業(yè)價(jià)值。后來(lái)隨著科技的進(jìn)步，吸收式制冷研究逐漸得到了發(fā)展。由于70年代世界性能源危機(jī)的影響，吸收制冷受到了發(fā)達(dá)國(guó)家的重視，吸收式制冷產(chǎn)業(yè)也得到了普及和發(fā)展。

　　太陽(yáng)能吸收式制冷機(jī)較常使用的有氨—水吸收式制冷機(jī)和溴化鋰—水吸收式制冷機(jī)。吸收式制冷過(guò)程如下：集熱器內(nèi)的溶液經(jīng)太陽(yáng)能加熱，氨或溴化鋰蒸發(fā)后經(jīng)冷凝器冷卻進(jìn)入冰箱中的蒸發(fā)器儲(chǔ)存，制冷時(shí)蒸發(fā)器中的氨或溴化鋰溶液汽化回到集熱器(此時(shí)為吸收器)為稀溶液所吸收，從而達(dá)到制冷的目的。氨—水吸收式制冷機(jī)由于熱力系數(shù)較低，且須設(shè)置精餾裝置，所以設(shè)備比較復(fù)雜，但可以獲得零度以下的低溫。而溴化鋰—水吸收式制冷機(jī)一般只能用于零度以上的情況，常用于空調(diào)上，而且腐蝕性較強(qiáng)，另外必須考慮真空度的要求。進(jìn)入90年代，溴化鋰吸收式制冷機(jī)在國(guó)內(nèi)已成為成熟的產(chǎn)品，而且形成了一個(gè)頗具規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。

　　太陽(yáng)能吸收式制冷由于利用太陽(yáng)能，所以其發(fā)生溫度低，即便采用特殊的集熱器，也只有100℃多一些。因此，其制冷循環(huán)方式都是采用單效方式。再細(xì)分下去，有單效單級(jí)和單效雙級(jí)兩種。迄今為止，國(guó)外的太陽(yáng)能制冷空調(diào)系統(tǒng)通常都采用熱水型單級(jí)吸收式溴化鋰制冷機(jī)。該類(lèi)制冷機(jī)在熱源溫度足夠高及冷卻水溫度比較低的場(chǎng)合，性能良好；若熱源溫度降低而冷卻水溫度較高，它的效率將大大下降，甚至不能正常制冷。因此國(guó)外太陽(yáng)能空調(diào)制冷系統(tǒng)普遍采用高溫運(yùn)行的方式，有的甚至在120℃~130℃下運(yùn)行，需要采用聚光式集熱器，這就影響了太陽(yáng)能制冷空調(diào)的推廣使用。單級(jí)吸收式制冷機(jī)還有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是熱源的可利用溫差小，一般只有6℃~8℃。

　　為了適應(yīng)低溫余熱和太陽(yáng)能的利用，W.B.Ma等人對(duì)雙級(jí)溴化鋰—水吸收式制冷機(jī)進(jìn)行了理論分析和初步的實(shí)驗(yàn)研究，指出雙級(jí)溴化鋰—水吸收式制冷機(jī)可有效利用太陽(yáng)能，有著廣闊的市場(chǎng)前景。這種新型的兩級(jí)吸收式制冷機(jī)有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)，一是所要求的熱源溫度低，在75℃到86℃之間都可運(yùn)行，當(dāng)冷凝水溫為32℃時(shí)，COP值可達(dá)到0.38。二是熱源的可利用溫差大，熱源出口溫度低至64℃。此系統(tǒng)對(duì)熱源溫度有較寬的適應(yīng)范圍，有利于制冷機(jī)在較低的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和不穩(wěn)定的太陽(yáng)能輸入情況下，適應(yīng)其引起的溫度波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行。中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所則從l982年開(kāi)始進(jìn)行了新型熱水型兩級(jí)吸收式溴化鋰制冷機(jī)的研制工作。l997年，又為國(guó)家“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“太陽(yáng)能空調(diào)及供熱示范系統(tǒng)”研制了一臺(tái)l00KW的兩級(jí)吸收式制冷機(jī)，并成功地應(yīng)用于太陽(yáng)能系統(tǒng)中。他們?cè)?4層高樓上安裝了這種系統(tǒng)，制冷和供熱聯(lián)合運(yùn)行，采用改進(jìn)后的平板式集熱器，運(yùn)行效果良好。系統(tǒng)的熱源溫度甚至可低到65℃。

　　陳瀅等人提出了一種新型的單效雙級(jí)吸收式制冷循環(huán)，該循環(huán)采用增大熱源溫差的思路，增加了一個(gè)發(fā)生器和一個(gè)換熱器。模擬計(jì)算表明，其COP值可達(dá)到0.42~0.62之間，熱源出口溫度可降到55℃。

　　采用單效雙級(jí)制冷循環(huán)雖然COP值高，但其系統(tǒng)復(fù)雜，初投資高。因此陳光明等人[4]又提出了采用熱變器原理的單效單級(jí)循環(huán)。新循環(huán)比傳統(tǒng)循環(huán)多了一個(gè)壓縮機(jī)。其循環(huán)如下：從發(fā)生器出來(lái)的制冷劑蒸汽分為兩路，一路送入冷凝器，一路經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，又回到發(fā)生器換熱，再進(jìn)入冷凝器。這里壓縮機(jī)實(shí)際上起到了熱變換器的作用。由于進(jìn)入冷凝器和發(fā)生器的熱負(fù)荷降低，所以系統(tǒng)的COP值增加了。這個(gè)循環(huán)雖然巧妙，但在實(shí)際應(yīng)用中難以保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。

　　2.2太陽(yáng)能吸附式制冷技術(shù)的原理及進(jìn)展

　　一個(gè)基本的太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、閥門(mén)等部分組成。太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)的工作過(guò)程：白天吸附床充分吸收太陽(yáng)能，溫度升高，使制冷劑從吸附劑中解吸出來(lái)，這就造成吸附床內(nèi)壓力升高。解吸出的制冷劑進(jìn)入冷凝器，被冷卻介質(zhì)冷卻之后變?yōu)橐后w由節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器。到了晚上，吸附床被冷卻，當(dāng)壓力下降到蒸發(fā)溫度下的飽和壓力時(shí)，蒸發(fā)器中的液體因壓力驟降而沸騰，達(dá)到蒸發(fā)制冷目的。蒸發(fā)出來(lái)的氣體被吸附床吸附重新生成混合物，從而完成整個(gè)循環(huán)。

　　太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、初投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、壽命長(zhǎng)、安全性好等特點(diǎn)。存在的問(wèn)題有：吸附劑導(dǎo)熱性能差、設(shè)計(jì)尺寸較大以及制冷過(guò)程不連續(xù)等。

　　目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于吸附式制冷系統(tǒng)的研究主要集中在三個(gè)方面：吸附劑一制冷劑工質(zhì)對(duì)的性能研究、制冷循環(huán)方式的研究、發(fā)生器的研究。

　　太陽(yáng)能吸附式制冷循環(huán)方式，除了以上提到的基本方式外，還包括連續(xù)回?zé)嵝汀岵ㄐ秃蛯?duì)流熱波型。對(duì)于制冷循環(huán)方式的研究，可以采用計(jì)算機(jī)模擬對(duì)系統(tǒng)的性能記性預(yù)測(cè)。

　　對(duì)于發(fā)生器（吸附床）的研究，主要是集中在對(duì)吸附劑傳熱傳質(zhì)性能的強(qiáng)化上。吸附床的傳熱傳質(zhì)特性對(duì)吸附式制冷系統(tǒng)有較大的影響。一方面，吸附床的傳熱效率和傳質(zhì)特性直接影響制冷系統(tǒng)對(duì)熱源的利用；另一方面，傳熱傳質(zhì)越快，循環(huán)周期越短，則單位時(shí)間制冷量越大。因此，提高吸附床的傳熱傳質(zhì)性能是吸附式制冷效率提高的關(guān)鍵。其中比較常用的方法有：一、在床中嵌入金屬肋片，二、在吸附劑中添加金屬顆粒。李春華等[5]的研究表明，在吸附床中嵌入合適的金屬肋片或提高吸附劑的導(dǎo)熱系數(shù)均可大大減小床內(nèi)的溫度梯度，并且，嵌入肋片的方法更為行之有效；肋片的熱容對(duì)吸附床的溫升有很大負(fù)面影響，應(yīng)選取熱容較小的金屬。同時(shí)肋片間距也要適當(dāng)，一般6cm左右較合適。朱冬生等[6]研究了吸附床與吸附劑（聚苯胺）顆粒表面的接觸熱阻，分析了在接觸熱阻的同時(shí)對(duì)吸附床內(nèi)吸附劑的傳質(zhì)過(guò)程沒(méi)有影響。這里是通過(guò)減小熱阻的方式來(lái)強(qiáng)化床層的傳熱效果。李東明等[7]建立了吸附床的熱力學(xué)計(jì)算模型，該模型在考慮了床內(nèi)溫度、壓力、質(zhì)量相互作用的基礎(chǔ)上，給出了內(nèi)部節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)的有限差分方程，利用數(shù)值計(jì)算方法給出了在太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度變化時(shí)方程的合理解，為吸附床內(nèi)動(dòng)態(tài)特性的進(jìn)一步分析奠定了基礎(chǔ)。

　　2.3太陽(yáng)能?chē)娚涫街评浼夹g(shù)的原理及進(jìn)展

　　噴射式制冷是太陽(yáng)能經(jīng)集熱器產(chǎn)生一定壓力的蒸汽來(lái)完成