浅析太阳能空调

马鹏飞

摘要：本文主要介绍了太阳能空调技术的基本原理、发展历程、应用及存在问题。太阳能制冷具有节能环保的优点，有良好的发展前景。

关键词：太阳能 制冷技术 发展 应用

Abstract: This article mainly introduced the fundamental principles of solar air conditioning technology and its development, application and current problems. Solar cooling has the advantage of energy conservation and environmental protection, and it has a promising future.

Key words: solar energy；refrigeration technology；development；application

中图分类号：TK511文献标识码：A 文章编号：

引言

实现太阳能制冷主要有两条途径[1]: 一是光热转换, 以热制冷, 如吸收式制冷、吸附式制冷；二是光电转换, 以电制冷, 如光电制冷、热电制冷。光电转换的制冷方法由于成本较高, 实际推广和应用较少；以热制冷方式由于其相对廉价而备受青睐。太阳能制冷研究主要在三个方向上进行，即太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷和太阳能喷射式制冷，以这三种制冷方法为基础，或综合或增强，又延伸出一些新的制冷方法。其中吸收式制冷和喷射式制冷[2]都已经进入了应用阶段，吸附式制冷还处在研究阶段。下面对这三种制冷方法分别进行介绍。

2.太阳能空调制冷原理及特点

2.1 太阳能吸收式制冷[3]

太阳能吸收式制冷系统采用平板或热管型真空管集热器来收集太阳能, 用来驱动单效、双效或双级吸收式制冷机, 工质主要采用LiBr2H2O, 如图1所示。当太阳能不足时可采用燃油或燃煤鍋炉进行辅助加热。

其工作原理是利用太阳能集热器采集热量加热水，再以热水加热发生器中的溶液, 产生冷凝蒸汽, 制冷剂经过冷却、冷凝和节流降压在蒸发器中由液体汽化吸热实现制冷, 之后制冷剂蒸汽被吸收器中的吸收溶液吸收, 吸收完成后再由泵加压将含有制冷剂的溶液送入发生器进行加热蒸发,完成一个制冷循环。

太阳能吸收式空调与常规空调相比[6]，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，显著地提高了太阳能系统的利用率和经济性。

2.2 太阳能吸附式制冷[4]

太阳能吸附式制冷系统的制冷原理, 是利用吸附床中的固体吸附(如活性炭)对制冷剂(如甲醇)的周期性吸附、解吸附过程实现制冷循环, 即当无阳光暴晒加热时, 吸附剂在较低温度下对制冷剂进行吸附压缩, 导致液态的制冷剂在蒸发器内汽化吸热, 从而使包含蒸发器的空间温度下降,达到制冷的目的。此过程一般在夜间进行。当吸附剂处于阳光曝晒的加热状态时, 夜间被吸附的气态制冷剂受热脱附, 离开吸附床, 过冷凝器时凝结为液体, 流回蒸发器中, 等待下一循环的蒸发、吸热过程的开始。通常, 吸附剂装入吸附床(集热

器)中, 以接近垂直的角度接收太阳光线的辐射加热, 制冷剂装入蒸发器中。

一个基本的吸附式制冷系统由吸附床(集热器)、冷凝器、蒸发器和阀门等构成, 如图2所示。

该系统有两种形式[5]: 一种为利用昼夜交替实现自然循环的间歇式太阳能吸附式制冷系统, 通常用于夜间制冰, 但生产周期较长；另一种是连续性太阳能吸附式制冷系统, 即利用多个吸附床交替地进行吸附和脱附、并在吸附床之间发生热交换的连续性回热式循环制冷系统。

3.太阳能制冷技术的发展

3.1 太阳能吸收式制冷

太阳能吸收式制冷是最早发展起来的，起源于上世纪30年代，但因成本高，效率低，没什么商业价值。后来随着科技的进步，吸收式制冷研究逐渐得到了发展。由于70年代世界性能源危机的影响，吸收制冷受到了发达国家的重视，吸收式制冷产业也得到了普及和发展。

为了适应低温余热和太阳能的利用，W.B.Ma等人对双级溴化锂—水吸收式制冷机进行了理论分析和初步的实验研究，指出双级溴化锂—水吸收式制冷机可有效利用太阳能，有着广阔的市场前景。此系统对热源温度有较宽的适应范围，有利于制冷机在较低的太阳辐射强度

陈滢[1]等人提出了一种新型的单效双级吸收式制冷循环，该循环采用增大热源温差的思路，增加了一个发生器和一个换热器。模拟计算表明，其COP值可达到0.42~0.62之间，热源出口温度可降到55oC。

3.2 太阳能吸附式制冷[4]

目前对吸附式制冷技术的研究主要包括以下3个方面：吸附剂—制冷剂工质对的性能，各种循环方式的热力性能和发生器（吸附床）性能。对吸附剂—制冷剂工质对的性能研究已从工质对本身特性的研究发展到放在整个系统中进行。研究的多为沸石—水、活性炭—甲醇和氯化钙—氨为工质对。另外，硅胶—水、活性炭—乙醇等也被用于吸附式制冷系统中。活性炭—甲醇应用最广，但甲醇有毒，影响了它的使用。沸石—水的温度解吸范围广，在70oC~250oC之间，但它只能用于0oC以上的工况，限制了它的进一步应用。因此对吸附式制冷工质对的研究有必要继续深入。

结论

近年来，地球表面温度逐年上升，人们对夏季空调的要求越来越强烈，安装空调已成为我国大部分地区的一股消费浪潮。我们相信，太阳能吸收式空调[10]系统可以发挥夏季制冷、冬季采暖、全年提供热水的综合优势，必将取得显著的经济、社会和环境效益，具有广阔的推广应用前景。

参考文献：

[1]王如竹，代彦军．太阳能制冷[M]．北京：化学工业出版社． 2007.

[2]方承超，赵军.太阳能增强型喷射式制冷系统的研究[J].太阳能学报，1994，(2).

[3]李金伟，秦玉涛，马利军.浅析太阳能空调技术的开发与应用[J].中州大学学报，2003,(4).

[4]卢允庄，王如竹，姜周曙.固体吸附式制冷技术及其研究进展[J].能源技术，2001．(22).

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。