太阳能吸附式制冷系统

杜梅霞 王晶

摘 要：太阳能制冷系统由吸附式制冷、溶液除湿和顶板冷辐射三部分组成。介绍了各部分的工作原理、过程。从技术、经济角度对其可行性进行了分析，指出太阳能吸附式制冷系统对环境保护及节能减排工作有积极作用。

关键词：空调系统；太阳能制冷；顶板冷辐射；溶液除湿

随着人们生活水平不断提高，空调应用日益广泛，空调能耗约占全国总能耗的30%。近年来常规能源供应紧张，环保意识不断加强，开发利用洁净、可持续发展型能源迫在眉睫。太阳能是一种洁净、可再生能源且分布广泛、取之不尽。太阳能制冷系统的应用对缓解能源紧张，保护环境有积极意义。

1 太阳能吸附式制冷系统

太阳能吸附式制冷系统是吸附式制冷、溶液除湿的集成系统。下图是太阳能吸附式制冷系统示意图，由吸附式制冷系统、溶液除湿系统和空调末端设备三部分组成。

1.1 太阳能吸附制冷原理

原理：多孔固体（吸附剂）和对应液体（吸附质）形成吸附制冷工质对。固体吸附剂吸附气态吸附质，液态吸附质从外界吸热蒸发转变为气态吸附质，吸附质的蒸发吸热实现制冷； 饱和后的固体吸附剂被太阳能辐射加热解吸。系统循环往复实现连续制冷。

系统组成： 集热吸附床1、冷凝器4和蒸发器3。工作过程： 1吸收太阳辐射温度升高解吸出吸附质，太阳能转变为吸附势能；解吸出的气态吸附质通过2与稀溶液换热后冷凝；晚上1被环境冷却降低到吸附温度，打开4，在吸附势能的作用下吸附质在3中吸热蒸发，实现制冷。

1.2 溶液除湿原理

原理：利用除湿浓溶液表面水蒸气分压力小于空气中水蒸气分压力，在水蒸气分压力差的作用下，达到空气除湿目的。其特点是吸湿量大，可以把空气处理到很低的含湿量。

系统组成：除湿器9、溶液再生装置12、热管换热器2、浓溶液储存罐11、稀溶液储存罐13。工作过程：浓溶液从9上部均匀喷下与空气湿交换，变成稀溶液后进入13，当制冷系统解析时，解析出的吸附质与稀溶液在2中换热，之后进入12溶液再生。

1.3 空调末端装置

空调末端采用顶板冷辐射形式。顶棚辐射供冷形式，如塑料辐射细管。通过辐射和对流换热方式使房间降温。毛细管网顶板辐射空调系统夏季向毛细管供给18～20℃冷水（传统空调系统是7～12℃）。

2 太阳能吸附式制冷空调系统技术可行性分析

2.1 太阳能吸附式制冰机的改进

近年来，我国各高校积极地开展了固体吸附式制冷循环的研究，并在吸附机理、固体吸附式连续回热循环装置的实现、余热驱动的固体吸附式空调/热泵装置等方面，取得了实质性的成效。如上海交通大学制作螺旋板式吸附器的连续回热型活性炭-甲醇吸附式制冷机系统COP达到了0.4～0.5和太阳能供热与制冷联合循环的复合机该系统的太阳能总能利用率将有望达到0.6以上[5]。太阳辐射的随机性和周期性导致制冷系统不能可靠和连续制冷，解决的办法是添加电加热器。

2.2 溶液除湿系统

溶液除湿系统中分别设有浓、稀溶液储存罐保证系统的连续运行。为防止日照不足或者阴雨天除湿需要还在12添加了电加热设备，必要时启动辅助装置再生，以保证溶液除湿系统的稳定、可靠运行。

2.3 空调末端

空调末端采用顶板冷辐射的原因：一辐射供冷可以提高进口水温。二舒适性好，高度上温度分层小，无吹冷风感。冷却吊顶系统夏季温度比常规空调系统高1～2℃，但人的舒适感相同。

3 太阳能吸附式制冷空调系统的经济可行性分析

两种太阳能制冷装置的性能分析和比较显示，复合机系统在接受输入光能54MJ的条件下，可将120kg水加热至90～95℃，并可日制冰10kg。1.5m2的平板集熱器，在接受外界光能30MJ的条件下，日制冰达8kg以上。1kg冰的熔解热2.1kJ/kg，水的比热4.18kJ/kg，回水取22℃，1.5m2的平板集热器，接受外界光能30MJ条件下的制冷量是752.48kJ。此制冷量是不消耗任何常规能源。折算到压缩式制冷机需消耗电能0.07kWh，折算成标准煤为31g。

溶液除湿系统负担房间的潜热负荷，顶板冷辐射负责房间的显热负荷。通过在蒸发器外加蓄冷水箱[3]，蓄存制冷量。溶液除湿系统通过热管换热器回收利用解析热，一方面提高了太阳能的利用率，另一方面节省了再生溶液的加热。蓄冷水箱的低温水先经过溶液除湿器和被处理空气换热后温度升高为20℃，再与低温水混合为19℃进入冷辐射顶板内，实现了能量的梯级利用。

4 结语

太阳能吸附式制冷系统节能环保，对于节能减排有积极的意义。此系统没有运动部件，无需防震减噪措施，维修工作量小，除水泵和电加热器外没有耗电设备。尤其适用于电力资源贫乏、太阳能资源丰富的地区。

参考文献：

[1]马玉奇，刘学来，李永安，薛红香.毛细管平面空调系统简介[J].建筑节能，2007，35（201）：5-7.

[2]王如竹，代彦军.编著.太阳能制冷[M].化学工业出版社，2006.

[3]殷勇高，张小松，李应林，管振水.蓄能型太阳能溶液除湿蒸发冷却空调系统研究[J].东南大学学报（自然科学版），2005，35（1）：73-76.

[4]李震，江亿，陈晓阳，等. 溶液除湿空调及热湿独立处理空调系统[J].暖通空调，2003，33（6）：26-29.

[5]王如竹.吸附式制冷新技术[J].化工学报，2000，51（4），435-442.