太阳能空调制冷技术及其研究进展

汪银华

摘 要：随着科学技术的不断发展，人们对空调的使用和需求越来越大。为了更好的满足人们的需求，空调的制冷技术也受到越来越多人的关注，而太阳能作为一种清洁能源，用于空调的制冷，可以有效的降低对电能的消耗，也能减少对环境的污染。利用太阳能实现空调的制冷具有很多的技术途径，最有发展前景的是将太阳能转化为热能，从而实现制冷。

关键词：太阳能；空调制冷技术；发展趋势

随着社会与经济的不断发展，我们的生活水平得到了巨大的改善，但是我们也将面临环境污染和能源短缺的威胁。近年来随着人们对空调的需求量不断增加，采用太阳能实现空调的制冷，既能满足人们的需求，也是符合可持续发展的一种崭新的技术途径。利用太阳能实现空调的制冷具有很大的优势，因为它的季节匹配性非常好，在天气比较热的时候，也是最需要制冷的时候，这时候太阳的辐射条件比较好，达到的制冷量也比较大。目前国内外学者对太阳能制冷技术的研究比较多，本文仅对几种太阳能制冷技术的研究和应用做了简要的介绍。

1 太阳能热驱动制冷技术及其应用

目前经常使用的太阳能热驱动技术主要包括四种，吸附式、吸收式、除湿空调和喷射式制冷四大类，从国内外的综合报道来看，使用太阳能吸收式空调的比例比较高，约为60%，另外除湿空调使用的比例为28%，而吸附式空调占12%，在我国，使用太阳能吸收式空调的比例也最高，占45%，另外除湿空调和吸附式空调的比例分别为40%和15%。

1.1 太阳能吸收式制冷技术及其应用

目前经常使用的太阳能制冷方式是用太阳能集热器收集太阳能，然后利用收集的太阳能来驱动吸收式制冷系统。经常使用的太阳能吸收式制冷机主要包括氨吸收式（NH3-H20）制冷机和溴化锂吸收式（LiBr-H20）制冷机。

氨-水吸收式太阳能空调是将太阳能转化为热能，然后利用热量和溶液的特性来制冷。水起吸收剂的作用，而氨起制冷剂的作用。氨-水吸收式太阳能空调中使用的集热器是将太阳能真空管和平板集热器组合而成的，工质热源温控制在80至 160 ℃，额定空调COP调节在0.5至0.6之间。氨-水吸收式太阳能空调最大的优势就是空调的温度调节的范围很大，最低温度可以达到冷冻的要求，可以制取0 ℃以下的低温，但是制冷工质不会受到低温的影响，不会发生结晶现象，这样就比较容易实现风冷化。但是该系统中使用的氨是有毒物质，而且具有刺激性臭味，会对人体产生不好的影响；另外该系统比较复杂，制冷机内部压力也相对较高，很容易发生泄漏，造成安全隐患；此外对热源温度的要求也比较高，从而限制了制冷技术，使得氨-水吸收式太阳能空调的发展受到了阻碍。

吸收式制冷机主要是利用溶液浓度变化来实现制冷的，它是以溴化锂作为吸收剂的，而水是制冷剂，它不仅可以制冷，还能够制暖。溴化锂-水吸收式太阳能空调的集热器与氨-水吸收式太阳能空调的集热器是相同的，也是将太阳能真空管和平板集热器组合而成的，但是要求工质热源温度控制在65 ℃以上，额定的空调COP 为0.4。溴化锂吸收式制冷机在运行中十分节约电能；另外由于整个机组运动部件比较少，因此该系统的结构较简单，且运转起来无噪声，不会影响人们的正常生活，在维护管理方面也十分方便；此外，制冷量的调节范围也比较广。由于这些优势，它的发展非常迅猛，目前主要应用于大型中央空调系统。与传统的单效吸收制冷机相比，溴化锂-水吸收式空调发展前景更好，在技术上更具有优势。

1.2 太阳能吸附式制冷技术及其应用

太阳能吸附式制冷技术是将太阳能作为热源，然后利用吸附制冷原理进行制冷。它采用的工质通常为活性炭-甲醇、硅胶—水、氯化钙—氨等，它的制冷环节主要包括加热、脱附、冷凝、吸附、蒸发这几个环节。与吸收式制冷机相比，吸附式制冷机不需要运动部件和溶液泵，因此不会出现腐蚀的现象，它需要的热源温度也比较低，整个系统也比较简单，因此更加适用于小型的太阳能空调系统。

目前经常使用的是硅胶—水吸附式制冷机，它采用的是60至80 ℃的热水驱动，利用太阳能集热器产生的热水作为驱动实现制冷的过程。它最大的优势是要求的热源温度比较低，而且与集热器的工作温度匹配的比较好。它的制冷功率为8.5kW，额定的空调COP 为0.4。

1.3 太阳能除湿空调技术及其应用

太阳能除湿空调技术主要是利用干燥剂进行除湿和蒸发冷却，这样使得整个制冷过程是无污染的，而且该系统对热源温度的要求是最低的。根据采用的干燥剂的状态不同，主要分为固体除湿空调和溶液除湿空调两种。

固体除湿空调又分为固定床式和转轮式这两种，目前应用最广泛的是转轮式除湿空调。该空调主要是利用复合干燥剂材料的物理吸附和化学吸附等功能，大大的提高了除湿空调的循环动态吸湿率，从而降低了对热源温度的要求。另外，该系统的级间冷却方法也提高了整个系统的效率。它的空调COP大于1，可以利用50℃以上的热源温度。溶液除湿空调主要是利用溶液的浓度差实现对空调除湿能力的蓄存，它的存储能力与周围环境的温差损失息息相关。目前对于该空调的研究主要集中在德国、澳大利亚、意大利等国家。

1.4 太阳能蒸汽喷射式制冷技术及其应用

太阳能蒸汽喷射式制冷技术主要是利用太阳能的集热器进行加热，将低沸点工质转变成高压蒸汽，然后利用制冷机在蒸发器中汽化而达到制冷的效果。目前经常使用的技术包括热管喷射制冷和被动式喷射制冷。

热管喷射制冷主要是由热管、喷射器和蒸发器组成的，在热管中，低沸点的工质通过吸收太阳能转变成高压蒸汽，高压蒸汽经过喷射器转变成低压蒸汽，两股蒸汽相遇后在冷凝管中冷凝，冷凝后的液体一部分流入蒸发室，另一部分返回到热管发生室，进行循环利用。该系统主要是通过工质的蒸发产生制冷的效应。热管喷射制冷系统没有运动部件，因此结构比较简单，在维护管理上比较方便，但是它的制冷工质可以调节的范围比较窄，目前可以使用的就是水、甲醇、乙醇等。

被动式喷射制冷主要是利用冷凝器和发生器之间的重力差来代替循环泵，冷凝器中的冷凝液体一部分通过膨胀阀进入蒸发器，另一部分通过重力进入发生器。该系统没有运动部件，但是由于是利用水做制冷剂，运行压力小于大气压，因此很可能渗入空气，导致太阳能资源利用的不连续。

2 发展展望

目前利用太阳能实现制冷的应用越来越多，但是所有的应用都还是处于试验阶段，这与该项技术的复杂性、经济性以及运行成本等都有很密切的关系。如何将该项技术以最低的成本运用到空调的制冷系统是亟待解决的问题。要想使这一课题得到真正的实现，首先要提高太阳能的转化率，因为太阳能的转化率直接影响到空调制冷系统的效能，也使太阳能空调的推广受到制约。其次，要将设备小型化，目前的太阳能空调大多使用的是大型机组，比较适用于中央空调，而家用机的研发才更具有推广的实用意义。再次，要降低制造设备的成本，这样才能保证太阳能制冷系统的大范围推广应用。

3 小结

太阳能空调可以有效的利用太阳能，节省电能，降低对环境的污染，具有很好的发展前景。它是一项新型的节能环保技术，能够有效的解决目前能源短缺、环境污染严重的问题。当然，该技术的广泛应用还具有一定的局限性，这就需要我们不断的转变理念，运用长远的眼光与科学的观念，去不断的探究新型的技术，开发新型的能源。

参考文献：

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