| 一、引言
利用可再生能源和其它余熱可有效緩解世界范圍內的能源緊張和環境污染問題，太陽能是一種清潔、可再生能源，長期以來一直受到科技界的重視。太陽能制冷之所以能成為制冷技術研究的熱點是因為它具有自己獨特的優點。首先是節能，國際上用于民用空調所耗電能占民用總電耗的50%，太陽能制冷用于空調，將大大減小電力消耗、節約能源；其次是環保，根據《蒙特利爾議定書》，目前壓縮式制冷機主要使用的CFC類工質因為對大氣臭氧層有破壞作用應停止使用，太陽能制冷一般采用非氟烴類的物質作為制冷劑，臭氧層破壞系數和溫室效應系數均為零，適合當前環保要求，同時減少燃燒化石能源發電帶來的環境污染。
二、各種形式的太陽能制冷技術
（一）太陽能吸收式制冷技術
1、太陽能吸收式制冷原理和特點
吸收式制冷是利用溶液濃度的變化來獲取冷量的裝置，即制冷劑在一定壓力下蒸發吸熱，再利用吸收劑吸收制冷劑蒸汽。自蒸發器出來的低壓蒸汽進入吸收器并被吸收劑強烈吸收，吸收過程中放出的熱量被冷卻水帶走，形成的濃溶液由泵送入發生器中被熱源加熱后蒸發產生高壓蒸汽進入冷凝器冷卻，而稀溶液減壓回流到吸收器完成一個循環。它相當于用吸收器和發生器代替壓縮機，消耗的是熱能。熱源可以利用太陽能、低壓蒸汽、熱水、燃氣等多種形式。
吸收式制冷系統的特點與所使用的制冷劑有關，常用于吸收式制冷機中的制冷劑大致可分為水系、氨系、乙醇系和氟里昂系四個大類。吸收式空調采用溴化鋰或氨水制冷機方案，雖然技術相對成熟，但系統成本比壓縮式高，主要用于大型空調，如中央空調等。
2、太陽能吸收式制冷的研究現狀及發展
太陽能吸收式制冷是最早發展起來的，起源于1932年，但因成本高、效率低，沒什么商業價值。后來隨著科技的進步，吸收式制冷研究逐漸得到了發展。由于1992年世界性能源危機的影響，吸收制冷受到了發達國家的重視，吸收式制冷產業也得到了普及和發展。
太陽能吸收式制冷由于利用太陽能，所以其發生溫度低，即便采用特殊的集熱器，也只有100℃多一些。因此，其制冷循環方式都是采用單效方式。陳瀅等人提出了一種新型的單效雙級吸收式制冷循環，該循環采用增大熱源溫差的思路，增加了一個發生器和一個換熱器。模擬計算表明，其COP值可達到0.42-0.62之間，熱源出口溫度可降到55℃。采用單效雙級制冷循環雖然COP值高，但其系統復雜，初投資高，因此陳光明等人又提出了采用熱變器原理的單效單級循環，新循環比傳統循環多了一個壓縮機。
其系統循環如圖2所示：從發生器出來的制冷劑蒸汽分為兩路，一路送入冷凝器，一路經壓縮機壓縮后，又回到發生器換熱，再進入冷凝器，這里壓縮機實際上起到了熱變換器的作用。由于進入冷凝器和發生器的熱負荷降低，所以系統的COP值增加了。這個循環雖然巧妙，但在實際應用中難以保證壓縮機的正常運行。
（二）太陽能吸附式制冷技術
1、吸附式制冷原理和特點
吸附式制冷系統由吸附床、冷凝器、蒸發器和節流閥等構成，如圖3所示：工作過程由熱解吸和冷卻吸附組成，基本循環過程是利用太陽能或者其他熱源，使吸附劑和吸附質形成的混合物(或絡合物)在吸附床中發生解吸，放出高溫高壓的制冷劑氣體進入冷凝器，冷凝出來的制冷劑液體由節流閥進入蒸發器。制冷劑蒸發時吸收熱量，產生制冷效果，蒸發出來的制冷劑氣體進入吸附發生器，被吸附后形成新的混合物(或絡合物)，從而完成一次吸附制冷循環過程。基本循環是一個間歇式的過程，循環周期長，COP值低，一般可以用兩個吸附床實現交替連續制冷，通過切換集熱器的工作狀態及相應的外部加熱冷卻狀態來實現循環連續工作。
吸附式制冷具有結構簡單、一次投資少、運行費用低、使用壽命長、無噪音、無環境污染、能有效利用低品位熱源等一系列優點。與吸收式制冷系統相比，吸附式制冷不存在結晶問題和分餾問題且能用于振動、傾顛或旋轉的場所。
2、太陽能吸附式制冷的研究現狀及發展
吸附式制冷依靠固體吸附劑在白天吸收太陽能解吸，晚上則吸附制冷。目前對吸附式制冷技術的研究主要包括以下幾個方面：（1）吸附劑—制冷劑工質對的性能，各種循環方式的熱力性能和發生器（吸附床）性能。對吸附劑—制冷劑工質對的性能研究已從工質對本身特性的研究發展到放在整個系統中進行。研究的多為沸石—水、活性炭—甲醇和氯化鈣—氨為工質對。（2）吸附式制冷循環方式的研究有基本型、連續型、連續回熱型、熱波型和對流熱波型，前三種已有樣機研制成功，后兩種尚處在理論模擬和實驗室階段。最簡單的連續型循環是采用雙床結構，一個床吸附，同時另一個床解吸，這樣就得到了連續制冷，避免了傳統吸附式制冷白天解吸，夜間吸附的間歇性制冷的缺點。（3）吸附床的研究主要是強化它的傳熱，方法有采用高導熱性能的復合吸附劑，如沸石粉與聚苯胺復合吸附劑的導熱性能和吸附性能均遠優于沸石顆粒。如果將顆粒狀的吸附劑嵌入膨化的石墨板中，會得到更高的導熱系數。（4）由于現今國際上的太陽能吸附制冷裝置大多以水或甲醇等低飽和蒸汽壓液體作為制冷劑，如何長期保證系統較高的真空度是太陽能吸附制冷技術走向應用的一個難題。針對這個問題，劉震炎等人研制了一種新型非金屬太陽能制冷管。其殼體采用高透過率的玻璃管，一根冷管即為一個制冷單元，結構簡單，易于模塊化，這些使冷管型太陽能制冷系統具有良好的實用性。
（三）太陽能噴射式制冷技術
1、噴射式制冷原理和特點
制冷劑在換熱器中吸熱后汽化、增壓，產生飽和蒸汽，蒸汽進入噴射器，經過噴嘴高速噴出膨脹，在噴嘴附近產生真空，將蒸發器中的低壓蒸汽吸入噴射器，經過噴射器出來的混合氣體進入冷凝器放熱、凝結，然后冷凝液的一部分通過節流閥進入蒸發器吸收熱量后汽化，這部分工質完成的循環是制冷循環。
另一部分通過循環泵升壓后進入換熱器，重新吸熱汽化，他們所做的循環稱為動力循環。
噴射式制冷系統中循環泵是運動部件，系統設置比吸收式制冷系統簡單、運行穩定、可靠性較高等優點；缺點是性能系數較低。
2、太陽能噴射式制冷研究現狀及發展
噴射式制冷是太陽能經集熱器產生一定壓力的蒸汽來完成噴射制冷。噴射式制冷系統簡單，但制冷系數較低，因而Sokolov針對其COP較低的缺點，設計了增壓噴射循環和壓縮噴射混合循環兩種解決方案以消耗少量電能為代價，換取系統性能系數的大幅提高。Sokolov的工作促進了太陽能噴射式制冷系統的研究，將噴射器與其他系統結合使用，可以有效的改進工藝過程、降低能耗或者在不增加系統復雜性的基礎上產生出新的更高效的制冷系統。有一種新的太陽能吸收—噴射復合制冷系統如圖5所示，它把吸收式制冷和噴射式制冷兩者合二為一，既保持單效吸收式制冷系統流程簡單的特點，又彌補了噴射式制冷效率低的缺點。它在吸收循環基礎上，增加氣、液噴射器，打破了吸收循環的制約關系，使發生器濃度和吸收器濃度成為兩個可以選擇的參量，在熱源溫度不變時，比單一吸收循環效率顯著提高。
三、太陽能制冷技術的展望
與蒸汽壓縮式制冷相比，太陽能制冷技術目前不是很成熟，但是因為其環保節能的特點，決定其具有良好的發展前景。目前，制約其廣泛應用的主要原因是成本較高。太陽能制冷要降低成本，一方面要大力開發高效太陽能集熱板，提高熱力學性能；另一方面，走產業化發展的道路。為此，可以與熱水器的應用相結合(如太陽能冰箱-熱水合機)，太陽能制冷與太陽能熱水器結合，實行聯產。太陽能熱水器的熱銷可以看出太陽能的廣闊前景。2000年我國太陽能熱水器的年產量達到640萬平方米，比1999年增長率40%，太陽能熱水器累計擁有量超過2600萬平方米，而戶用比例只有3%，與日本的20%、以色列的80%相比，市場發展潛力巨大。同時家用空調和冰箱的需求也是一個巨大的市場，美國家庭家用空調的持有量為40%，我國還遠沒有達到，尤其中小城鎮和農村地區，太陽能資源豐富，利用方便，隨著人們生活水平的提高，對制冷空調的需求越來越多，太陽能制冷將會大有用武之地，必定會為廣大制冷企業帶來無限的商機。
四、結論
太陽能吸收式制冷系統龐大，運行復雜。吸附式制冷則停留在實驗室階段，因此對吸收式制冷的小型化和吸附式制冷的實用化是研究的熱點。太陽能是取之不盡用之不竭的綠色能源，提高太陽能的利用效率和太陽能制冷技術的實用化是今后重點研究的方向。隨著綠色建筑的興起，與其相結合的太陽能吸附式制冷、吸附—噴射式制冷、新型的噴射式制冷如熱管噴射式制冷技術必然會有迅速的發展。 |
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