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

　　關(guān)鍵詞：太陽能；制冷；原理；進展

　　1前言

　　當(dāng)前，人類面臨著能源危機、臭氧層破壞以及溫室效應(yīng)等諸多能源和環(huán)境問題，因此開發(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。利用太陽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，而太陽能制冷正是太陽能利用的一個重要方面。太陽能應(yīng)用于制冷技術(shù)領(lǐng)域有其獨特得優(yōu)點，一方面利用太陽能驅(qū)動制冷可以節(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，太陽能驅(qū)動的制冷系統(tǒng)一般采用非氟烴類的物質(zhì)作為制冷劑，對臭氧層無破壞也不會引起溫室效應(yīng)，同時減少消耗化石能源發(fā)電帶來的環(huán)境污染。

　　實現(xiàn)太陽能制冷主要有兩個途徑：一是太陽能光熱轉(zhuǎn)換，利用熱能制冷；一是太陽能光電轉(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能轉(zhuǎn)化為電能，利用電能驅(qū)動蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)制冷，還可以將太陽能發(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)實現(xiàn)太陽能制冷。光電制冷由于成本很高，目前的研究及應(yīng)用都較少，對于這類太陽能制冷技術(shù)本文不做討論，以下分別對幾種太陽能光熱制冷技術(shù)茲綜述如下。

　　2各種形式的太陽能制冷技術(shù)

　　2.1太陽能吸收式制冷技術(shù)的原理及進展

　　太陽能吸收式制冷是最早發(fā)展起來的，起源于上世紀(jì)30年代，但因成本高，效率低，沒什么商業(yè)價值。后來隨著科技的進步，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的影響，吸收制冷受到了發(fā)達國家的重視，吸收式制冷產(chǎn)業(yè)也得到了普及和發(fā)展。

　　太陽能吸收式制冷機較常使用的有氨—水吸收式制冷機和溴化鋰—水吸收式制冷機。吸收式制冷過程如下：集熱器內(nèi)的溶液經(jīng)太陽能加熱，氨或溴化鋰蒸發(fā)后經(jīng)冷凝器冷卻進入冰箱中的蒸發(fā)器儲存，制冷時蒸發(fā)器中的氨或溴化鋰溶液汽化回到集熱器(此時為吸收器)為稀溶液所吸收，從而達到制冷的目的。氨—水吸收式制冷機由于熱力系數(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，另外必須考慮真空度的要求。進入90年代，溴化鋰吸收式制冷機在國內(nèi)已成為成熟的產(chǎn)品，而且形成了一個頗具規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。

　　太陽能吸收式制冷由于利用太陽能，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。再細分下去，有單效單級和單效雙級兩種。迄今為止，國外的太陽能制冷空調(diào)系統(tǒng)通常都采用熱水型單級吸收式溴化鋰制冷機。該類制冷機在熱源溫度足夠高及冷卻水溫度比較低的場合，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。因此國外太陽能空調(diào)制冷系統(tǒng)普遍采用高溫運行的方式，有的甚至在120℃~130℃下運行，需要采用聚光式集熱器，這就影響了太陽能制冷空調(diào)的推廣使用。單級吸收式制冷機還有一個很大的缺點，就是熱源的可利用溫差小，一般只有6℃~8℃。

　　為了適應(yīng)低溫余熱和太陽能的利用，W.B.Ma等人對雙級溴化鋰—水吸收式制冷機進行了理論分析和初步的實驗研究，指出雙級溴化鋰—水吸收式制冷機可有效利用太陽能，有著廣闊的市場前景。這種新型的兩級吸收式制冷機有兩個顯著的特點，一是所要求的熱源溫度低，在75℃到86℃之間都可運行，當(dāng)冷凝水溫為32℃時，COP值可達到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)對熱源溫度有較寬的適應(yīng)范圍，有利于制冷機在較低的太陽輻射強度和不穩(wěn)定的太陽能輸入情況下，適應(yīng)其引起的溫度波動，實現(xiàn)穩(wěn)定的運行。中國科學(xué)院廣州能源研究所則從l982年開始進行了新型熱水型兩級吸收式溴化鋰制冷機的研制工作。l997年，又為國家“九五”科技攻關(guān)項目“太陽能空調(diào)及供熱示范系統(tǒng)”研制了一臺l00KW的兩級吸收式制冷機，并成功地應(yīng)用于太陽能系統(tǒng)中。他們在24層高樓上安裝了這種系統(tǒng)，制冷和供熱聯(lián)合運行，采用改進后的平板式集熱器，運行效果良好。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，增加了一個發(fā)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(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循環(huán)。新循環(huán)比傳統(tǒng)循環(huán)多了一個壓縮機。其循環(huán)如下：從發(fā)生器出來的制冷劑蒸汽分為兩路，一路送入冷凝器，一路經(jīng)壓縮機壓縮后，又回到發(fā)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(fā)生器的熱負(fù)荷降低，所以系統(tǒng)的COP值增加了。這個循環(huán)雖然巧妙，但在實際應(yīng)用中難以保證壓縮機的正常運行。

　　2.2太陽能吸附式制冷技術(shù)的原理及進展

　　一個基本的太陽能吸附式制冷系統(tǒng)主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、閥門等部分組成。太陽能吸附式制冷系統(tǒng)的工作過程：白天吸附床充分吸收太陽能，溫度升高，使制冷劑從吸附劑中解吸出來，這就造成吸附床內(nèi)壓力升高。解吸出的制冷劑進入冷凝器，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，蒸發(fā)器中的液體因壓力驟降而沸騰，達到蒸發(fā)制冷目的。蒸發(fā)出來的氣體被吸附床吸附重新生成混合物，從而完成整個循環(huán)。

　　太陽能吸附式制冷系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、初投資少、運行費用低、壽命長、安全性好等特點。存在的問題有：吸附劑導(dǎo)熱性能差、設(shè)計尺寸較大以及制冷過程不連續(xù)等。

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

　　太陽能吸附式制冷循環(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α鳠岵ㄐ汀τ谥评溲h(huán)方式的研究，可以采用計算機模擬對系統(tǒng)的性能記性預(yù)測。

　　對于發(fā)生器（吸附床）的研究，主要是集中在對吸附劑傳熱傳質(zhì)性能的強化上。吸附床的傳熱傳質(zhì)特性對吸附式制冷系統(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對吸附床內(nèi)吸附劑的傳質(zhì)過程沒有影響。這里是通過減小熱阻的方式來強化床層的傳熱效果。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)點和邊界節(jié)點的有限差分方程，利用數(shù)值計算方法給出了在太陽能輻射強度變化時方程的合理解，為吸附床內(nèi)動態(tài)特性的進一步分析奠定了基礎(chǔ)。

　　2.3太陽能噴射式制冷技術(shù)的原理及進展

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