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　　摘要：太陽能制冷技術一方面可以節約能源，一方面可以避免傳統制冷方法對臭氧層的破壞，因而日益受到人們的重視。

　　關鍵詞：太陽能；制冷；原理；進展

　　1前言

　　當前，人類面臨著能源危機、臭氧層破壞以及溫室效應等諸多能源和環境問題，因此開發可再生能源與減少環境污染走可持續發展之路已在世界范圍內取得共識。利用太陽能和其它廢熱可有效緩解世界范圍內的能源緊張和環境污染，而太陽能制冷正是太陽能利用的一個重要方面。太陽能應用于制冷技術領域有其獨特得優點，一方面利用太陽能驅動制冷可以節約電能的消耗，這間接的減少了化石能源的消耗；另一方面，太陽能驅動的制冷系統一般采用非氟烴類的物質作為制冷劑，對臭氧層無破壞也不會引起溫室效應，同時減少消耗化石能源發電帶來的環境污染。

　　實現太陽能制冷主要有兩個途徑：一是太陽能光熱轉換，利用熱能制冷；一是太陽能光電轉換，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；利用光電轉換制冷的方式主要有，利用光伏原理將太陽能轉化為電能，利用電能驅動蒸汽壓縮制冷系統制冷，還可以將太陽能發電和半導體制冷相結合，利用半導體的帕爾貼效應實現太陽能制冷。光電制冷由于成本很高，目前的研究及應用都較少，對于這類太陽能制冷技術本文不做討論，以下分別對幾種太陽能光熱制冷技術茲綜述如下。

　　2各種形式的太陽能制冷技術

　　2.1太陽能吸收式制冷技術的原理及進展

　　太陽能吸收式制冷是最早發展起來的，起源于上世紀30年代，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70年代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：集熱器內的溶液經太陽能加熱，氨或溴化鋰蒸發后經冷凝器冷卻進入冰箱中的蒸發器儲存，制冷時蒸發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較低，且須設置精餾裝置，所以設備比較復雜，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已成為成熟的產品，而且形成了一個頗具規模的產業。

　　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。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系統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制冷系統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℃。此系統對熱源溫度有較寬的適應范圍，有利于制冷機在較低的太陽輻射強度和不穩定的太陽能輸入情況下，適應其引起的溫度波動，實現穩定的運行。中國科學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”科技攻關項目“太陽能空調及供熱示范系統”研制了一臺l00KW的兩級吸收式制冷機，并成功地應用于太陽能系統中。他們在24層高樓上安裝了這種系統，制冷和供熱聯合運行，采用改進后的平板式集熱器，運行效果良好。系統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，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[4]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。其循環如下：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。

　　2.2太陽能吸附式制冷技術的原理及進展

　　一個基本的太陽能吸附式制冷系統主要由發生器、冷凝器、蒸發器、閥門等部分組成。太陽能吸附式制冷系統的工作過程：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，這就造成吸附床內壓力升高。解吸出的制冷劑進入冷凝器，被冷卻介質冷卻之后變為液體由節流閥進入蒸發器。到了晚上，吸附床被冷卻，當壓力下降到蒸發溫度下的飽和壓力時，蒸發器中的液體因壓力驟降而沸騰，達到蒸發制冷目的。蒸發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。

　　太陽能吸附式制冷系統具有結構簡單、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：吸附劑導熱性能差、設計尺寸較大以及制冷過程不連續等。

　　目前，國內外對于吸附式制冷系統的研究主要集中在三個方面：吸附劑一制冷劑工質對的性能研究、制冷循環方式的研究、發生器的研究。

　　太陽能吸附式制冷循環方式，除了以上提到的基本方式外，還包括連續回熱型、熱波型和對流熱波型。對于制冷循環方式的研究，可以采用計算機模擬對系統的性能記性預測。

　　對于發生器（吸附床）的研究，主要是集中在對吸附劑傳熱傳質性能的強化上。吸附床的傳熱傳質特性對吸附式制冷系統有較大的影響。一方面，吸附床的傳熱效率和傳質特性直接影響制冷系統對熱源的利用；另一方面，傳熱傳質越快，循環周期越短，則單位時間制冷量越大。因此，提高吸附床的傳熱傳質性能是吸附式制冷效率提高的關鍵。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熱系數均可大大減小床內的溫度梯度，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面影響，應選取熱容較小的金屬。同時肋片間距也要適當，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吸附劑的傳質過程沒有影響。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計算模型，該模型在考慮了床內溫度、壓力、質量相互作用的基礎上，給出了內部節點和邊界節點的有限差分方程，利用數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，為吸附床內動態特性的進一步分析奠定了基礎。

　　2.3太陽能噴射式制冷技術的原理及進展

　　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