1、太陽能制冷吸收式制冷蒸汽噴射式制冷溶液除濕冷卻制冷太陽能集熱器吸附式制冷太陽能制冷技術概述及研究進展124563太陽能制冷技術的展望7 太陽能是分布廣泛、使用清潔的可再生能源,有望在未來社會能源結構中發揮更加重要的作用。其中利用太陽能進行供熱、采暖和制冷是實現規模化、低成本利用太陽能的重要途徑。各國學者都在積極尋找能夠實現夏季利用太陽能進行空調制冷的有效方法,目的在于提高太陽能集熱器的全年利用效率,同時可以開辟一條利用太陽能解決空調制冷需求的嶄新技術途徑。1.太陽能及制冷技術概述及研究進展研究背景節能：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，將大大的減小電力消耗，節

2、約能源；良好的季節匹配性,天氣越熱、越需要制冷的時候,太陽輻射條件越好,太陽能制冷系統的制冷量也越大。環保：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。太陽能制冷的優點實現太陽能制冷有兩條途徑：太陽能光電轉換制冷 首先通過太陽能電池將太陽能轉換成電能，再用電能驅動常規的制冷壓縮機。主要包括太陽能光伏制冷和太陽能壓縮式制冷。太陽能光熱轉換制冷 首先將太陽能轉換成熱能，再利用熱能作為外界的補償，使系統能夠達到制冷的目的。主要包括太陽能吸收式制冷、太陽能吸附式制冷和太陽能噴射式制冷，太陽能溶液除濕冷卻制冷。我國的研究工作人員在開發結合太陽能熱水系

3、統的吸收式制冷系統方面也做了大量工作。最有代表性的是廣州能源所研制的兩級吸收式溴化鋰空調機組,與傳統單效吸收制冷機相比,驅動熱源溫度大幅降低(65以上),因而與太陽能集熱器能夠更好地匹配工作。 廣州能源所開發的兩級吸收式空調 長沙遠大公司研制了利用槽式太陽能集熱器驅動的雙效吸收式空調,與常規燃氣結合,提高了太陽能制冷的轉化效率并在天津等地進行了示范應用。另外,國內有關單位,如北京太陽能研究所、天普公司、海爾集團等也分別進行了太陽能吸收式空調系統的應用。 國外最有名的太陽能吸收式空調產品是日本Yasaki公司的系列產品,報道最小制冷量為5k w,是目前用于太陽能空調領域最多的產品。 上海交通大學

4、應用了采用復合干燥劑材料的兩級轉輪除濕空調機組(圖7),由于采用了物理吸附、化學吸附耦合的復合干燥劑材料,同時經過對吸附表面的處理,使得除濕空調循環的動態吸濕率大幅提高,同時對再生熱源溫度的要求得以降低。另一方面采取了級間冷卻的方法,提高了系統效率。系統可利用5 0以上的熱源驅動,熱力COP大于1,與普通太陽能集熱器結合,能夠將4 0%以上的太陽輻射能量轉變為空調能力輸出。系統目前已在江蘇江陰萬龍源太陽能科技公司示范運行。太陽能兩級轉輪除濕系統 此外,德國SolarNext A G公司,日本Nishyodo和Mayekawa公司也報道了他們的太陽能吸附式空調產品，下圖為德國某建筑使用的Nish

5、yodo公司105KW的硅膠一水吸附式制冷機組。這些機組的最大特點是要求驅動熱源溫度低,與集熱器工作溫度匹配好。 德國Freiberg應用的日本Nishyodo公司吸附空調機組 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,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。2. 吸收式制冷熱交換器冷水出水用冷需求蒸發器冷水回水吸收器燃料發生器冷凝器冷卻水吸收式制冷機工作原理荏原吸收式

6、制冷機原理圖 吸收式制冷機使用的工質是 2 種沸點相差較大的物質組成的二元溶液， 其中沸點低的物質是制冷劑， 沸點高的物質是吸收劑。以水作為制冷劑的工質對：水溴化鋰、水氯化鋰、水碘化鋰、水氯化鈣。以氨作為制冷劑的工質對：氨水、乙胺水、甲胺水以及硫氰酸鈉氨等。以醇作制冷劑的工質對：制冷劑通常選用甲醇，主要有甲醇溴化鋰、甲醇溴化鋅、及甲醇溴化鋰溴化鋅三元溶液工質對等。以氟利昂作為制冷劑工質對：其中主要是R21、R22與四乙醇二甲基乙醚等有機物組成的工質對。2.1 吸收式制冷常用的工質對主要包括太陽能吸收式制冷、太陽能吸附式制冷和太陽能噴射式制冷，太陽能溶液除濕冷卻制冷。由表1可以看出，平板型集熱器

7、相比真空管型集熱器具有承壓性好、與建筑的結合性強、耐用、不易結垢等優點。主要包括太陽能吸收式制冷、太陽能吸附式制冷和太陽能噴射式制冷，太陽能溶液除濕冷卻制冷。以色列理工學院Grossman教授等研究小組曾長期示范運行太陽能溶液除濕空調機組,以平板太陽能集熱器提供再生熱源,溶液除濕空調負擔潛熱負荷,熱泵系統負責主要的顯熱負荷,在當地氣候條件下運行效果較為理想,如下圖所示。最有代表性的是廣州能源所研制的兩級吸收式溴化鋰空調機組,與傳統單效吸收制冷機相比,驅動熱源溫度大幅降低(65以上),因而與太陽能集熱器能夠更好地匹配工作。內層玻璃管外表面涂有吸收太陽能的涂層，內外管間是被抽成真空的，以阻止內層吸

8、熱后的散失。首先將太陽能轉換成熱能，再利用熱能作為外界的補償，使系統能夠達到制冷的目的。太陽能制冷技術中的另一個關鍵因素是太陽能集熱器。可用6080熱水驅動,典型晴天條件下,能實現連續8 h制冷。蒸氣噴射式制冷機的特點：1 吸收式制冷常用的工質對陽光透過透明蓋板照射到表面涂有吸收層的吸熱體上，集熱板芯將太陽能轉化為熱能傳遞給流道中的工質。在太陽能吸熱材料方面的研究 ,我國清華大學, 北京太陽能研究所等單位先后研制出一系列優良的選擇性涂層材料,如黑鈷選擇性吸收涂層和鋁氮/鋁太陽光譜選擇性吸收涂層 。平板式太陽能集熱器是由吸熱板芯、殼體、透明蓋板、保溫材料及有關零部件組成。首先通過太陽能電池將太陽

9、能轉換成電能，再用電能驅動常規的制冷壓縮機。 吸收式制冷以自然存在的水或氨等為制冷劑，對環境和大氣臭氧層無害。制冷機在真空狀態下運行，結構簡單，安全可靠，安裝方便。以熱能為驅動能源，除了利用鍋爐蒸氣、燃料產生的熱能外，還可以利用余熱、廢熱、太陽能等低品位熱能以實現制冷的目的。整套裝置除了泵和閥件外，絕大部分是換熱器，運轉安靜，振動小。LiBr吸收式制冷機依然存在的易結晶、腐蝕性強及蒸發溫度只能在零度以上等缺陷。2.2太陽能吸收式制冷系統特點 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)在吸附器中發生解吸,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

10、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,通過切換兩床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。3.吸附式制冷 下圖所示為上海交通大學開發的太陽能硅膠一水吸附式空調機組,可依靠普通太陽能集熱器陣列產生的熱水驅動制冷循環。機組是由兩個單吸附床結構復合而成的雙床連續制冷系統,為了提高系統的制冷功率及低溫熱源驅動下的工作性能,機組采用了回質與回熱循環措施,同時采用了雙蒸發器結構實現了連

11、續制冷量輸出。在額定工況下(對應于8 5的熱水,冷凍水出口溫度10),機組制冷功率為8.5k w,熱力COP為0.4，用于太陽能制冷。可用6080熱水驅動,典型晴天條件下,能實現連續8 h制冷。內層玻璃管外表面涂有吸收太陽能的涂層，內外管間是被抽成真空的，以阻止內層吸熱后的散失。一個設計良好的固體吸附式制冷系統其價格效用比可優于蒸汽壓縮式制冷系統。另一部分通過循環泵升壓后進入換熱器,重新吸熱汽化,該循環稱為動力循環。平板型太陽能集熱器在我國市場的占有率還不足15%，相比其在國外90%以上的市場占有率，平板型太陽能集熱器仍然有巨大的市場空間。具有結構簡單、可靠、操作簡便；太陽能制冷技術概述及研究

12、進展荏原吸收式制冷機原理圖目前國內外所研制的選擇性吸收涂層材料正在向多層化、梯度化方向發展。下圖所示為上海交通大學開發的太陽能硅膠一水吸附式空調機組,可依靠普通太陽能集熱器陣列產生的熱水驅動制冷循環。以水作為制冷劑的工質對：水溴化鋰、水氯化鋰、水碘化鋰、水氯化鈣。等對活性炭-氨、沸石-水以及活性炭-甲醇三種工質對作研究后認為，沸石-水是用于太陽能吸附式空調系統的最佳工質，而活性炭-氨則更適合作制冰機、食物貯藏之用。主要包括太陽能吸收式制冷、太陽能吸附式制冷和太陽能噴射式制冷，太陽能溶液除濕冷卻制冷。4、太陽能溶液除濕冷卻制冷廣州能源所開發的兩級吸收式空調此外,德國SolarNext A G公司

13、,日本Nishyodo和Mayekawa公司也報道了他們的太陽能吸附式空調產品，下圖為德國某建筑使用的Nishyodo公司105KW的硅膠一水吸附式制冷機組。 各國學者們對吸附式制冷也進行了長期的實驗研究， 循環工質對通常選擇活性炭甲醇，少數也采用硅膠-水。 孫志堅等對以硅膠水作為工質對的可行性進行了研究， 認為將硅膠水工質對用于吸附式空調系統在技術上是可行的。 Anyanwu E. E.等對活性炭-氨、沸石-水以及活性炭-甲醇三種工質對作研究后認為，沸石-水是用于太陽能吸附式空調系統的最佳工質，而活性炭-氨則更適合作制冰機、食物貯藏之用。吸附式制冷缺點固體吸附劑為多微孔介質,比表面大, 導熱

14、性能很低 ,因而吸附/解吸所需時間長;單位質量吸附劑的制冷功率較小 ,使得吸附制冷機尺寸較大 ;吸附制冷雖然可以采用回熱 ,然而仍有大量的熱量損失, 使得系統制冷性能系數( COP) 值不夠高。 吸附式制冷優點具有結構簡單、可靠、操作簡便；使用壽命長、無噪音；它所使用的是無污染或少污染的工質對； 可采用低品位熱能作為驅動能源 ,特別是適合采用能量密度低的太陽能；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；一個設計良好的固體吸附式制冷系統其價格效用比可優于蒸汽壓縮式制冷系統。 3 噴射式制冷 噴射式制冷系統的原理如圖所示。制冷劑在換熱器中吸熱后汽化，增壓,產生飽和蒸汽,蒸汽

15、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（使用回熱器7和增壓器10可以提高噴射器以及系統工作效率）,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,該循環稱為動力循環。 表1列舉了噴射式制冷研究主要成果。在最初的噴射式制冷研究中,人們多使用氟里昂(氟氯烷)制冷劑,如Zeren和Holmes使用R12,Hahdi等使用了R11。雖然取得了較好的效果,但是隨著大氣臭氧層保護問題的日益緊迫,更多的人將目光投向了對環境友好的制

16、冷劑。R142b、R141b、HCFC-123等成為了關注的焦點。 蒸氣噴射式制冷機除采用水作為工作介質外，還可以用其它制冷劑做工作介質，比如用低沸點的氟里昂制冷劑，可以獲得更低的制冷溫度。另外，將蒸氣噴射式制冷系統中的噴射器與壓縮機組合使用，噴射器作為壓縮機入口前的增壓器，這樣可以用單級壓縮制冷機制取更低的溫度。蒸氣噴射式制冷機的特點：熱能為補償能量形式；結構簡單，加工方便；沒有運動部件；同其它制冷方式相比 ,其性能系數偏低。這種制冷機所需的工作蒸氣的壓力高，噴射器的流動損失大，因而效率較低。 太陽能液體除濕是將環境空氣或室內回風送入除濕器, 使之與除濕溶液接觸, 空氣中部分水分被除去, 對

17、干燥后的空氣再絕熱加濕, 從而達到空氣調節的目的; 被稀釋的除濕溶液在再生器中得到再生, 從而完成一個循環過程。4、太陽能溶液除濕冷卻制冷 以色列理工學院Grossman教授等研究小組曾長期示范運行太陽能溶液除濕空調機組,以平板太陽能集熱器提供再生熱源,溶液除濕空調負擔潛熱負荷,熱泵系統負責主要的顯熱負荷,在當地氣候條件下運行效果較為理想,如下圖所示。以色列海法應用的太陽能溶液除濕空調 太陽能溶液除濕空調依靠溶液的濃度差可以實現空調除濕能力蓄存,且能量儲存不存在與周圍環境的溫差熱損失,易于長期儲存。 太陽能制冷技術中的另一個關鍵因素是太陽能集熱器。目前的太陽能集熱器主要有平板型和真空管型集熱器

18、 ,真空管集熱器分為全玻璃真空管集熱器和熱管式真空管集熱器等多種形式 。在太陽能吸熱材料方面的研究 ,我國清華大學, 北京太陽能研究所等單位先后研制出一系列優良的選擇性涂層材料,如黑鈷選擇性吸收涂層和鋁氮/鋁太陽光譜選擇性吸收涂層 。 目前國內外所研制的選擇性吸收涂層材料正在向多層化、梯度化方向發展。從已達到的水平來看 ,光熱轉換材料的性能還可進一步提高。5.太陽能集熱器 平板式太陽能集熱器是由吸熱板芯、殼體、透明蓋板、保溫材料及有關零部件組成。陽光透過透明蓋板照射到表面涂有吸收層的吸熱體上，集熱板芯將太陽能轉化為熱能傳遞給流道中的工質。這樣，從集熱器底部入口的冷工質，在流體通道中被太陽能所加

19、熱，溫度逐漸升高，加熱后的熱工質，帶著有用的熱能從集熱器的上端出口，蓄入貯水箱中待用，即為有用能量收益。5.1平板式太陽能集熱器工作原理由表1可以看出，平板型集熱器相比真空管型集熱器具有承壓性好、與建筑的結合性強、耐用、不易結垢等優點。平板型太陽能集熱器在我國市場的占有率還不足15%，相比其在國外90%以上的市場占有率，平板型太陽能集熱器仍然有巨大的市場空間。荏原吸收式制冷機原理圖從已達到的水平來看 ,光熱轉換材料的性能還可進一步提高。其在低溫下的熱性能較好，而目前中國太陽能熱水器的主要用途是洗浴和生活用熱水，其水溫要求一般低于60，在此溫度區間平板集熱器有較好的效率特性。其中利用太陽能進行供

20、熱、采暖和制冷是實現規模化、低成本利用太陽能的重要途徑。內層玻璃管外表面涂有吸收太陽能的涂層，內外管間是被抽成真空的，以阻止內層吸熱后的散失。其在低溫下的熱性能較好，而目前中國太陽能熱水器的主要用途是洗浴和生活用熱水，其水溫要求一般低于60，在此溫度區間平板集熱器有較好的效率特性。以水作為制冷劑的工質對：水溴化鋰、水氯化鋰、水碘化鋰、水氯化鈣。主要包括太陽能吸收式制冷、太陽能吸附式制冷和太陽能噴射式制冷，太陽能溶液除濕冷卻制冷。另一方面采取了級間冷卻的方法,提高了系統效率。在太陽能吸熱材料方面的研究 ,我國清華大學, 北京太陽能研究所等單位先后研制出一系列優良的選擇性涂層材料,如黑鈷選擇性吸收

21、涂層和鋁氮/鋁太陽光譜選擇性吸收涂層 。上海交通大學應用了采用復合干燥劑材料的兩級轉輪除濕空調機組(圖7),由于采用了物理吸附、化學吸附耦合的復合干燥劑材料,同時經過對吸附表面的處理,使得除濕空調循環的動態吸濕率大幅提高,同時對再生熱源溫度的要求得以降低。德國Freiberg應用的日本Nishyodo公司吸附空調機組荏原吸收式制冷機原理圖目前國內外所研制的選擇性吸收涂層材料正在向多層化、梯度化方向發展。太陽能空調制冷是夏季太陽能有效利用的最佳方案,有著良好的應用前景。這樣，從集熱器底部入口的冷工質，在流體通道中被太陽能所加熱，溫度逐漸升高，加熱后的熱工質，帶著有用的熱能從集熱器的上端出口，蓄入

22、貯水箱中待用，即為有用能量收益。此外,德國SolarNext A G公司,日本Nishyodo和Mayekawa公司也報道了他們的太陽能吸附式空調產品，下圖為德國某建筑使用的Nishyodo公司105KW的硅膠一水吸附式制冷機組。內層玻璃管外表面涂有吸收太陽能的涂層，內外管間是被抽成真空的，以阻止內層吸熱后的散失。特別應該走與普及型太陽能集熱器結合的太陽能空調制冷技術路線,如吸附式、吸收式、除濕空調等,并進一步提高效率、降低成本、減少尺寸,不斷提高太陽能綜合利用效率。荏原吸收式制冷機原理圖蒸氣噴射式制冷機的特點：首先通過太陽能電池將太陽能轉換成電能，再用電能驅動常規的制冷壓縮機。主要包括太陽能

23、吸收式制冷、太陽能吸附式制冷和太陽能噴射式制冷，太陽能溶液除濕冷卻制冷。整套裝置除了泵和閥件外，絕大部分是換熱器，運轉安靜，振動小。雖然取得了較好的效果,但是隨著大氣臭氧層保護問題的日益緊迫,更多的人將目光投向了對環境友好的制冷劑。廣州能源所開發的兩級吸收式空調系統可利用5 0以上的熱源驅動,熱力COP大于1,與普通太陽能集熱器結合,能夠將4 0%以上的太陽輻射能量轉變為空調能力輸出。1 吸收式制冷常用的工質對5.2熱管式真空管太陽能熱水器的工作原理 熱管式真空管分為下面的蒸發段和上面的冷凝段。下面的蒸發段由內外兩層同心玻璃圓管組成，外層圓管為透明玻璃管，太陽能以很高的透射率穿過外層玻璃管。內

24、層玻璃管外表面涂有吸收太陽能的涂層，內外管間是被抽成真空的，以阻止內層吸熱后的散失。內層玻璃管內裝有易蒸發的液體，太陽光透過外管被內管外表面涂層吸收，內層管內液體受熱成為蒸汽。冷凝段插入熱水器儲水箱中，與水箱的冷水接觸。蒸汽被水箱內的冷水冷卻為液體，向冷水放出熱量加熱冷水，凝結液體在重力作用下流回下面的蒸發段進行循環工作。5.3平板式集熱器和熱管式真空管集熱器的比較 由表1可以看出，平板型集熱器相比真空管型集熱器具有承壓性好、與建筑的結合性強、耐用、不易結垢等優點。其在低溫下的熱性能較好，而目前中國太陽能熱水器的主要用途是洗浴和生活用熱水，其水溫要求一般低于60，在此溫度區間平板集熱器有較好的

25、效率特性。但是真空管太陽能熱水器冬天管內的水在不排空的情況下基本不結冰或不凍壞（特殊情況如雪天也可能凍壞）。平板型太陽能集熱器在我國市場的占有率還不足15%，相比其在國外90%以上的市場占有率，平板型太陽能集熱器仍然有巨大的市場空間。進一步提高太陽能集熱器效率需要最大限度采集太陽能的同時盡可能減少其對流和輻射熱損，這可以通過采用優質選擇性吸收涂。廣州能源所開發的兩級吸收式空調整套裝置除了泵和閥件外，絕大部分是換熱器，運轉安靜，振動小。陽光透過透明蓋板照射到表面涂有吸收層的吸熱體上，集熱板芯將太陽能轉化為熱能傳遞給流道中的工質。這樣，從集熱器底部入口的冷工質，在流體通道中被太陽能所加熱，溫度逐漸

26、升高，加熱后的熱工質，帶著有用的熱能從集熱器的上端出口，蓄入貯水箱中待用，即為有用能量收益。兩者的結合,可以較好地解決太陽能供熱采暖系統冬季采暖、四季熱水供應與夏季空調應用的匹配,最大幅度提高太陽能利用率。以色列理工學院Grossman教授等研究小組曾長期示范運行太陽能溶液除濕空調機組,以平板太陽能集熱器提供再生熱源,溶液除濕空調負擔潛熱負荷,熱泵系統負責主要的顯熱負荷,在當地氣候條件下運行效果較為理想,如下圖所示。廣州能源所開發的兩級吸收式空調此外,德國SolarNext A G公司,日本Nishyodo和Mayekawa公司也報道了他們的太陽能吸附式空調產品，下圖為德國某建筑使用的Nish

27、yodo公司105KW的硅膠一水吸附式制冷機組。太陽能制冷技術中的另一個關鍵因素是太陽能集熱器。各國學者們對吸附式制冷也進行了長期的實驗研究， 循環工質對通常選擇活性炭甲醇，少數也采用硅膠-水。以氟利昂作為制冷劑工質對：其中主要是R21、R22與四乙醇二甲基乙醚等有機物組成的工質對。1 吸收式制冷常用的工質對其在低溫下的熱性能較好，而目前中國太陽能熱水器的主要用途是洗浴和生活用熱水，其水溫要求一般低于60，在此溫度區間平板集熱器有較好的效率特性。自蒸發器出來的低壓蒸汽進入吸收器,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。整套裝置除了泵和閥件外，絕大部分是換熱器，運轉安靜，振動小。環保：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。以水作為制冷劑的工質對：水溴化鋰、水氯化鋰、水碘化鋰、水氯化鈣。內層玻璃管外表面涂有吸收太陽能的涂層，內外管間是被抽成真空的，以阻止內層吸熱后的散失。太陽能制冷技術中的另一個關鍵因素是太