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浅议太阳能在制冷空调中的应用

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论文导读：目前，太阳能制冷空调的实现方式主要有两种：一是先实现光-电转换，再用电力驱动常规压缩式制冷机进行制冷。二是利用太阳能集热器等实现光-热转换，用太阳的热能驱动进行制冷。由于太阳能光-电转换系统成本要比太阳能光-热转换系统高出许多倍，目前难以推广应用，因此目前应用的太阳能空调多为光-热转换系统。

关键词：太阳能，空调，制冷，集热管

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1太阳能制冷空调的基本类型与技术特点

目前，太阳能制冷空调的实现方式主要有两种：一是先实现光-电转换，再用电力驱动常规压缩式制冷机进行制冷；二是利用太阳能集热器等实现光-热转换，用太阳的热能驱动进行制冷。由于太阳能光-电转换系统成本要比太阳能光-热转换系统高出许多倍，目前难以推广应用，因此目前应用的太阳能空调多为光-热转换系统。采用这种系统的太阳能空调一般又可分以下几种类型：(1)太阳能吸收式制冷系统；（2）太阳能吸附式制冷系统；（3）太阳能喷射式制冷系统，以及其他形式的制冷系统。如图1所示。其中，太阳能吸收式制冷和太阳能喷射式制冷都已进入应用阶段，太阳能吸附式尚处于研究阶段。在吸收式和喷射式制冷中又以吸收式制冷在太阳能空调系统中应用最为广泛。

1.1太阳能吸收式制冷

吸收式制冷是利用两种物质所组成的二元溶液作为工质对来进行制冷的。工质对的两种物质在同一压强下具有不同的沸点，沸点高的物质称为吸收剂、沸点低的称为制冷剂。吸收式制冷就是利用两种物质沸点的差异，将制冷剂与溶液分离，通过制冷剂的蒸发而制冷，继而又通过溶液实现对制冷剂的吸收。常用的工质对一种为氨-水，另一种为溴化锂-水，应用这两种工质对的制冷机分别为氨吸收式制冷机和溴化锂吸收式制冷机。在氨吸收式制冷机中,氨为制冷剂,水为吸收剂,其制冷温度在-45～1℃范围内,因而多用作生产工艺制冷；在溴化锂吸收式制冷机中,溴化锂为吸收剂,水为制冷剂,其制冷温度在0℃以上,因而可用于制取空调用冷冻水或工艺用冷却水。

太阳能吸收式制冷的原理如图2所示。利用太阳能集热器将水加热，为吸收式制冷机提供所需的热媒水，使吸收式制冷机运行而达到制冷的目的。采用太阳能集热器与溴化锂吸收式制冷机相结合的太阳能吸收式制冷空调技术已非常成熟,在目前太阳能制冷领域中应用最成功也最广泛。但这种空调系统也存在易结晶、腐蚀性强、真空度要求高、蒸发温度只能在0℃以上等缺陷。另外，由于太阳能吸收式制冷系统在成本上比传统压缩式制冷系统高，所以，采用这种技术的太阳能空调系统主要应用在大型制冷空调系统中。

1.2太阳能吸附式制冷

吸附式制冷技术是利用固体吸附剂对制冷剂的吸附作用来制冷，常用的有分子筛-水、活性炭-甲醇吸附式制冷。在太阳能吸附式制冷系统中，白天太阳辐射充足时吸附器吸收太阳辐射后，温度升高使制冷剂从吸附剂中解吸，吸附器内压力升高。解吸出来的制冷剂进入冷凝器，经冷却后凝结为液态，经节流阀减压进入蒸发器蒸发；夜间或太阳辐射不足时环境温度降低，吸附器自然冷却后，其温度、压力下降，吸附剂开始吸附制冷剂，产生制冷效果。

太阳能吸附式制冷系统能效低、体积大、吸附和解吸时间长，不能在白天直接制冷，使用时段受到很大限制。因而推广价值不大。

1.3太阳能喷射式制冷

太阳能喷射式制冷是利用制冷剂经太阳能集热器产生一定压力的蒸汽，再通过喷嘴喷射制冷。该系统一般分为两个循环：动力循环和制冷循环。液态制冷剂在集热器中吸热沸腾，产生的高温、高压蒸汽进入喷射器，经喷嘴高速喷出并膨胀，在喷嘴附近产生真空，将蒸发器中的低压蒸汽吸入喷射器，经过喷射器的混和气体进入冷凝器放热、液化，冷凝产生的液体分为两部分：一部分经节流阀减压后进入蒸发器，另一部分经循环泵加压后回到换热器。蒸发器中制冷剂蒸发吸热即产生制冷效果。

喷射式制冷系统相比吸收式制冷系统，具有结构简单、运行稳定可靠等优点，但系统性能系数COP较低。

2太阳能空调技术的应用前景

现阶段，我国的制冷空调行业正处于快速发展的黄金时期，各种类型的制冷空调产品不断推陈出新，市场需求逐年攀升。然而，无论是传统家用空调、轻型商用空调还是大型中央空调，目前使用的空调制冷技术主要是以电能为动力、把室内热量加以吸收排放到室外的循环系统，普遍存在着耗电量巨大、HCFCs制冷剂泄漏导致大气臭氧层空洞、温室气体效应、空调冷凝热排放加剧城市热岛效应等缺点，在节能、环保、低碳的大趋势下，它们已成为阻碍传统空调进一步发展的主要因素。

太阳能作为一种清洁、安全、无污染、取之不尽用之不竭的能源，应用于制冷空调领域前景十分广阔。太阳能空调系统的制冷能力随着太阳辐射能的增加而增大，而这正好与夏季人们对空调的迫切需求相一致，实现人与自然和谐的理想境界；太阳能空调系统大大减少了电力消耗，在目前以火电为主的电力结构下，相当于大大削减了CO2等的排