太陽能冷卻製冷

太陽能冷卻製冷也利用太陽能作能源，產生蒸汽或熱水，來驅動普通的制冷機工作。它是一個極具發展前景的領域，也是當前製冷技術研究中的熱點。

基本介紹

• 中文名：太陽能冷卻製冷
• 外文名：Solar cooling refrigeration
• 優點：環保、節能
• 實現方法：光熱轉換、光電轉換
• 組成：集熱器、製冷裝置、輔助熱源
• 分類：吸收、吸附、噴射、壓縮式等

實現途徑

太陽能冷卻製冷實現方法，主要有兩大途徑：

一是利用太陽能集熱器等實現光熱轉換，以熱製冷；二是利用光電轉換器等實現光電轉換，以電製冷。後者是先把太陽能轉化為電能，再利用電來製冷，如光電式、熱電式製冷等。但是由於其成本太高，目前研究套用較少。而吸收式、吸附式、噴射式等光熱製冷方式研究和套用較多，其中，吸收式和噴射式製冷都已進入套用階段，吸附式還處於研究階段。

系統組成

太陽能冷卻製冷系統組成主要由太陽能集熱裝置、熱驅動製冷裝置和輔助熱源組成。太陽能集熱裝置的主要構件就是太陽能集熱器，還包括儲熱器和調節裝置口太陽能集熱器是用特殊的吸收裝置將太陽的輻射能轉換為熱能，常用集熱器為平板式和真空管式，採用水作為介質。真空管式效率相對較高，介質溫度可以達到150℃。

熱驅動製冷裝置為吸收式制冷機、吸附式制冷機、噴射式制冷機。輔助熱源是在太陽能不足時為熱馭動製冷裝置提供熱能的常規供熱裝置。太陽能集熱器吸收太陽能，並轉換成為熱能，由儲熱器將熱能儲存起來，這部分熱能同輔助熱源提供的熱能一起被用來驅動制冷機，為建築提供冷量。

優點

太陽能冷卻製冷具有以下幾個優點。

1、節能

據統計，國際上用於民用空調所耗電能約占民用總電耗的50%，而太陽能是取之不盡，用之不竭的。太陽能製冷用於空調，將大大的減少電力消耗，節約能源。

2、環保

根據《蒙特婁議定書》，目前壓縮式制冷機主要使用的CFC類工質，對大氣臭氧層有破壞作用，應停止使用(美、歐等已停止生產和使用)。各國都在研究CFC類工質的替代物質及替代製冷技術。而太陽能製冷一般採用非氟氯烴類物質作為製冷劑，臭氧層破壞係數(ODP )和溫室效應係數(GWP)均為零，適合當前環保要求，同時使用太陽能製冷技術還可以減少燃燒化石能源發電所帶來的環境污染。

3、熱量的供給和冷量的需求在季節和數量上高度匹配

太陽輻射越強、氣溫越高，冷量需求也越大。但太陽能製冷系統的套用比加熱系統要少，一些利用太陽能加熱的建築物已設計、建成和工作了相當長的時間，有比較成熟的使用經驗。而太陽能製冷問題，如何合理的選擇制冷機的熱源溫度、冷水溫度和冷卻水溫度，它不像常規製冷系統那樣可以根據比較成熟的經驗和理論去選擇某個較為經濟合理的數值，而必須考慮集熱器效率。

分類

吸收式製冷

1、原理

吸收式太陽能製冷系統是利用太陽能提供的熱能帶動吸收式制冷機製冷口吸收式製冷是利用溶液濃度的變化來獲取冷量的裝置，即製冷劑在一定壓力下蒸發吸熱，再利用吸收劑吸收冷劑燕氣液態製冷劑在蒸發器中吸熱產生的低溫冷凍水用於製冷，然後低壓製冷劑蒸氣進入吸收器，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，被太陽能驅動熱源加熱後蒸發，產生高壓蒸氣，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、工質選擇

吸收式製冷系統的工質，對製冷系統性能的影響很大。進行選擇時，通常依照下列原則。

①製冷工質的揮發性要比吸收溶液的揮發性好，而且吸收溶液的揮發性要儘可能小，以免吸收溶液隨製冷工質在發生器中一起蒸發，然後進入冷凝器，從而造成阻塞或降低性能係數。

②製冷工質和吸收溶液之間的親和力小，加熱時製冷工質可以從其中分離出去。

③製冷工質和吸收溶液無毒、無腐蝕作用，且穩定性好。

④製冷工質的蒸發潛熱大，傳熱性能好，從而減少製冷工質的循環流量。

⑤製冷工質和吸收溶液的黏性低，流動壓阻小。

根據以上原則，目前使用最多的製冷工質組合是NH₃-H₂O和H₂O-LiBr兩種。

3、效率

太陽能製冷系統的總效率是由太陽能集熱器效率和配套的制冷機效率決定的。當系統的能量全部由太陽能集熱器提供，且僅僅考慮系統的熱能效率時，系統的總效率應為

η=制冷機效率×太陽能集熱器的效率=COP×η_c

_式中

COP——制冷機的性能係數；

η_c——太陽能集熱器的效率。

吸收式制冷機的性能係數隨太陽能驅動熱源溫度的升高而增大。

集熱器效率隨著太陽輻射強度的上升而增大；而隨著介質(水)溫度的上升，集熱器的熱損失增大，即集熱器的效率降低。

吸附式製冷

1、特點

雖然太陽能吸附製冷系統的CDP值很少超過0. 15。但是與吸收式製冷相比，吸附式製冷可採用低品位熱能作為驅動能源，特別是適合採用能量密度低的太陽能；它所使用的是無污染或少污染的工質對；設備結構簡單、可靠；操作簡便；無運動部件、使用壽命長、運轉費用低、無噪聲。吸收式制冷機絕大部分適用於大中型系統，不適用於小型空調，而固體吸附式製冷工藝卻適用於小型裝置，能夠單獨由太陽能驅動運行，冷凝器用空氣自然冷卻，在家庭小型套用，改善生活條件及邊遠地區醫療、冷藏等方面具有良好的套用前景。

2、原理

太陽能吸附式製冷系統主要由吸附床(即集熱器)、冷凝器、蒸發器和閥門等構成。其基本的工作過程包括吸熱解吸和冷卻吸附。具體工作流程為：白天，吸附床被太陽能加熱，吸附質便從吸附劑中解吸脫附，當吸附質蒸汽壓力達到冷凝壓力後，進入冷凝器冷凝，然後凝結液經節流閥進入蒸發器並儲存起來；到晚上，吸附床被環境空氣冷卻，吸附劑開始吸附製冷劑蒸汽，當系統壓力下降到蒸發溫度下的飽和壓力時，蒸發器中的液體開始蒸發製冷，而產生的蒸汽繼續被吸附劑吸附，直到吸附結束，至此完成一個吸附製冷循環。

由此可見，太陽能吸附式製冷系統的循環過程是間歇式的。系統運行時，白天為加熱解吸過程，晚上為吸附製冷過程，晚上製成的冰塊在白天供用戶使用。

3、工質

工質的性能是影響吸附式製冷系統性能、效率和成本的重要因素之一。通過最佳化選擇吸附一製冷工質可以增大單位質量工質的製冷量，提高系統的製冷係數，減小設備尺寸，縮短循環時間，使整機的性能有較大的提高，還可以配合不同的熱源、製冷工況、設備結構的特殊要求。所以太陽能驅動的吸附式製冷系統能否得到套用，很大程度上取決於所選用的工質。

已研究的吸附工質體系主要有：沸石體系、活性炭體系、矽膠體系、氯化鈣體系等。在上述的工質中，沸石分子篩一水、活性炭一氨或甲醇、矽膠一水、氯化鈣一氨等已在實際的太陽能吸附式製冷系統中得到套用，目前套用較多的是前兩者。

蒸汽噴射式製冷

1、原理

太陽能蒸汽噴射式製冷系統包括太陽能集熱循環和噴射式製冷循環。在太陽能集熱循環中，被太陽能加熱的水通過平板集熱器、儲熱水槽，將低沸點工質(CFC-11 , HCFC-123, R22、水等)加熱，使之成為高壓製冷劑蒸氣。而溫度降低了的水又回到集熱器中被重新加熱。

噴射製冷循環的過程是：由儲熱水槽出來的高壓製冷劑蒸氣(可稱為工作蒸氣)通過噴嘴時，由於出流速度高，在噴嘴附近產生真空，從而將蒸發器中的低壓製冷劑蒸氣引吸到吸入室，與工作蒸氣混合。此混合氣流通過擴壓器後，速度降低、壓力增加，隨後流人冷凝器被冷凝。而冷凝後的液體分為兩部分，一部分經膨脹閥降壓後，在蒸發器中汽化，因吸收冷凍水的熱量而達到製冷的目的；另一部分則通過循環泵升壓後返回到儲熱水槽中加熱為高壓製冷劑蒸氣，如此不斷循環。

2、效率

太陽能噴射製冷系統的總效率由太陽能集熱器效率和配套的噴射制冷機效率決定。當製冷系統的能量全部由太陽能集熱器提供，循環泵消耗的機械能相對較少，可忽略不計，而僅僅考慮系統的熱能效率時，系統的總效率應為仍可用

η=制冷機效率×太陽能集熱器的效率=COP×η_c

_式中

COP——噴射式製冷系統的性能係數；

η_c——太陽能集熱器的效率。

3、改進方法

太陽能噴射製冷方式同其他製冷方式相比，其性能係數偏低，因而在經濟性上不具有競爭力。只有提高它的系統性能，才有可能開發出實用的製冷產品，複合式噴射製冷循環是近年來比較引人注目的方案。

目前改進的方法有吸收一噴射複合製冷系統、熱管噴射式製冷系統和太陽能吸附一噴射聯合製冷系統。

壓縮式製冷

這種系統是利用集熱器加熱，形成高壓蒸汽，然後推動汽輪機轉動，從而帶動壓縮機完成製冷任務的。由於壓縮機是在製冷裝置中最為廣泛和成熟的裝置，因此，此系統具有運行穩定、易於控制等優點。

整個系統分為三部分，上邊為太陽能集熱循環，左邊為熱機循環(即低壓蒸汽推動汽輪機對外做功)，右邊是蒸汽壓縮式制冷機循環。

在太陽能集熱循環中，被太陽能加熱的集熱介質吸收太陽能，溫度升高到約102℃；然後通過預熱器、鍋爐(換熱器)和汽液分離器、經幾次放熱後，溫度降低為約96℃。然後再進入太陽能集熱器，進行下一個循環，如此周而復始，不斷將太陽能傳遞到熱機循環中。