浅谈太阳能吸附式冷冻技术发展

摘要：随着新能源和可再生能源的发展，开发和利用新能源和可再生能源成为可持续发展的重要组成部分。太阳能吸附式制冷技术系统简单，不需要精馏设备，系统不会再冷凝温度较低的情况下出现烧干状况，当然本文也对这一制冷技术的问题进行了简要讨论。 　　1.不同制冷需求的余热制冷技术 　　制冷技术目前最为普遍的应用为空调与冷冻。其中空调主要用于夏季房间内的制冷，冷冻则广泛地应用于制冰、食品储藏以及化工流程。 　　目前在空调的应用中，硅胶－水吸附式制冷机组以及溴化锂－水吸收式制冷机组均实现了产业化。其中硅胶－水吸附式制冷机组的特点是可以应用于50～90℃的余热回收场合，但存在着cop较低的特点，cop仅为0.4～0.6。溴化锂－水系统可以用于90℃～200℃余热的回收利用，其中单效系统的cop为0.6～0.7，双效系统的cop为1.1～1.2。200～230℃的余热可以采用三效系统来回收，三效系统的cop可以达到1.5～1.6左右。但是由于三效系统存在着难以解决的腐蚀问题，所以其实用化仍然需要一个长期的研究过程。 　　对于冷冻工况，目前余热驱动的制冷技术仍然没有成熟的产业化的产品。冷冻工况可用的吸收式制冷工质对为氨－水工质对。氨－水工质对的单效系统驱动热源温度为120～130℃，在空调工况的cop为0.6左右。对于冷冻工况cop则为0.2左右。氨－水工质对的gax循环可以利用150～160℃的热源驱动，冷冻工况下的cop也仅为0.3～0.4。氨－水工质对用于冷冻工况，其缺点在于精馏过程。氨－水吸收式制冷系统对精馏设备的要求较高，尤其在冷凝温度较低时，发生器极易出现烧干的状况。相对于氨－水吸收式制冷，将吸附式制冷技术应用于冷冻工况，其优点在于系统简单，不需要精馏设备，同时系统不会在冷凝温度较低的情况下出现烧干状况。 　　2.太阳能吸附式制冷技术的研究价值 　　新能源和可再生能源经过多年的发展已经开始在世界能源供应结构中占据一席之地，受到各国政府的广泛重视。开发利用新能源和可再生能源成为世界能源可持续发展的重要组成部分，成为大多数发达国家和部分发展中国家二十一世纪能源开发的基本选择。太阳能吸附制冷技术正是解决这一问题的有效途径之一，一方面，太阳能是一种用之不竭，取之不尽、随处可得的廉价、无污染且安全的可再生能源;另一方面，太阳能吸附式制冷技术具有结构简单、无运动部件、无噪声、抗震性好、使用寿命长、减弱热岛效应、满足环保要求等优点。而且，太阳能在时间和地域上的分布特征与制冷空调的用能特征具有高度的匹配性，这使研究太阳能吸附制冷技术具有潜在的、巨大的优势。 　　3.太阳能吸附式制冷工作原理 　　太阳能固体吸附式制冷原理:以某种具有多孔性的固体作为吸附剂，某种气体作为制冷剂，形成吸附制冷工质对，其中固体吸附剂是不流动的，而吸附介质是流动的。在固体吸附剂对气体吸附物吸附的同时，流体吸附物不断地蒸发成可供吸附的气体，蒸发过程对外界吸热实现制冷;吸附饱和后利用太阳能加热使其解吸。按照被吸附物与吸附剂之间吸附力的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是分子间范德华力所引起的，而化学吸附是吸附剂与被吸附物之间通过化学键起作用的结果，吸附与脱附过程都伴随有化学反应。 　　4.太阳能吸附式制冷技术的发展前景 　　随着对太阳能固体吸附式制冷技术的不断深入，太阳能吸附制冷技术已经逐步向实用化推进，发挥其节能、环保的优势，有着广阔的应用前景和价值。例如：上海交通大学制冷与低温工程研究所提出了一种依靠吸附制冷原理制冷，结合太阳能通风筒强化自然通风的太阳能空调房，其特点在于一方面可充分利用太阳能吸附集热器和太阳能通风筒集热面有效降低房间的太阳热负荷;另一方面利用吸附床吸附制冷过程释放大量吸附热的现象，用于强化夜间自然通风。将太阳能吸附式制冷技术应用于家庭中央空调冷热联供也是一个很好的选择。 　　因为随着中国经济水平的不断提高，家庭中央空调将成为一个新的消费时尚，家用中央空调在国内市场刚刚兴起，它不仅适用于家庭住宅，也适用于办公楼、写字楼及商用住宅公寓楼等场所。传统的写字楼或办公室通常采用大楼集中空调，没有集中空调则可能选择安装若干分体式空调机，但是这些都不是最佳选择。另外，太阳能吸附式制冷技术在列车食品冷藏、住宅小型化太阳能热驱动冷暖并供系统和汽车空调等系统中也有广泛的应用前景。如： 　　（1）太阳能吸附式制冰与冰蓄冷相结合作为空调系统的冷源；（2）前一种方式与常规压缩式制冷或吸收式制冷相结合作为空调系统冷源，极类似与冰蓄冷系统运行模式中的部分蓄冷。但两种制冷量的匹配则要视建筑物的具体情况而定；（3）太阳能制备冷水与常规制冷方式相结合作为空调系统的冷源。 　　5.吸附式冷冻领域存在的问题 　　对吸附冷冻应用方面所存在的问题以及应用进行总结，目前在吸附冷冻领域所存在的主要问题有以下几个方面： 　　（1）在低温热源的应用方面，对于低于90℃的热源，较为常用的工质对为活性炭－氨、活性炭－甲醇以及氯化锶－氨。这几种工质对由于存在着循环吸附量小、吸附动力性能差等缺点，导致其应用效果较差。如何开发新型的工质对以及新型的循环方式来提高吸附冷冻在低温热源方面的应用性能，是吸附制冷领域的一个难点问题。（2）在中温热源应用方面，目前国际上的研究主要集中在船用吸附制冰方面。上海交通大学所研制的热管型船用吸附制冰机可以解决冷海水与烟气腐蚀问题，同时具有较高的换热效率与制冷效果。但是如何进一步简化这种系统，提高其可靠性，是其产业化过程中的一个关键点。（3）在高温热源的应用方面，针对其较大的热应力与热量损失问题，国内外所提出的多级循环可以用于冷冻技术，从而提高吸附式冷冻过程的制冷系数。这种多级循环的研究目前还是处于理论分析阶段。其实用化效果则有待于进一步的验证。 　　6.结束语 　　太阳能固体吸附式制冷技术与电动压缩制冷相比还不是很成熟，但由于节能和环保优势，决定了它具有广阔的应用前景。同时，太阳能吸附制冷技术离不开政府的支持，建议政府有关职能部门能给予太阳能用户、单位以奖励，使太阳能吸附制冷技术逐渐被广大用户了解和接受，再加之大批在吸附制冷领域的研究人员的不懈努力，太阳能固体吸附制冷式制冷技术将逐步实现民用商业化，为社会的发展和人类的进步做出更大的贡献。