淺談太陽輻射換熱空調制冷技術的最新研究進展

梁孟

（陜西國防工業職業技術學院）

夏天溫度較高，家庭中使用空調的頻率也較高，所以將太陽輻射轉換成空調制冷技術具有一定的優勢。太陽輻射通過技術轉變成熱能實現制冷不僅能大大降低居民的用電量，還符合社會主義可持續發展理念，具有較高的研究意義和價值[1]。但是在目前研究中，還存在著一定的問題，需要研究學者們不斷地攻克[2]。

1 太陽能空調制冷基本原理

太陽能輻射驅動空調的類型多種多樣，如：太陽能氨水吸收式制冷空調、太陽能噴射式制冷空調、太陽能吸附式制冷空調、太陽能轉輪式除濕空調等。這些空調大體上基本工作原理相似，都是通過提升空氣濕度或者生產冷凍水的基礎上來達到制冷的目的。而從局部來看，類型不同的空調其工作原理不同，因為不同類型的空調制冷系統有差別，制冷的具體進程步驟也存在差異。

太陽能吸附式制冷空調制冷系統采用吸附式制冷系統，制冷過程中主要有脫附、冷凝、蒸發以及制冷四個步驟；太陽能噴射式制冷空調制冷系統采用噴射式制冷系統，制冷過程中會產生高壓蒸汽，此外還伴隨著制冷劑汽化等進程；太陽能氨水吸收式制冷空調制冷系統采用吸收制冷系統，制冷空調技術中有三個步驟：①需要對太陽輻射進行吸收；②需要對太陽能熱能進行轉化；③太陽能驅動制冷[3]。

蒸發器會使制冷劑吸熱蒸發，蒸發出來的蒸汽可以通過吸收器被吸收劑吸收，而此過程會產生熱量，熱量隨即被冷卻的水帶走。在上述過程中形成的濃度較高的溶液泵入到發生器中，在發生器經過熱源加熱后濃溶液會產生高壓蒸汽，這部分高壓蒸汽隨后進入到冷凝器中被冷卻。濃度較低的溶液則通過壓力的減少，再次被送回吸收器中，從而完成一個循環。太陽能制冷與常規的制冷相比區別在于過程中能量的消耗[4]。比如，太陽能熱源來源為太陽能集熱器，而與常規熱力驅動吸收式制冷的熱源為傳統的蒸汽及燃氣燃油燃燒器或余熱熱水產生的熱能。我們將太陽能吸收式制冷系統分為兩類：常規的吸收式制冷機和太陽能集熱系統。其中太陽能集熱器、貯存、輸配等構成了太陽能集熱系統，其中太陽能集熱器是最為重要的一個組成部分。太陽能集熱器根據對熱源溫度要求的差異可以分為三類：①平板型太陽能集熱器；②真空管型太陽能集熱器；③聚光型太陽能集熱器。吸收式制冷常見的兩種工質為水-溴化鋰和氨-水。水-溴化鋰工質中制冷劑為水、溴化鋰為吸收劑，該系統COP值較高，且對環境無負面作用，無毒性，制冷溫度在7℃以上，一般在建筑空調系統中應用較為廣泛。但常用的溴化鋰吸收式制冷機往往體型較大，難以小型化。氨-水工質中，制冷劑為氨，吸收劑為水，制冷溫度可達到零度以下，但其存在工作壓力高、有毒、危險性較大的缺點，在食品冷凍和冷藏等非建筑領域應用廣泛。

2 太陽能空調制冷缺點

2.1 價格昂貴

家庭要使用太陽能空調則需要采買太陽集熱器，而太陽集熱器的設備價格較高，對于一般家庭來說負擔太重。針對這項缺點提出的解決辦法為加大太陽能的應用效率，降低太陽能設備的價格，使其成本控制在大部分家庭可支付范圍內[5]。

2.2 太陽能空調制冷可用的建筑層數較低

雖然目前對太陽能空調制冷的應用沒有進行控制，但是太陽能集熱器本身的缺陷還是沒有辦法達到高密度輻照，原因在于集熱器的采光面積和建筑面積相差甚遠。因此，對于那些層數較高的建筑來說，如果要使用太陽能空調制冷，需要加大太陽能集熱器的采光面積[6]。

2.3 太陽輻射換熱空調系統較為復雜

太陽能輻射的制取的溫度要控制在一定溫度范圍內，否則會造成空調的制冷系統沒辦法發揮作用，該溫度范圍在0～100℃之間。因此，在利用太陽輻射的技術中要在空調制冷系統中安放大的輔助熱源，從而增加制冷規模，從而導致系統更為多樣復雜。

3 太陽輻射換熱空調制冷效益

太陽輻射換熱空調制冷技術的使用過程中前期成本較大，需要購置大量的集熱器。因此，要降低此類技術中的成本，就要從提高制冷系統的使用效率以及集熱器方面下手。舉個例子，在一個地區的太陽輻射換熱空調制冷項目中，空調的負荷設置如下所示：在夏天，制冷負荷設置為490kW，冬天，熱負荷設置為305kW；北部地區夏天的制冷負荷設置為55～60kW左右，冬天熱負荷設置為100kW；南部地區夏天的制冷負荷設置為140kW左右，冬天熱負荷設置為29kW。太陽輻射換熱空調系統方面，通過太陽能和地熱復合系統提供冷熱源。夏天的時候，制冷可以通過地源熱泵。此外，一部分房屋建筑可以通過地緣熱泵和吸收式溴化鋰制冷系統交互替換使用[7]。

在夏天，使用太陽能輻射實現空調制冷可以帶來一定的經濟消息。太陽能輻射將太陽能轉換成熱點，符合我國可持續發展的理念，具有廣泛的應用前景。總之，和傳統的空調制冷技術相比，太陽能制冷技術具有一定的好處，但是目前這種技術尚處于起步階段，并沒有普及到各家各戶。此外，此技術還存在一些缺點和不足，需要廣大學者繼續克服。