太陽能吸附式制冷系統(tǒng)

杜梅霞 王晶

摘 要：太陽能制冷系統(tǒng)由吸附式制冷、溶液除濕和頂板冷輻射三部分組成。介紹了各部分的工作原理、過程。從技術(shù)、經(jīng)濟角度對其可行性進行了分析，指出太陽能吸附式制冷系統(tǒng)對環(huán)境保護及節(jié)能減排工作有積極作用。

關(guān)鍵詞：空調(diào)系統(tǒng)；太陽能制冷；頂板冷輻射；溶液除濕

隨著人們生活水平不斷提高，空調(diào)應(yīng)用日益廣泛，空調(diào)能耗約占全國總能耗的30%。近年來常規(guī)能源供應(yīng)緊張，環(huán)保意識不斷加強，開發(fā)利用潔凈、可持續(xù)發(fā)展型能源迫在眉睫。太陽能是一種潔凈、可再生能源且分布廣泛、取之不盡。太陽能制冷系統(tǒng)的應(yīng)用對緩解能源緊張，保護環(huán)境有積極意義。

1 太陽能吸附式制冷系統(tǒng)

太陽能吸附式制冷系統(tǒng)是吸附式制冷、溶液除濕的集成系統(tǒng)。下圖是太陽能吸附式制冷系統(tǒng)示意圖，由吸附式制冷系統(tǒng)、溶液除濕系統(tǒng)和空調(diào)末端設(shè)備三部分組成。

1.1 太陽能吸附制冷原理

原理：多孔固體（吸附劑）和對應(yīng)液體（吸附質(zhì)）形成吸附制冷工質(zhì)對。固體吸附劑吸附氣態(tài)吸附質(zhì)，液態(tài)吸附質(zhì)從外界吸熱蒸發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)吸附質(zhì)，吸附質(zhì)的蒸發(fā)吸熱實現(xiàn)制冷； 飽和后的固體吸附劑被太陽能輻射加熱解吸。系統(tǒng)循環(huán)往復(fù)實現(xiàn)連續(xù)制冷。

系統(tǒng)組成： 集熱吸附床1、冷凝器4和蒸發(fā)器3。工作過程： 1吸收太陽輻射溫度升高解吸出吸附質(zhì)，太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)槲絼菽埽唤馕龅臍鈶B(tài)吸附質(zhì)通過2與稀溶液換熱后冷凝；晚上1被環(huán)境冷卻降低到吸附溫度，打開4，在吸附勢能的作用下吸附質(zhì)在3中吸熱蒸發(fā)，實現(xiàn)制冷。

1.2 溶液除濕原理

原理：利用除濕濃溶液表面水蒸氣分壓力小于空氣中水蒸氣分壓力，在水蒸氣分壓力差的作用下，達到空氣除濕目的。其特點是吸濕量大，可以把空氣處理到很低的含濕量。

系統(tǒng)組成：除濕器9、溶液再生裝置12、熱管換熱器2、濃溶液儲存罐11、稀溶液儲存罐13。工作過程：濃溶液從9上部均勻噴下與空氣濕交換，變成稀溶液后進入13，當(dāng)制冷系統(tǒng)解析時，解析出的吸附質(zhì)與稀溶液在2中換熱，之后進入12溶液再生。

1.3 空調(diào)末端裝置

空調(diào)末端采用頂板冷輻射形式。頂棚輻射供冷形式，如塑料輻射細管。通過輻射和對流換熱方式使房間降溫。毛細管網(wǎng)頂板輻射空調(diào)系統(tǒng)夏季向毛細管供給18～20℃冷水（傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)是7～12℃）。

2 太陽能吸附式制冷空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)可行性分析

2.1 太陽能吸附式制冰機的改進

近年來，我國各高校積極地開展了固體吸附式制冷循環(huán)的研究，并在吸附機理、固體吸附式連續(xù)回?zé)嵫h(huán)裝置的實現(xiàn)、余熱驅(qū)動的固體吸附式空調(diào)/熱泵裝置等方面，取得了實質(zhì)性的成效。如上海交通大學(xué)制作螺旋板式吸附器的連續(xù)回?zé)嵝突钚蕴?甲醇吸附式制冷機系統(tǒng)COP達到了0.4～0.5和太陽能供熱與制冷聯(lián)合循環(huán)的復(fù)合機該系統(tǒng)的太陽能總能利用率將有望達到0.6以上[5]。太陽輻射的隨機性和周期性導(dǎo)致制冷系統(tǒng)不能可靠和連續(xù)制冷，解決的辦法是添加電加熱器。

2.2 溶液除濕系統(tǒng)

溶液除濕系統(tǒng)中分別設(shè)有濃、稀溶液儲存罐保證系統(tǒng)的連續(xù)運行。為防止日照不足或者陰雨天除濕需要還在12添加了電加熱設(shè)備，必要時啟動輔助裝置再生，以保證溶液除濕系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行。

2.3 空調(diào)末端

空調(diào)末端采用頂板冷輻射的原因：一輻射供冷可以提高進口水溫。二舒適性好，高度上溫度分層小，無吹冷風(fēng)感。冷卻吊頂系統(tǒng)夏季溫度比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)高1～2℃，但人的舒適感相同。

3 太陽能吸附式制冷空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟可行性分析

兩種太陽能制冷裝置的性能分析和比較顯示，復(fù)合機系統(tǒng)在接受輸入光能54MJ的條件下，可將120kg水加熱至90～95℃，并可日制冰10kg。1.5m2的平板集熱器，在接受外界光能30MJ的條件下，日制冰達8kg以上。1kg冰的熔解熱2.1kJ/kg，水的比熱4.18kJ/kg，回水取22℃，1.5m2的平板集熱器，接受外界光能30MJ條件下的制冷量是752.48kJ。此制冷量是不消耗任何常規(guī)能源。折算到壓縮式制冷機需消耗電能0.07kWh，折算成標(biāo)準煤為31g。

溶液除濕系統(tǒng)負擔(dān)房間的潛熱負荷，頂板冷輻射負責(zé)房間的顯熱負荷。通過在蒸發(fā)器外加蓄冷水箱[3]，蓄存制冷量。溶液除濕系統(tǒng)通過熱管換熱器回收利用解析熱，一方面提高了太陽能的利用率，另一方面節(jié)省了再生溶液的加熱。蓄冷水箱的低溫水先經(jīng)過溶液除濕器和被處理空氣換熱后溫度升高為20℃，再與低溫水混合為19℃進入冷輻射頂板內(nèi)，實現(xiàn)了能量的梯級利用。

4 結(jié)語

太陽能吸附式制冷系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保，對于節(jié)能減排有積極的意義。此系統(tǒng)沒有運動部件，無需防震減噪措施，維修工作量小，除水泵和電加熱器外沒有耗電設(shè)備。尤其適用于電力資源貧乏、太陽能資源豐富的地區(qū)。

參考文獻：

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