淺談太陽能吸附式冷凍技術(shù)發(fā)展

摘要：隨著新能源和可再生能源的發(fā)展，開發(fā)和利用新能源和可再生能源成為可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。太陽能吸附式制冷技術(shù)系統(tǒng)簡單，不需要精餾設(shè)備，系統(tǒng)不會(huì)再冷凝溫度較低的情況下出現(xiàn)燒干狀況，當(dāng)然本文也對這一制冷技術(shù)的問題進(jìn)行了簡要討論。 　　1.不同制冷需求的余熱制冷技術(shù) 　　制冷技術(shù)目前最為普遍的應(yīng)用為空調(diào)與冷凍。其中空調(diào)主要用于夏季房間內(nèi)的制冷，冷凍則廣泛地應(yīng)用于制冰、食品儲(chǔ)藏以及化工流程。 　　目前在空調(diào)的應(yīng)用中，硅膠－水吸附式制冷機(jī)組以及溴化鋰－水吸收式制冷機(jī)組均實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。其中硅膠－水吸附式制冷機(jī)組的特點(diǎn)是可以應(yīng)用于50～90℃的余熱回收場合，但存在著cop較低的特點(diǎn)，cop僅為0.4～0.6。溴化鋰－水系統(tǒng)可以用于90℃～200℃余熱的回收利用，其中單效系統(tǒng)的cop為0.6～0.7，雙效系統(tǒng)的cop為1.1～1.2。200～230℃的余熱可以采用三效系統(tǒng)來回收，三效系統(tǒng)的cop可以達(dá)到1.5～1.6左右。但是由于三效系統(tǒng)存在著難以解決的腐蝕問題，所以其實(shí)用化仍然需要一個(gè)長期的研究過程。 　　對于冷凍工況，目前余熱驅(qū)動(dòng)的制冷技術(shù)仍然沒有成熟的產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品。冷凍工況可用的吸收式制冷工質(zhì)對為氨－水工質(zhì)對。氨－水工質(zhì)對的單效系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)熱源溫度為120～130℃，在空調(diào)工況的cop為0.6左右。對于冷凍工況cop則為0.2左右。氨－水工質(zhì)對的gax循環(huán)可以利用150～160℃的熱源驅(qū)動(dòng)，冷凍工況下的cop也僅為0.3～0.4。氨－水工質(zhì)對用于冷凍工況，其缺點(diǎn)在于精餾過程。氨－水吸收式制冷系統(tǒng)對精餾設(shè)備的要求較高，尤其在冷凝溫度較低時(shí)，發(fā)生器極易出現(xiàn)燒干的狀況。相對于氨－水吸收式制冷，將吸附式制冷技術(shù)應(yīng)用于冷凍工況，其優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)簡單，不需要精餾設(shè)備，同時(shí)系統(tǒng)不會(huì)在冷凝溫度較低的情況下出現(xiàn)燒干狀況。 　　2.太陽能吸附式制冷技術(shù)的研究價(jià)值 　　新能源和可再生能源經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)開始在世界能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)中占據(jù)一席之地，受到各國政府的廣泛重視。開發(fā)利用新能源和可再生能源成為世界能源可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，成為大多數(shù)發(fā)達(dá)國家和部分發(fā)展中國家二十一世紀(jì)能源開發(fā)的基本選擇。太陽能吸附制冷技術(shù)正是解決這一問題的有效途徑之一，一方面，太陽能是一種用之不竭，取之不盡、隨處可得的廉價(jià)、無污染且安全的可再生能源;另一方面，太陽能吸附式制冷技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、無運(yùn)動(dòng)部件、無噪聲、抗震性好、使用壽命長、減弱熱島效應(yīng)、滿足環(huán)保要求等優(yōu)點(diǎn)。而且，太陽能在時(shí)間和地域上的分布特征與制冷空調(diào)的用能特征具有高度的匹配性，這使研究太陽能吸附制冷技術(shù)具有潛在的、巨大的優(yōu)勢。 　　3.太陽能吸附式制冷工作原理 　　太陽能固體吸附式制冷原理:以某種具有多孔性的固體作為吸附劑，某種氣體作為制冷劑，形成吸附制冷工質(zhì)對，其中固體吸附劑是不流動(dòng)的，而吸附介質(zhì)是流動(dòng)的。在固體吸附劑對氣體吸附物吸附的同時(shí)，流體吸附物不斷地蒸發(fā)成可供吸附的氣體，蒸發(fā)過程對外界吸熱實(shí)現(xiàn)制冷;吸附飽和后利用太陽能加熱使其解吸。按照被吸附物與吸附劑之間吸附力的不同，吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附是分子間范德華力所引起的，而化學(xué)吸附是吸附劑與被吸附物之間通過化學(xué)鍵起作用的結(jié)果，吸附與脫附過程都伴隨有化學(xué)反應(yīng)。 　　4.太陽能吸附式制冷技術(shù)的發(fā)展前景 　　隨著對太陽能固體吸附式制冷技術(shù)的不斷深入，太陽能吸附制冷技術(shù)已經(jīng)逐步向?qū)嵱没七M(jìn)，發(fā)揮其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢，有著廣闊的應(yīng)用前景和價(jià)值。例如：上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所提出了一種依靠吸附制冷原理制冷，結(jié)合太陽能通風(fēng)筒強(qiáng)化自然通風(fēng)的太陽能空調(diào)房，其特點(diǎn)在于一方面可充分利用太陽能吸附集熱器和太陽能通風(fēng)筒集熱面有效降低房間的太陽熱負(fù)荷;另一方面利用吸附床吸附制冷過程釋放大量吸附熱的現(xiàn)象，用于強(qiáng)化夜間自然通風(fēng)。將太陽能吸附式制冷技術(shù)應(yīng)用于家庭中央空調(diào)冷熱聯(lián)供也是一個(gè)很好的選擇。 　　因?yàn)殡S著中國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，家庭中央空調(diào)將成為一個(gè)新的消費(fèi)時(shí)尚，家用中央空調(diào)在國內(nèi)市場剛剛興起，它不僅適用于家庭住宅，也適用于辦公樓、寫字樓及商用住宅公寓樓等場所。傳統(tǒng)的寫字樓或辦公室通常采用大樓集中空調(diào)，沒有集中空調(diào)則可能選擇安裝若干分體式空調(diào)機(jī)，但是這些都不是最佳選擇。另外，太陽能吸附式制冷技術(shù)在列車食品冷藏、住宅小型化太陽能熱驅(qū)動(dòng)冷暖并供系統(tǒng)和汽車空調(diào)等系統(tǒng)中也有廣泛的應(yīng)用前景。如： 　?。?）太陽能吸附式制冰與冰蓄冷相結(jié)合作為空調(diào)系統(tǒng)的冷源；（2）前一種方式與常規(guī)壓縮式制冷或吸收式制冷相結(jié)合作為空調(diào)系統(tǒng)冷源，極類似與冰蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行模式中的部分蓄冷。但兩種制冷量的匹配則要視建筑物的具體情況而定；（3）太陽能制備冷水與常規(guī)制冷方式相結(jié)合作為空調(diào)系統(tǒng)的冷源。 　　5.吸附式冷凍領(lǐng)域存在的問題 　　對吸附冷凍應(yīng)用方面所存在的問題以及應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，目前在吸附冷凍領(lǐng)域所存在的主要問題有以下幾個(gè)方面： 　?。?）在低溫?zé)嵩吹膽?yīng)用方面，對于低于90℃的熱源，較為常用的工質(zhì)對為活性炭－氨、活性炭－甲醇以及氯化鍶－氨。這幾種工質(zhì)對由于存在著循環(huán)吸附量小、吸附動(dòng)力性能差等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其應(yīng)用效果較差。如何開發(fā)新型的工質(zhì)對以及新型的循環(huán)方式來提高吸附冷凍在低溫?zé)嵩捶矫娴膽?yīng)用性能，是吸附制冷領(lǐng)域的一個(gè)難點(diǎn)問題。（2）在中溫?zé)嵩磻?yīng)用方面，目前國際上的研究主要集中在船用吸附制冰方面。上海交通大學(xué)所研制的熱管型船用吸附制冰機(jī)可以解決冷海水與煙氣腐蝕問題，同時(shí)具有較高的換熱效率與制冷效果。但是如何進(jìn)一步簡化這種系統(tǒng)，提高其可靠性，是其產(chǎn)業(yè)化過程中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。（3）在高溫?zé)嵩吹膽?yīng)用方面，針對其較大的熱應(yīng)力與熱量損失問題，國內(nèi)外所提出的多級循環(huán)可以用于冷凍技術(shù)，從而提高吸附式冷凍過程的制冷系數(shù)。這種多級循環(huán)的研究目前還是處于理論分析階段。其實(shí)用化效果則有待于進(jìn)一步的驗(yàn)證。 　　6.結(jié)束語 　　太陽能固體吸附式制冷技術(shù)與電動(dòng)壓縮制冷相比還不是很成熟，但由于節(jié)能和環(huán)保優(yōu)勢，決定了它具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，太陽能吸附制冷技術(shù)離不開政府的支持，建議政府有關(guān)職能部門能給予太陽能用戶、單位以獎(jiǎng)勵(lì)，使太陽能吸附制冷技術(shù)逐漸被廣大用戶了解和接受，再加之大批在吸附制冷領(lǐng)域的研究人員的不懈努力，太陽能固體吸附制冷式制冷技術(shù)將逐步實(shí)現(xiàn)民用商業(yè)化，為社會(huì)的發(fā)展和人類的進(jìn)步做出更大的貢獻(xiàn)。