固体吸附—光伏复合式太阳能制冷技术的探讨

李丽

摘要：本文探讨了固体吸附-光伏复合式太阳能制冷技术的运作原理，指出该技术是一种绿色环保型制冷方式，与传统制冷技术相比，具有投资少、运行费用低等一系列优点，并对该技术的未来做出展望。

关键字：固体吸附-光伏；复合式；太阳能；制冷技术 一、前言

党的十八大报告明确提出，要把生态文明建设放在突出地位，努力建设美丽中国，实现中华民族的永续发展。当前国内环境污染已十分严重，大力研究和发展绿色低能耗、低排放、低污染产业，是贯彻落实十八大战略部署，服务“美丽中国”建设最实实在在的行动，也是最紧迫的任务之一，探索低碳、环保的制冷技术必将是中国乃至世界制冷技术的发展方向。固体吸附式制冷技术和太阳能的利用技术所具有的优点吻合了当前能源和环境协调发展的总趋势。因此，研究固体吸附-光伏复合式技术具有深远的意义。

二、太阳能制冷技术类型及性能比较

随着人们对太阳能利用技术的探索与研究，目前太阳能制冷的技术发展方向主要有以下几种类型（见表1）。

三、 关于固体吸附-光伏复合式太阳能制冷技术

太阳能是一种巨大、久远、无尽的能源。在当前世界能源紧张，各种能源价格飞涨的形势下，各国都将眼光投向了可再生能源，主要是因为这种能源可再生，取之不尽、用之不竭，而且对环境无污染。在可再生能源中，太阳能是最引人瞩目的，在太阳能的利用上，太阳能光伏电池、太阳能热水器等产品已经稍有成效，太阳能照明产品、太阳能建筑也在逐渐发展。固体吸附-光伏复合式太阳能制冷技术是利用固体吸附式制冷技术和太阳能光伏技术结合的产物，由于该技术的整个制冷过程都由太阳所提供的能量来驱动，不仅缓解电力的紧张供应，而且不采用氯氟烃类制冷剂，无CFCs问题，也无温室效应，是一种环境友好型制冷方式。由表1可见该技术与其他类型的太阳能制冷技术相比，具有结构简单，一次性投资少，运行费用低，使用寿命长，无噪音，无环境污染等一系列优点。

四、 固体吸附-光伏复合式太阳能制冷技术的运作原理

（一）固体吸附-光伏复合式太阳能制冷系统的结构。

固体吸附-光伏复合式太阳能制冷系统主要由四部分组成：

第一部分为：由太阳能集热板所构成的热源供给系统和太阳能电池板所构成的供电系统（见图1）。

第二部分包括两个管状吸附器（含解吸机构和吸附机构，见图2）及冷、热水循环系统。两个吸附器的功能相当于蒸汽压缩式制冷中的压缩机。解吸状态下，管状吸附器向冷凝器排放高温高压的制冷剂蒸气；吸附状态下，吸附器则吸附来自蒸发器中低温低压的制冷剂蒸气。因此吸附式制冷系统设计的核心是吸附器（也叫吸附床），它的性能好坏直接影响了整个系统的功能。冷、热水循环系统则为吸附和解吸过程提供冷、热源。

第三部分包括冷凝器，蒸发器及节流阀，与普通的制冷系统相类似。从解吸态解吸出来的高温高压的制冷剂蒸气在冷凝器中被冷凝后，变成中温高压的液体，经过节流阀，进入蒸发器蒸发制冷，蒸发后的制冷剂蒸气重新被吸附床吸收。

第四部分是综合控制系统，包括：提供固体吸附式制冷系统所需的循环动力（泵A、泵B、泵C）以及控制相关阀门（电磁阀A、电磁阀B）的开启的机构。具体见图3。

图中G1为热水输出管道，G2为热水经吸附器的解吸附机构后回流到热水贮存箱的管道，G1与G2联通闭合；G3为吸附器吸附机构的冷却水输送管道；G4为吸附器中解吸态高温高压的制冷剂蒸气向冷凝器排放的管道；G5为经过冷凝器后的中温高压的制冷剂，从贮液器经节流阀降压后向蒸发器输送的管道；G6为蒸发器出来的低压蒸汽进入吸附器的管道。

（二）固体吸附-光伏复合式太阳能制冷系统的运作原理。

固体吸附-光伏复合式太阳能制冷系统的运作原理为：（1）在白天，一方面太阳能电池板吸收太阳光产生电能并贮存在蓄电池组，为本系统提供运作所需的电能；另一方面，太阳能集热器加热的热水贮存在热水贮存箱中。（2）制冷时，电磁阀A打开（同时泵A启动、电磁阀B关闭），热水贮存箱的热水（90℃以上）经管道G1流向吸附器A对吸附材料进行加热解吸，吸附材料中的制冷工质（甲醇）被加热后蒸发成气体，此时吸附器A内压力升高，气体经单向阀C进入冷凝器并冷凝成液体贮存在贮液器内；当吸附器A内的温度达到70℃时，解吸附完成（甲醇的沸点是65.4℃），此时电磁阀A关闭（同时泵B启动、电磁阀B打开），泵B输送经过冷却水塔冷却的水进入吸附器A中对吸附剂进行冷却，吸附剂温度降低，吸附器A内的压力降低，制冷工质蒸汽经单向阀A进入吸附器A，随着吸附剂不断吸收制冷工质蒸汽，蒸发器中压力降低，于是会有更多液体气化，在蒸发器中蒸发吸收热量降温而实现制冷。（3）吸附器B的工作程序与吸附器A相同。通过综合控制器控制电磁阀A、电磁阀B、泵B、泵C的启闭，使吸附器A和吸附器B处于当一个吸附时，另一个解吸附的交替状态而达到连续制冷。

五、制冷工质对的选择

吸附剂-制冷剂工质对的选择是吸附式制冷中最重要的因素之一，一个好的制冷系统不但要有好的循环方式，而且要有在工作温度范围内吸附性能强、吸附速度块、传热效果好的吸附剂和汽化潜热大、沸点满足要求的制冷剂。制冷机是否能适应环境要求，是否能满足工作条件，在很大程度上都取决于吸附工质对的选择。本系统中采用活性炭纤维-甲醇为工质对，主要原因是活性炭纤维-甲醇的吸附、解吸量较大，所需的解吸温度不高（70℃左右）；而且甲醇的蒸发潜热较高。与其它吸附工质对相比发现，活性炭纤维-甲醇的COP最高，且所需的解吸温度较低，所以活性炭纤维-甲醇工质对更适用于太阳能制冷。

六、综合控制系统

综合控制系统是本制冷系统的控制中心，按系统的检测与控制要求，综合控制系统所实现的功能可划分为检测功能、预报功能和执行功能。

（一）检测功能。

综合控制系统对机组各部件的主要参数进行检测与显示。主要检测参数为温度、压力流量等。除检测系统的参数值外，还可以进行机组运行状态、阀门的开启状态、参数动态流程图、冷水泵运转、机组故障的监视等。

（二）预报功能。

为使机组更安全可靠地运行，综合控制系统能够通过操作界面，在机组出现故障时，提示故障部位、故障原因和故障处理方法，使操作人员对故障的处理更快捷，提高了机组的使用效率和运行可靠性。

（三）执行功能。

综合控制系统的执行功能包括对机组各个部件实施的控制以及对各个部件实施的安全保护。

七、固体吸附-光伏复合式太阳能制冷技术未来的展望

作为一种新兴的环保能源利用技术，固体吸附-光伏复合式太阳能制冷系统的运作完全利用太阳能，不依赖其他外接电源，是符合当前能源、环境协调发展的总趋势的。固体吸附-光伏复合式太阳能制冷技术还处于起步阶段，技术工艺等尚不成熟，市场条件不具备，但是其环保的效应和对能源紧缺的当今时代的适应性是传统制冷技术不可比拟的。关键是如何解决存在的缺点，比如：如何改进吸附剂的传热性能。因此，应加大四方面的研究：（1）强化吸附剂的吸附性能，开发新型吸附剂，增大制冷量。（2）强化传热，提高吸附剂的传热性能和单位吸附剂的制冷功率，减小制冷机的尺寸。（3）研究新型的热循环机构，开发可以快速加热和冷却的高效吸收塔。（4）研究新型的蓄电池，增加蓄电量和使用寿命。

（作者单位：四会中等专业学校）

参考文献：

[1]王如竹，吴静怡，代彦军.吸附式制冷[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2]刘艳玲，王如竹，夏再忠.一种新型太阳能吸附式制冷系统的设计及性能模拟[J].化工学报，2005.

[3]汪前彬，王如竹，魏立柱.活性炭-甲醇的吸附特性研究[D].中国工程热物理年会工程热力学与能源利用学术会议论文集（ 下册） ，1996， IV-72-6.

[4]陈砺，谭盈科.太阳能吸附制冷技术进展[J].流体机械，1997，（9）：44-50.

[5]李明，王六玲，王才璋.制冷低温技术的节能利用和太阳能吸附制冷技术研究[J].节能，1999，（4）：9-13.

[6]卢允庄，王如竹，许熠雄.真空集热性太阳能固体吸附式制冷的理论研究[J].太阳能学报，2001，（4）： 480-485.

责任编辑赖俊辰