李麗

摘要：本文探討了固體吸附-光伏復合式太陽能制冷技術(shù)的運作原理，指出該技術(shù)是一種綠色環(huán)保型制冷方式，與傳統(tǒng)制冷技術(shù)相比，具有投資少、運行費用低等一系列優(yōu)點，并對該技術(shù)的未來做出展望。

關(guān)鍵字：固體吸附-光伏；復合式；太陽能；制冷技術(shù) 一、前言

黨的十八大報告明確提出，要把生態(tài)文明建設(shè)放在突出地位，努力建設(shè)美麗中國，實現(xiàn)中華民族的永續(xù)發(fā)展。當前國內(nèi)環(huán)境污染已十分嚴重，大力研究和發(fā)展綠色低能耗、低排放、低污染產(chǎn)業(yè)，是貫徹落實十八大戰(zhàn)略部署，服務(wù)“美麗中國”建設(shè)最實實在在的行動，也是最緊迫的任務(wù)之一，探索低碳、環(huán)保的制冷技術(shù)必將是中國乃至世界制冷技術(shù)的發(fā)展方向。固體吸附式制冷技術(shù)和太陽能的利用技術(shù)所具有的優(yōu)點吻合了當前能源和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的總趨勢。因此，研究固體吸附-光伏復合式技術(shù)具有深遠的意義。

二、太陽能制冷技術(shù)類型及性能比較

隨著人們對太陽能利用技術(shù)的探索與研究，目前太陽能制冷的技術(shù)發(fā)展方向主要有以下幾種類型（見表1）。

三、 關(guān)于固體吸附-光伏復合式太陽能制冷技術(shù)

太陽能是一種巨大、久遠、無盡的能源。在當前世界能源緊張，各種能源價格飛漲的形勢下，各國都將眼光投向了可再生能源，主要是因為這種能源可再生，取之不盡、用之不竭，而且對環(huán)境無污染。在可再生能源中，太陽能是最引人矚目的，在太陽能的利用上，太陽能光伏電池、太陽能熱水器等產(chǎn)品已經(jīng)稍有成效，太陽能照明產(chǎn)品、太陽能建筑也在逐漸發(fā)展。固體吸附-光伏復合式太陽能制冷技術(shù)是利用固體吸附式制冷技術(shù)和太陽能光伏技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，由于該技術(shù)的整個制冷過程都由太陽所提供的能量來驅(qū)動，不僅緩解電力的緊張供應(yīng)，而且不采用氯氟烴類制冷劑，無CFCs問題，也無溫室效應(yīng)，是一種環(huán)境友好型制冷方式。由表1可見該技術(shù)與其他類型的太陽能制冷技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，一次性投資少，運行費用低，使用壽命長，無噪音，無環(huán)境污染等一系列優(yōu)點。

四、 固體吸附-光伏復合式太陽能制冷技術(shù)的運作原理

（一）固體吸附-光伏復合式太陽能制冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

固體吸附-光伏復合式太陽能制冷系統(tǒng)主要由四部分組成：

第一部分為：由太陽能集熱板所構(gòu)成的熱源供給系統(tǒng)和太陽能電池板所構(gòu)成的供電系統(tǒng)（見圖1）。

第二部分包括兩個管狀吸附器（含解吸機構(gòu)和吸附機構(gòu)，見圖2）及冷、熱水循環(huán)系統(tǒng)。兩個吸附器的功能相當于蒸汽壓縮式制冷中的壓縮機。解吸狀態(tài)下，管狀吸附器向冷凝器排放高溫高壓的制冷劑蒸氣；吸附狀態(tài)下，吸附器則吸附來自蒸發(fā)器中低溫低壓的制冷劑蒸氣。因此吸附式制冷系統(tǒng)設(shè)計的核心是吸附器（也叫吸附床），它的性能好壞直接影響了整個系統(tǒng)的功能。冷、熱水循環(huán)系統(tǒng)則為吸附和解吸過程提供冷、熱源。

第三部分包括冷凝器，蒸發(fā)器及節(jié)流閥，與普通的制冷系統(tǒng)相類似。從解吸態(tài)解吸出來的高溫高壓的制冷劑蒸氣在冷凝器中被冷凝后，變成中溫高壓的液體，經(jīng)過節(jié)流閥，進入蒸發(fā)器蒸發(fā)制冷，蒸發(fā)后的制冷劑蒸氣重新被吸附床吸收。

第四部分是綜合控制系統(tǒng)，包括：提供固體吸附式制冷系統(tǒng)所需的循環(huán)動力（泵A、泵B、泵C）以及控制相關(guān)閥門（電磁閥A、電磁閥B）的開啟的機構(gòu)。具體見圖3。

圖中G1為熱水輸出管道，G2為熱水經(jīng)吸附器的解吸附機構(gòu)后回流到熱水貯存箱的管道，G1與G2聯(lián)通閉合；G3為吸附器吸附機構(gòu)的冷卻水輸送管道；G4為吸附器中解吸態(tài)高溫高壓的制冷劑蒸氣向冷凝器排放的管道；G5為經(jīng)過冷凝器后的中溫高壓的制冷劑，從貯液器經(jīng)節(jié)流閥降壓后向蒸發(fā)器輸送的管道；G6為蒸發(fā)器出來的低壓蒸汽進入吸附器的管道。

（二）固體吸附-光伏復合式太陽能制冷系統(tǒng)的運作原理。

固體吸附-光伏復合式太陽能制冷系統(tǒng)的運作原理為：（1）在白天，一方面太陽能電池板吸收太陽光產(chǎn)生電能并貯存在蓄電池組，為本系統(tǒng)提供運作所需的電能；另一方面，太陽能集熱器加熱的熱水貯存在熱水貯存箱中。（2）制冷時，電磁閥A打開（同時泵A啟動、電磁閥B關(guān)閉），熱水貯存箱的熱水（90℃以上）經(jīng)管道G1流向吸附器A對吸附材料進行加熱解吸，吸附材料中的制冷工質(zhì)（甲醇）被加熱后蒸發(fā)成氣體，此時吸附器A內(nèi)壓力升高，氣體經(jīng)單向閥C進入冷凝器并冷凝成液體貯存在貯液器內(nèi)；當吸附器A內(nèi)的溫度達到70℃時，解吸附完成（甲醇的沸點是65.4℃），此時電磁閥A關(guān)閉（同時泵B啟動、電磁閥B打開），泵B輸送經(jīng)過冷卻水塔冷卻的水進入吸附器A中對吸附劑進行冷卻，吸附劑溫度降低，吸附器A內(nèi)的壓力降低，制冷工質(zhì)蒸汽經(jīng)單向閥A進入吸附器A，隨著吸附劑不斷吸收制冷工質(zhì)蒸汽，蒸發(fā)器中壓力降低，于是會有更多液體氣化，在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸收熱量降溫而實現(xiàn)制冷。（3）吸附器B的工作程序與吸附器A相同。通過綜合控制器控制電磁閥A、電磁閥B、泵B、泵C的啟閉，使吸附器A和吸附器B處于當一個吸附時，另一個解吸附的交替狀態(tài)而達到連續(xù)制冷。

五、制冷工質(zhì)對的選擇

吸附劑-制冷劑工質(zhì)對的選擇是吸附式制冷中最重要的因素之一，一個好的制冷系統(tǒng)不但要有好的循環(huán)方式，而且要有在工作溫度范圍內(nèi)吸附性能強、吸附速度塊、傳熱效果好的吸附劑和汽化潛熱大、沸點滿足要求的制冷劑。制冷機是否能適應(yīng)環(huán)境要求，是否能滿足工作條件，在很大程度上都取決于吸附工質(zhì)對的選擇。本系統(tǒng)中采用活性炭纖維-甲醇為工質(zhì)對，主要原因是活性炭纖維-甲醇的吸附、解吸量較大，所需的解吸溫度不高（70℃左右）；而且甲醇的蒸發(fā)潛熱較高。與其它吸附工質(zhì)對相比發(fā)現(xiàn)，活性炭纖維-甲醇的COP最高，且所需的解吸溫度較低，所以活性炭纖維-甲醇工質(zhì)對更適用于太陽能制冷。

六、綜合控制系統(tǒng)

綜合控制系統(tǒng)是本制冷系統(tǒng)的控制中心，按系統(tǒng)的檢測與控制要求，綜合控制系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能可劃分為檢測功能、預報功能和執(zhí)行功能。

（一）檢測功能。

綜合控制系統(tǒng)對機組各部件的主要參數(shù)進行檢測與顯示。主要檢測參數(shù)為溫度、壓力流量等。除檢測系統(tǒng)的參數(shù)值外，還可以進行機組運行狀態(tài)、閥門的開啟狀態(tài)、參數(shù)動態(tài)流程圖、冷水泵運轉(zhuǎn)、機組故障的監(jiān)視等。

（二）預報功能。

為使機組更安全可靠地運行，綜合控制系統(tǒng)能夠通過操作界面，在機組出現(xiàn)故障時，提示故障部位、故障原因和故障處理方法，使操作人員對故障的處理更快捷，提高了機組的使用效率和運行可靠性。

（三）執(zhí)行功能。

綜合控制系統(tǒng)的執(zhí)行功能包括對機組各個部件實施的控制以及對各個部件實施的安全保護。

七、固體吸附-光伏復合式太陽能制冷技術(shù)未來的展望

作為一種新興的環(huán)保能源利用技術(shù)，固體吸附-光伏復合式太陽能制冷系統(tǒng)的運作完全利用太陽能，不依賴其他外接電源，是符合當前能源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的總趨勢的。固體吸附-光伏復合式太陽能制冷技術(shù)還處于起步階段，技術(shù)工藝等尚不成熟，市場條件不具備，但是其環(huán)保的效應(yīng)和對能源緊缺的當今時代的適應(yīng)性是傳統(tǒng)制冷技術(shù)不可比擬的。關(guān)鍵是如何解決存在的缺點，比如：如何改進吸附劑的傳熱性能。因此，應(yīng)加大四方面的研究：（1）強化吸附劑的吸附性能，開發(fā)新型吸附劑，增大制冷量。（2）強化傳熱，提高吸附劑的傳熱性能和單位吸附劑的制冷功率，減小制冷機的尺寸。（3）研究新型的熱循環(huán)機構(gòu)，開發(fā)可以快速加熱和冷卻的高效吸收塔。（4）研究新型的蓄電池，增加蓄電量和使用壽命。

（作者單位：四會中等專業(yè)學校）

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責任編輯賴俊辰