太陽能固體吸附式制冷技術在制冷空調裝置中的應用

1、2006年第4期制冷與空調101太陽能固體吸附式制冷技術在制冷空調裝置中的應用劉濤(華東交通大學330013)【摘要】隨著能源和環(huán)境問題與社會經濟發(fā)展的矛盾日益突出，開發(fā)出無CFCs問題的制冷方式、采用可再生能源為動力的制冷空調裝置已越來越引起人們的重視。本文介紹了太陽能固體吸附技術的工作原理，分析了太陽能固體吸附制冷技術在制冷空調裝置應用的現狀、存在的問題及解決的措施，提出應大力推廣太陽能固體吸附技術在制冷空調裝置中的應用。【關鍵詞】

2、太陽能：固體吸附制冷：制冷空調裝置：應用TheApplicationofSolarEnergySolidstateAbsorbentRefrigerantSkiHtefrigerantAirConditioningApparatusLiuTao(EastChinaJiaoTongUniversity330013)[Abstract]Withthecontradictionsbetweenenergy，environmentalprobl

3、emsandsocialeconomicdevelopmentbecominggreaterandgreater，peoplepaymoreattentiontononCFCsrefrigerantpatternandrefrigerantairconditioningapparatusthatUSeSrenewableenergyaspower。Thispapershowstheworkingtheoryofthisspecifics

4、kill，currentsituation，problemsandsolvingmethodsandputsforwardthatwemustextendtheapplicationofsolarenergysolidstateabsorbentrefrigerantskilltefrigerantasconditioningapparatus[Keywords]solarenergy：solidstateabsorbentrefrig

5、erant；refrigerantandconditioningapparatus；application1引言隨著經濟社會的發(fā)展，能源與環(huán)境問題已成為制約世界經濟發(fā)展的“瓶頸”，開發(fā)可再生能源與減少環(huán)境污染走可持續(xù)發(fā)展之路已在世界范圍內取得共識。制冷空調裝置的能耗及環(huán)境污染問題已越來越引起人們的重視，一方面，制冷空調裝置的耗能量幾乎占總耗能量的30％～40％；另一方面，在全球十大環(huán)境問題中，臭氧層損耗、地球溫室效應以及全球變暖等生態(tài)危

6、機都與過去幾十年間CFCs在制冷空調裝置中廣泛使用有關系。目前開發(fā)的R12、R22的替代品R134a并不是一種環(huán)保的制冷劑，其對地球溫室效應的影響(GWP)要比C0：高1300倍，仍屬于過度性制冷劑。因此，積極開發(fā)無CFCs問題的制冷方式(如吸收式、吸附式、半導體制冷等)，采用低品位的可再生能源為動力，解決制冷空調裝置的環(huán)保問題是我們面臨的一項重要研究課題。太陽能吸附制冷技術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，

7、取之不盡、隨處可得的廉價、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具有結構簡單、無運動部件、無噪聲、抗震性好、使用壽命長、減弱熱島效應、滿足環(huán)保要求等優(yōu)點。2太陽能固體吸附式制冷的工作原理太陽能固體吸附制冷的工作原理是：利用一定的固體吸附劑(如沸石、活性炭等)對某些工質(如水、氨、甲醛等)氣體的吸附能力隨溫度不同而不同，加熱吸附劑時析出制冷劑氣體，并使之凝為液體，而在冷卻吸附劑時，制冷劑蒸發(fā)，產生制冷作用。太陽能吸附式制

8、冷系統(tǒng)主要有太陽能吸附集熱’劉濤，男，1969年出生，華東交通大學在讀工程碩士，講師。主要從事暖通空調方面的教學與研究。2006年第4期制冷與空調103吸附床傳熱傳質性能差，吸附／解吸所需的時間長，循環(huán)周期長，系統(tǒng)調節(jié)滯后時間長，制冷功率低，制冷系數小，能量利用率低。第二、晚上制冷不符合空調用能規(guī)律，大大限制了太陽能吸附式制冷的應用。第三、太陽能是低品位能源，且供能不連續(xù)，另外，太陽能集熱技術難以保證高溫而穩(wěn)定的驅動熱源，因此，系統(tǒng)需要

9、較低的驅動溫度。這將是推廣吸附式制冷技術實用化進程所面臨的最大難題。42改進措施近年來，為了解決太陽能吸附制冷技術存在的難題，各國科研人員進行了大量的試驗與研究，主要在兩個方面對太陽能固體吸附式制冷空調裝置進行改進。一方面，對太陽能集熱器進行改進，采用熱管式真空集熱器，提高系統(tǒng)的運行溫度；另一方面，在吸附劑一制冷劑工質對、系統(tǒng)內的傳熱性能和采用高效的吸附制冷循環(huán)方面進行改進，提高循環(huán)的性能。(1)熱管式真空管集熱器熱管式真空集熱器是金屬

10、吸熱體真空集熱管的一種，其結構見圖2。在熱管式真空集熱管工作時，太陽輻射穿過玻璃管后投射在金屬吸熱板上，吸熱板吸收太陽輻射能并將其轉換為熱能，再傳導給緊密結合在吸熱板中間的熱管，使熱管蒸發(fā)段內的工質迅速汽化，工質蒸氣上升到熱管冷凝段后，在較冷的表面上凝結，釋放出蒸發(fā)潛熱，將熱量傳遞給集熱器的傳熱工質。凝結后的液態(tài)工質依靠自身的重力流回到蒸發(fā)段，然后重復上述過程。熱管式真空管集熱器具有運行溫度高、耐熱沖擊、耐壓能力強及啟動快等優(yōu)點，采用熱

11、管式真空集熱其可以解決太陽能固體吸附式制冷空調裝置中高溫驅動熱源的問題。＼一Ill目(圖2熱管式真空集熱熱管結構示意圖卜熱管冷凝段；2一金屬封蓋；3一玻璃管；4一金屬吸熱板；5一熱管蒸發(fā)段；6一彈簧支架；7一蒸發(fā)器消氣劑；8一非蒸散型消氣劑2)新的工質對對于采用不同的制冷劑工質對的固體吸附式制冷，其應用范圍和工作特性是不同的。目前主要使用的工質對有：活性炭一甲醇／氨、沸石一水、硅膠一水和氯化鈣一氨等。最近，上海交通大學王入竹教授提出一種

12、新的吸附劑一活性炭纖維，與活性炭相比，單位活性炭纖維的制冷量可達到活性炭的2～3倍，采用活性炭纖維做吸附劑可使吸附／解析時間縮短為活性炭系統(tǒng)的1／10。因而可使循環(huán)的周期大大縮短，這對吸附式系統(tǒng)做得更緊湊意義很大。試驗結果：在90—100℃熱源驅動下，一個吸附器采用800克活性炭纖維可日制冰5千克。(3)強化吸附床傳熱吸附床中傳熱的強化可提高吸附／解析速率，縮短循環(huán)周期。這可以從改善吸附介質的傳熱性能和采用先進的吸附床結構兩個方面來改進

13、。①吸附介質吸附劑為多孔物質，一般都是粉狀或顆粒狀，其熱阻大，導熱性差。可將吸附劑加工成圈片或圓柱狀結構，既有利于減少吸附劑與換熱壁面的接觸熱阻，也改善了吸附床的傳熱性能，并增加吸附劑的填充量。②吸附床結構一個有效地增加吸附床傳熱的方法是減少吸附床厚度并增大和外界的換熱面積。它是通過在吸附床插入金屬肋片來實現的，肋片很薄不到1毫米，相互間的間隙也只有幾毫米。(4)采用高效制冷循環(huán)除了前面提到的采用兩個或多個吸附器交替工作實現連續(xù)制冷循環(huán)

14、外，人們還提出了連續(xù)回熱型和對流熱波型等高效的吸附制冷循環(huán)。①連續(xù)回熱型循環(huán)連續(xù)回熱型循環(huán)的工作原理：兩個吸附器交替運行時，其中一臺吸附器在吸附時可通過流體將一部分顯熱和吸附熱傳給另一臺正在解析的吸附器以實現回熱，因此可節(jié)省部分熱量，提高循環(huán)效率。②對流熱波循環(huán)對流熱搏循環(huán)是一種吸附床內強迫對流以改善吸附床傳熱性能的循環(huán)方式(圖3)。即利用制冷劑氣體和吸附劑間的強制對流，使用循環(huán)泵將氨等高壓制冷劑蒸汽直接加熱冷卻吸附劑而獲得較高的熱流密