可再生能源在空调制冷中的应用

近年来，由于城市化带来的建筑封闭性以及人们对生活舒适度要求的提高，大量压缩式空调造成了严重的能源危机和环境污染，地球臭氧层不断扩大，全球气候变暖的进程加速，异常气候的出现周期缩短，人类生存的环境开始濒临失衡。

解决目前面临的能源危机和环境问题的途径主要有两种：一是提高煤、石油等能源的利用效率，并寻找含氯氟利昂制冷工质的替代品；二是因地制宜使用清洁无污染的可再生能源。要从根本上改变目前空调现状的紧张局面，就必须开发一种合理有效利用可再生能源的途径，包括地热( 冷) 能和太阳能等。把这些可再生能源应用于空调制冷，不仅可以缓解不可再生能源所面临的危机，而且清洁无污染，不会因使用含氯氟利昂制冷工质而导致大气臭氧层的破坏，没有二氧化碳等的排放，有效保护和改善人类的生存环境，实现可持续发展。

1 地道风供冷

地道风空调是我国20世纪70年代初期迅速发展起来的一门新技术，由于系统简单和造价低廉而引起人们的重视。地道风降温是利用地道(或地下埋管)冷却空气，然后送至地面上的建筑物，达到降温的一种专门技术。它包括空气通过地道时降温和送至空调房间供冷两部分，前者是空气与地道进行换热，使空气自然冷却，后者是地冷的空气与空调房间进行换热，为房间供冷。地道风供冷属直流式空调系统，其送风温度随室外气温的变化而变化。若系统的通风量不变，当室外气温随时间变化时，送风温度和房间冷负荷皆发生变化，使房间温度改变，倘若有全年气象(气温)逐时分布数据，结合建筑动态热过程(动态负荷)模拟计算方法，就可以分析和预测出该通风系统的实际运行效果，图1为地道风空调的预测计算流程图。

地道风降温可以因地制宜，利用现有地道，节省了初期投资费用，且系统结构简单，只需要几个功率很小的风机，无其他耗能设备，无环境污染，地道的使用寿命很长，运行管理及维护费用低、节能。早在1974 年重庆就完成了电影院地道风降温工程，经测定，当室外空气温度为33℃时，室内气温27~28.5℃；室外气温为38.4℃时,室内温度为28.4~31.4℃。地道终点( 风机前) 空气冷却终点温度为21~22.5℃，相对湿度96~97%。由于地道风降温是一个等焓降温过程(露点温度前)，相对湿度增大，不宜直接送入室内，需要和除湿设备相结合，把干燥冷却装置与地道风降温系统相耦合，可以提高地道风空调系统的供冷性能和可靠性，在室外温湿度不太高的条件下，直接使用地道风降温系统可以满足夏的供冷；当室外温湿度较高的情况下，同时启动地道风风机和干燥冷却系统，对道风进行干燥或再降温，满足极端室外条件下的供冷。

2 地源热泵

地源热泵是利用地下浅层地热资源(通常小于400米深)作为冷热源，进行能量转换，可供暖制冷的空调系统。地源热泵系统通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温热源向高温热源的转移，地能分别在冬季和夏季作为低温热源和高温热源，夏季，大地作为排热场所，把室内热量以及压缩机的散热通过埋地盘管排入大地中，再通过土壤的导热和土壤中水分的迁移把热量扩散出去。在地源热泵系统中，由于冬季从大地中取出的热量在夏季得到补偿，因而使大地热量基本平衡。

地源热泵的历史可以追溯到1912 年瑞士的一个专利，而在20 世纪90年代，土壤源热泵的应用和发展才进入快速发展阶段，研究热点集中在埋地换热器的换热机理、强化换热、热泵系统与埋地换热器匹配等方面。美国地源热泵中央空调系统协会近年来计划投入1亿美元从事开发、研究和推广工作，并争取尽快实现安装40 万台地源热泵系统的目标，届时将减少温室气体排放一百万吨，年节约能源费用达412 亿美元；我国在开展土壤源热泵系统的研究与应用方面起步较晚，但自2000年起开始成为“热门”研究课题，天津大学、清华大学最早开展了地源热泵的研究与应用推广工作，已开发出了中国品牌的地源热泵系统，也有相当多的制冷空调厂推出了自己的地源热泵产品，我国的地源热泵系统市场也日趋活跃，地源热泵由于其技术上的优势和节能、环保、可持续发展的优点，将成为中小型生态建筑空调冷热源合理可行的选择方案之一。

3 太阳能

太阳能是可再生清洁能源，太阳能制冷系统与常规的蒸汽压缩式制冷系统有很大的不同。利用太阳能制冷的技术很多，从原理上分主要有两种：一是以热能为驱动能源，直接通过收集太阳的辐射热驱动制冷，如太阳能吸收式制冷，太阳能吸附式制冷等；二是先将太阳能转化为电能，然后再利用电能作为驱动能源实现制冷，如太阳能光电制冷等。后者系统比较简单，但造价较贵，约为前者的3~4 倍。因此国内外把太阳能用于制冷仍然较多地采用第一种方式。

3.1 太阳能吸收式制冷

吸收式制冷利用某些吸收剂对制冷剂蒸汽有很强吸收能力的特性，由于制冷剂与吸收剂的蒸汽压差，蒸汽不断汽化蒸发，吸收周围环境热量实现制冷。

太阳能吸收式制冷系统与蒸汽压缩式循环相比，其冷凝器、节流阀、蒸发器与蒸汽压缩式循环的相应部件相同，而用吸收器、溶液泵和发生器所代替蒸汽压缩机, 以氨)水吸收工质对为例，由于氨蒸汽和水之间的压力差，蒸发器中的氨不断蒸发被吸收器中的水吸收，由于氨蒸发是吸热过程，可以用于制冷；溶液泵将吸收器中的氨水加压，送入发生器加热至沸腾，产生的蒸汽被送入冷凝器，加热所用的热量可由太阳能集热器采集的太阳能来供给，为保持发生器和吸收器之间的压差，在连续管道上安装溶液节流阀。

吸收式制冷原理早在18 世纪70年代就为人们所发现。1859年以FredinandPh.E.Carre 获得氨-水吸收式制冷技术的专利，1945年美国Carrier 公司生产出世界上第一台双效溴化锂吸收式制冷机，随着太阳能集热器的性能改善，太阳能吸收式制冷机发展很快。

3.2 太阳能吸附式制冷

太阳能吸附式制冷系统以沸石-水工质对为例，太阳能集热器同时作为吸附床，白天，床内的沸石吸附剂被集热器采集的太阳能加热，沸石中的吸附水脱附，水蒸气在冷凝器中冷凝，进入储水箱(蒸发器)；夜间，沸石温度降低，开始吸附水蒸气，蒸发器中水蒸发，吸收周围环境的热量实现制冷。

太阳能不足时，可补充其它热源如低谷期的电能等。制定有效的低谷期电力耦合策略，可以实现太阳能吸附制冷在空调蓄冷和电力储能中的应用。

吸附制冷技术的商品化应用开发始于上世纪30年代，但由于吸附式循环制冷机制冷效率低、一次性投资大，且当时正值蒸汽压缩式制冷机蓬勃发展，吸附式制冷机发展缓慢。上世纪70 年代以来，由于全球性能源危机日益加剧，人们又重新审视这种以低品位热能为动力的吸附式制冷技术。

为提高制冷效率，降低操作费用，国内外学者做了大量深入系统的研究，从吸附工质对性能、吸附床传质和传热、系统循环及结构等方面推动太阳能吸附制冷技术的发展和应用。

4 结论与建议

可再生能源在不同地区的实际应用，需要充分考虑到当地的能源状况和环境气候条件，把可再生能源制冷技术与当地的实际资源相结合，因地制宜，如云南等日照强烈的地区，可考虑使用太阳能；而重庆、浙江等地区，可考虑使用现有地道，利用地道风技术降温。

可再生能源用于制冷，对于缓解目前严峻的能源危机、环境污染以及实现人类可持续发展的战略都具有重要意义，但可再生能源在制冷空调上的规模化应用，还有待于其技术和设备的自身完善。

探索可再生能源在制冷空调中的应用，关键问题是使用可再生能源的制冷设备的性能优化，提高可再生能源的制冷效率，降低设备成本，研制生产成本和运行费用可与常规制冷技术竞争的商品化设备，真正实现可再生能源制冷技术的广泛应用。