7.4.3.1　太阳能制冷

1.背景

进入21世纪以来，电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，据美国石油业协会估计，地球上尚未开采的原油储藏量已不足20000亿桶，可供人类开采时间不超过95年。在2050年到来之前，世界经济的发展将越来越多地依赖煤炭。其后至2250—2500年之间，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供应枯竭。同时化石燃料燃烧后造成的排放污染问题日益凸显，能源问题日益成为制约国际社会发展的瓶颈。太阳能既是一次能源，又是可再生能源，可免费使用，又无需运输，对环境也没有污染，具有无可避免的自然优势。同时，我国幅员辽阔，有着十分丰富的太阳能资源，有2/3以上的地区日照时间大于2000h，太阳能资源的理论储量大。

2.分类及原理

太阳能制冷主要有吸收式、吸附式、冷管式、除湿式、喷射式和光伏式等制冷类型。

（1）太阳能吸收式制冷：用太阳能集热器收集太阳能来驱动吸收式制冷系统，利用储存液态冷剂的相变潜热来储存能量，利用其在低压低温下气化而制冷，是目前为止示范应用最多的太阳能空调方式。多为溴化锂—水系统，也有的采用氨—水系统。

（2）太阳能吸附式制冷：将收式制冷相结合的一种蒸发制冷，以太阳能为热源，采用的工质对通常为活性碳—甲醇、分子筛—水、硅胶—水及氯化钙—氨等，可利用太阳能集热器将吸附床加热后用于脱附制冷剂，通过加热脱附—冷凝—吸附—蒸发等几个环节实现制冷。

（3）太阳能除湿空调系统：是一种开放循环的吸附式制冷系统。基本特征是干燥剂除湿和蒸发冷却，也是一种适合于利用太阳能的空调系统。

（4）太阳能喷射式制冷：通过太阳能集热器加热使低沸点工质变为高压蒸汽，通过喷管时因流出速度高、压力低，在吸入室周围吸引蒸发器内生成的低压蒸汽进入混合室，同时制冷剂在蒸发器中汽化而达到制冷效果。

（5）太阳能冷管制冷：这是一种间歇式制冷，主要结构是由太阳能冷管、集热箱、制冷箱、蓄冷器和冷却水回路等组成，是一种特殊的吸附式制冷系统。

（6）太阳能半导体制冷：该系统由太阳能光电转换器（太阳能电池）、数控匹配器、储能设备（蓄电池）和半导体制冷装置4个部分组成。太阳能光电转换器输出直流电，一部分直接供给半导体制冷装置进行制冷运行，另一部分则进入储能设备储存，以供阴天或晚上使用，保证系统可以全天候正常运行。

3.优点

热源温度要求低，可以在比较大的热源温度波动范围内工作；活动部件少；对环境无害，环保。吸附式制冷不需氯氟氢类物质，因而对环境不会产生破坏，同时可以节能。(www.daowen.com)

4.应用与发展

目前，我国的建筑能耗占社会总能耗25%以上，而在建筑能耗中，空调能耗占到50%以上，并且建筑物空调的需求量呈逐年上升趋势，给能源、电力和环境带来很大的压力，在这种情况下，推广和发展太阳能空调系统可以节约大量的一次能源并减少能源转换污染物的排放，符合可持续发展战略的要求。利用太阳能光热转换获取热量驱动空调制冷机组，具有良好的季节适应性，太阳辐射越强，系统制冷量越大，与建筑空调负荷变化一致。随着太阳能集热技术的不断发展和常规能源价格的持续上涨，太阳能空调系统的投资将越来越低，系统的性能将越来越好，运行经济性和环保效益将更加突出，将会有更多的行业在空调制冷系统中推广利用太阳能这一取之不尽的免费清洁能源。

7.4.3.2　地热制冷

1.背景

地热是指地球内部所蕴藏的热能，它来源于地球的熔融岩浆和放射性元素衰变时发出的热量。地热资源是在当前技术经济条件和地质条件下，能够从地壳内科学、合理地开发出来的岩石热能量、地热流体热能量及其伴生的有用组分，与太阳能、风能、生物能、海洋能等统称为新能源，将太阳能、风能、潮汐能与地热能加以比较，地热能是新能源中最为现实的能源。我国是地热资源相对丰富的国家，地热资源总量约占全球的7.9%，可采储量相当于4626.5亿t标准煤。最新数据表明，我国287 个地级以上城市浅层地热能资源量为每年2.78×1020J，相当于95亿t标准煤。每年浅层地热能可利用资源量为2.89×1012kW·h，相当于3.56亿t标准煤。扣除开发消耗电量，则每年可节能2.02×1012kW·h，相当于标准煤2.48亿t，减少CO2排放6.52亿t。

2.原理

如图7.32所示，地源热泵空调系统主要是运用热泵从浅层地能中（土壤、地下水或地表水）吸取大量的低温位热量（或冷量），通过热泵系统循环把吸取的热量从低温位提升到高温位，为用户提供冬季供暖、夏季空调制冷、全年热水供应或空调制冷。

3.应用与发展

图7.32　地源热泵空调系统

地源热泵供热制冷节能环保系统应用技术在国外已推广50多年，技术成熟，普及程度高，效果显著。在我国，浅层地热能的开发利用目前总体上还处于起步阶段。随着我国能源结构的战略调整和热泵技术的逐步提高完善，浅层地热能也将成为一种备受重视、得到积极开发利用的新型能源。据统计，国内5000m2以上建筑应用地源热泵系统约3000项，总使用面积超过5000万m2。随着技术的成熟和发展，地热源制冷技术必定会有广发的应用和普及。