摘要：本文分析了现阶段太阳能吸收式制冷所遇到的瓶颈，创新性地提出纳米技术在太阳能吸收式制冷系统中的应用以突破这一瓶颈，并分析了应用前景。

关键词：太阳能，吸收式制冷，纳米技术

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随着经济发展和科技进步，能源和环境已成为当今世界两大突出的社会问题。 太阳能是地球上的可再生能源，是取之不尽、用之不竭的优质清洁能源。 因此，太阳能热源溴化锂吸收式制冷机在节能环保和可持续发展方面具有的作用。 与应用前景相比，受到研究人员的青睐，但由于吸收式制冷机的COP低于压缩系统，太阳能集热系统成本高、效率低成为制约太阳能吸收式制冷发展的瓶颈。 因此，目前国际上还没有能够与传统蒸汽压缩制冷系统相抗衡的真正商业化的太阳能吸收机组系统。 为了解决上述问题，我们尝试将纳米技术应用于太阳能吸收式制冷系统，并通过理论方法分析其可行性。

1、太阳能溴化锂吸收式制冷系统

太阳能溴化锂吸收式制冷系统的主要组成部分有太阳能集热器、溴化锂吸收式制冷机、辅助燃油锅炉、储水罐、自动控制系统等。 工作原理图如下：

太阳能集热器产生的热媒水流经发生器，对发生器内的溴化锂水溶液进行加热。 溶液中的水分蒸发成水蒸气，导致进入吸收器的溴化锂水溶液浓度升高。 产生的水蒸气进入冷凝器，在冷却水的作用下，在低温高压下液化成液态水。 低温高压水经节流阀到达蒸发器，因体积膨胀而汽化。 气化过程需要吸收热量，因此蒸发器中制冷剂水的热量被大量带走，从而达到制冷效果。 同时，低温水蒸气进入吸收器，被高浓度溴化锂水溶液吸收，变回稀溶液。 用溶液泵将稀溴化锂溶液抽回发生器进行下一轮循环。 如此反复循环，不断降温。 此外，为了节省整个装置加热稀溴化锂溶液所产生的热量，在发生器和吸收器之间增加了热交换器，使发生器流出的高温高浓度溶液被从吸收器中抽回。 低温低浓度溶液 集中换热，提高循环回流的稀溶液温度，提高装置热效率。 目前，我们通过实验测得，当单效溴化锂吸热系统的热源温度为90℃时，COP仅为0.6，远低于蒸发制冷的效率。

可见，太阳能集热器是指吸收太阳辐射并将产生的热能传递给传热介质的装置。 几乎所有的太阳能转换和利用都离不开太阳能集热器。 因此，提高太阳能集热器的集热效率成为太阳能吸收式制冷的重中之重。

2.纳米技术

为了解决太阳能集热设备效率低的问题，我们做了大量的实验研究。 在研究过程中，意外发现一类奇异的纳米材料，如纳米TiN、ZrO2、Cr-Cr2O3等，对太阳光有很强的吸收作用。 由于这些纳米材料界面原子排列混乱，原子密度低，界面原子耦合减弱，其比热和热膨胀系数均大于同类粗晶材料和非晶材料。 其次，由于纳米粒子的粒径远小于光的波长，它与入射光相互作用，可以通过控制粒径和孔隙率来精确控制透光率。 除了它的量子尺寸效应外，它的光吸收率非常大。 通过测试比较，该类纳米材料的平均比表面积在70m2/g以上。 如此大的比表面积，加上其特殊的吸热性能，我们考虑将纳米技术应用到太阳能集热设备上，以解决集热设备面积过大，供水温度低的问题。受天气影响大，集热效率低。 . 另外，目前纳米技术比较成熟，价格也容易接受，这将降低太阳能集热设备的总成本。

三、纳米技术在太阳能吸收式空调中的应用

太阳能吸收式空调装置主要装有太阳能集热设备，集热设备的热效率随着集热温度的升高而降低。 为了解决太阳能集热设备效率低下的问题，我们发现纳米材料具有光吸收率大、比表面积大、比热和热膨胀系数大等特点，可以真正解决太阳能集热问题。采集设备。 效率低下的问题使太阳能吸收式制冷系统与传统的压缩式制冷系统展开竞争。 目前代表性的全玻璃双层真空管，以北京地区为例，太阳辐射量为17.0MJ/m²，集热器出力为0.33KW/m²。 新型纳米材料比表面积可达70㎡/g以上，吸附率达90%以上。 按1㎡太阳能集热设备使用1g纳米材料计算，纳米集热设备的等效面积约为17㎡，是17倍 另外，目前太阳能普通涂膜的吸热系数收集器对太阳光（主要是可见光）的吸收率达到 90% 以上，并且纳米材料的粒径可以设置为吸收光波长范围，并调整量子尺寸以限度地吸收太阳能。 纳米技术在太阳能吸收式制冷中的应用，开启了吸收式制冷的新篇章。 下面我们来看一下纳米太阳能单级吸收式制冷的流程图。

从上图可以看出，纳米技术主要应用在发电机上，将太阳能集热与发电机一体化，节省设备，减少热交换损失，将太阳能直接转化为热能。 从纳米材料的大比表面积和波段选择的奇异性能优势来看，纳米太阳能发电机的集热效率将成倍提高。

四、应用前景

我们对传统的吸收式空调系统做了很多实验，得到了以下实验数据：如果热媒温度在60℃左右，冰箱的COP约为0.40； 如果热媒水的温度约为90℃，则冰箱的COP约为0.70； 如果热媒水的温度在120℃左右，冰箱的COP可以达到1.10以上。 因此，热介质的温度越高，冰箱的性能系数（也称为COP）越高，空调系统的制冷效率也越高。

太阳能吸收式制冷具有传统制冷的优势。 首先，传统冰箱以氟利昂为介质，对大气的破坏作用很大，而太阳能吸收式冰箱使用的是无毒无害的溴化锂水溶液，对环境几乎没有影响。 其次，与其他太阳能热应用相比，太阳能制冷具有更强的季节性适应性，尤其是在夏季。 夏季天气炎热，太阳辐射强，但人们不需要热水，而是需要制冷空调，而依靠太阳能的制冷空调系统在夏季可以产生更多的冷能，可以满足人们的需求。

因此，纳米技术在太阳能吸收式制冷系统中的应用，不仅突破了太阳能集热设备成本高、效率低的瓶颈，而且具有独特的吸收优势。 因此，纳米技术将开启太阳能吸收式制冷的新篇章。

参考：

[1] 严启森，施文兴，田常青． 《空调制冷技术》（第三版），2004年6月；

[2] 周彩敏，杨雄波，许瑞珍． 《纳米材料的研究现状与发展趋势》，科技信息，2008年第17期；

[3]温德英． 《论纳米材料与技术的应用》，装备制造技术，2008年第7期

[4]卓东升． 《太阳能热水系统集热器的经济分析》，能源与环境，2004年第4期