來看一看最新的制冷空調(diào)技術(shù)有哪些吧！
一、太陽能驅(qū)動(dòng)的制冷技術(shù)
太陽能取之不竭，用之不盡，對(duì)環(huán)境沒有污染，是最有前途的能源之一。如今，人們正在考慮利用太陽能制冷，由于夏季太陽能最豐富，也是人們最需要空調(diào)制冷的時(shí)候，利用太陽能對(duì)房間進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，首先要解決如何用太陽能制冷的問題。
太陽能吸收式制冷
太 陽能吸收式制冷系統(tǒng)簡圖如圖1所示。它的特點(diǎn)與系統(tǒng)使用的制冷劑有關(guān)，常用于吸收式制冷系統(tǒng)的制冷劑有水、氨、乙醇、氟里昂4大類。其中，用水作制冷劑是 目前研究最熱門的課題之一，對(duì)它的研究主要是針對(duì)現(xiàn)今大量生產(chǎn)的商用溴化鋰吸收式制冷機(jī)存在的易結(jié)晶、腐蝕性強(qiáng)、蒸發(fā)溫度只能在0℃以上等缺陷上；對(duì)氨的 研究主要是針對(duì)一些缺點(diǎn)，如：制冷性能系數(shù)比溴化鋰小，工作壓力高，具有一定的危險(xiǎn)性，有毒，氨和水之間沸點(diǎn)相差不夠大，需要精餾等。吸收式制冷雖然技術(shù) 相對(duì)成熟，但系統(tǒng)成本較蒸汽壓縮式制冷高，主要用在大型中央空調(diào)。
圖1 太陽能吸收式制冷系統(tǒng)簡圖
太陽能吸附式制冷
太 陽能吸附式制冷系統(tǒng)如圖2所示。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、一次投資少、使用壽命長、無結(jié)晶等，且能用于振動(dòng)、傾顛、旋轉(zhuǎn)的場所。但與壓縮式和吸收式系統(tǒng)相比， 該技術(shù)還很不成熟。主要問題在于固體吸附劑為多孔介質(zhì)，導(dǎo)熱性能低，因而吸附和解吸所需時(shí)間長，制冷功率小，制冷性能系數(shù)COP值偏低。
圖2 太陽能吸附式制冷系統(tǒng)簡圖
太陽能噴射式制冷
太 陽能噴射式制冷系統(tǒng)簡圖如圖3所示。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性好，但COP值較低。因而出現(xiàn)了用電能輔助提高噴射器的引射壓力以提高系統(tǒng) 性能的趨勢(shì)。利用太陽能集熱器獲得較高溫度的熱水為熱源，采用低沸點(diǎn)工質(zhì)輔以機(jī)械壓縮噴射制冷循環(huán)稱為太陽能增強(qiáng)型噴射制冷系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要以提高引射流 壓力來提高噴射器性能，它綜合了機(jī)械壓縮式制冷循環(huán)和蒸汽噴射式制冷循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，具有較高的熱經(jīng)濟(jì)性，其COP比傳統(tǒng)的噴射制冷高50％。
圖3 太陽能噴射式制冷系統(tǒng)簡圖
太陽能半導(dǎo)體制冷技術(shù)
太 陽能半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)就是利用半導(dǎo)體的熱電制冷效應(yīng)，由太陽能電池直接供給所需的直流電，達(dá)到制冷制熱的效果，又稱為熱電制冷或溫差電制冷。太陽能制冷具有 很好的季節(jié)匹配性，夏季，天氣越熱，空調(diào)的負(fù)荷越大，需要的制冷量就越大，而此時(shí)太陽幅射最強(qiáng)，提供的熱能最多，太陽能空調(diào)提供的冷量也就最高。冬季，太 陽能輻射減弱，但所需的制熱循環(huán)水溫度不高，在滿足制冷工況的集熱面積下，同樣能滿足制熱負(fù)荷的要求，這一特點(diǎn)使太陽能制冷技術(shù)受到重視和發(fā)展。實(shí)現(xiàn)太陽 能制冷有“光－熱－冷”、“光－電－冷”、“光－熱－電－冷”等方式。太陽能半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)由太陽能光電轉(zhuǎn)換器、數(shù)控匹配器、儲(chǔ)能設(shè)備和半導(dǎo)體制冷裝置等 部分組成。太陽能光電轉(zhuǎn)換器輸出直流電，一部分直接供給半導(dǎo)體制冷裝置，另一部分進(jìn)入儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)存，以供陰天或晚上用，以便系統(tǒng)可以全天候正常運(yùn)行。
當(dāng) 前，隨著太陽能電池和熱電材料的價(jià)格逐步下降，發(fā)電效率的快速提高，太陽能半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的成本也在大幅下降，更樂觀的是在性能方面也得到了明顯的提高， 這在一定程度上推動(dòng)了太陽能半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。照此發(fā)展下去可推測(cè)出，清潔、低噪聲的各式太陽能制冷系統(tǒng)在不久的將來都將一一實(shí)現(xiàn)。
二、天然氣驅(qū)動(dòng)的制冷技術(shù)
我 們知道煤炭和石油是世界兩大常規(guī)能源。與之相比天然氣是更清潔優(yōu)質(zhì)的一種燃料，并且儲(chǔ)存量相當(dāng)豐富，自然就成為繼煤炭和石油之后的世界第三大常規(guī)能源。以 天然氣為能源的內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮式制冷空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)走向市場取代了某些電力驅(qū)動(dòng)的壓縮式制冷空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的推廣使用節(jié)省了很多能源，也減少 電力方面的投資，而且還使壓縮機(jī)使用壽命延長了，提高了能源利用率。
根據(jù)泵送熱能的驅(qū)動(dòng)力可分為以下３類，它們均可利用天然氣的熱能來達(dá)到送熱的目的。
用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮式制冷
制冷采用的制冷劑多為氟氯烴，制冷劑只有相態(tài)變化，動(dòng)力機(jī)主要采用電動(dòng)機(jī)。近年推進(jìn)使用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其原理如圖４所示，用它代替電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可較靈活調(diào)節(jié)制冷能力，部分負(fù)荷時(shí)效率較高，總操作費(fèi)用較低。
圖４ 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)
熱驅(qū)動(dòng)的吸收式制冷
采 用工質(zhì)為蒸發(fā)溫度顯著不同的物質(zhì)組成工質(zhì)對(duì)，蒸發(fā)溫度較低的組分為制冷劑，蒸發(fā)溫度較高的組分為吸收劑。制冷循環(huán)過程中，工質(zhì)對(duì)只有濃度變化，不產(chǎn)生化學(xué) 變化。其驅(qū)動(dòng)力為天然氣燃燒熱或各種熱源，甚至廢熱。吸收式制冷系統(tǒng)原理如圖５所示，該制冷系統(tǒng)與壓縮制冷系統(tǒng)主要區(qū)別在于：以發(fā)生器、吸收器和溶液泵代 替壓縮機(jī)；以熱能代替電能或機(jī)械能；冷量產(chǎn)生是工質(zhì)對(duì)在發(fā)生器中被加熱產(chǎn)生水蒸氣，在冷凝器中凝結(jié)成液態(tài)水，經(jīng)節(jié)流閥后進(jìn)人蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)進(jìn)行制冷。然后 水蒸氣在吸收器中被濃溴化鋰溶液吸收，再用溶液泵將變稀的溴化鋰溶液送回發(fā)生器，完成循環(huán)。系統(tǒng)在低壓或真空狀態(tài)下操作，不使用氟氯烴，沒有大的轉(zhuǎn)動(dòng)部 分，操作安靜、安全、可靠性高，且維修費(fèi)用低。
圖５ 熱驅(qū)動(dòng)吸收式制冷系統(tǒng)簡圖
干燥劑除濕系統(tǒng)
制 冷空調(diào)系統(tǒng)一般是讓空氣冷卻，除去空氣中的水份，即潛熱冷卻，并且降溫，即顯熱冷卻。潛熱冷卻往往要消耗一半的制冷能量。利用干燥劑的吸附（吸收）系統(tǒng)是 在不冷卻空氣下直接除去空氣水分。干燥系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)聯(lián)合就可靈活控制空氣的濕度和溫度。聯(lián)合系統(tǒng)可避免單一制冷時(shí)在導(dǎo)管處出現(xiàn)凝液，可降低室內(nèi)物品的濕 度，減少霉菌生長，提高空氣質(zhì)量；低濕度可使人體在較高溫度下感到舒適，例如相對(duì)濕度低到３０％時(shí)，其感覺和溫度下降２ ℃時(shí)同等舒適，低濕度允許空調(diào)中的冷卻器溫度設(shè)定值提高，節(jié)約能量；使用干燥系統(tǒng)可降低制冷系統(tǒng)負(fù)荷，節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)。干燥系統(tǒng)適用于需低露點(diǎn)處或潛熱 冷卻與顯熱冷卻負(fù)荷比高的地方。
三、熱聲驅(qū)動(dòng)的制冷技術(shù)
熱 聲制冷是一種全新的制冷技術(shù)，在最近的２０年，世界各地的許多物理學(xué)家和機(jī)械工程師們都在致力于研究這種基于熱聲理論的新型熱機(jī)和冷機(jī)，無論在理論方面還 是在工程應(yīng)用上都取得了突破性進(jìn)展，許多研究都進(jìn)入了實(shí)用的商業(yè)化階段。與傳統(tǒng)的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)相比，熱聲熱機(jī)具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)：無需使用制冷劑， 而是使用惰性氣體或其混合物作為工質(zhì)，因此，不會(huì)導(dǎo)致使用的ＣＦＣｓ和ＨＦＣｓ產(chǎn)生臭氧層的破壞和溫室效應(yīng)危害；其基本機(jī)構(gòu)是非常簡單和可靠，無需貴重材 料，成本上具有很大優(yōu)勢(shì)；它們無需振蕩的活塞和油密封或潤滑，無運(yùn)動(dòng)部件的特點(diǎn)使得其壽命大大延長。熱聲制冷技術(shù)幾乎克服了傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的所有缺點(diǎn)，可成 為下一代制冷新技術(shù)的發(fā)展方向。
熱聲裝置工作原理
所 有的熱聲產(chǎn)品的工作原理都基于所謂的熱聲效應(yīng)，熱聲效應(yīng)機(jī)理可以簡單描述為在聲波稠密時(shí)加入熱量，在聲波稀疏時(shí)排出熱量，則聲波得到加強(qiáng)；反之聲波稠密時(shí) 排出熱量，在聲波稀疏時(shí)吸入熱量，則聲波得到削弱。實(shí)際的熱聲理論遠(yuǎn)比這復(fù)雜得多。熱聲裝置是指利用熱聲技術(shù)的各種能量轉(zhuǎn)換功能制成的裝置，包括各種制熱 機(jī)和制冷機(jī)，如利用熱聲技術(shù)的功率引擎、脈動(dòng)燃燒、熱泵、制冷機(jī)和混合物分離機(jī)等，是應(yīng)用十分廣泛的一類裝置?？偟膩碚f，熱聲裝置可以分為兩個(gè)方向，一個(gè) 是熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，將熱聲轉(zhuǎn)化為聲能，通過自激振蕩的方式實(shí)現(xiàn)的；另一個(gè)是熱聲制冷機(jī)，利用聲波泵熱，實(shí)現(xiàn)制冷，其關(guān)鍵在于聲場的相位匹配。熱聲制冷技術(shù)和熱 聲制冷裝置只是熱聲技術(shù)和熱聲裝置中一個(gè)重要的分支。
熱驅(qū)動(dòng)的吸收式制冷
熱 聲制冷機(jī)的主要結(jié)構(gòu)如圖６所示，主要包括聲驅(qū)動(dòng)器、諧振腔、熱端和冷端換熱器及板疊。聲驅(qū)動(dòng)器的作用是諧振腔中產(chǎn)生高幅的聲能，是能量源，聲驅(qū)動(dòng)器可以是 喇叭、活塞振膜或線性電機(jī)。諧振腔的作用是與聲驅(qū)動(dòng)器相匹配而產(chǎn)生諧振的聲波。熱端和冷端換熱器是將熱量或冷量輸出。板疊是熱聲制冷機(jī)的最重要的部件，它 可以是平行疊加的板疊，也可以是其他多孔介質(zhì)材料，熱聲效應(yīng)就是在板疊內(nèi)完成的。板疊內(nèi)的氣體微團(tuán)在聲波的作用下左右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)被壓縮或擴(kuò)張，在合適的相 位下，氣體微團(tuán)在壓縮時(shí)向左運(yùn)動(dòng)并對(duì)板疊放熱，在擴(kuò)張時(shí)向右運(yùn)動(dòng)并從板疊吸熱。大量微團(tuán)微觀上的協(xié)調(diào)一致的周期性運(yùn)動(dòng)不斷將熱量從冷端泵向熱端，便板疊產(chǎn) 生溫度梯度，從而形成宏觀的泵熱效應(yīng)，同時(shí)也不斷地消耗聲功。
圖6 熱聲制冷系統(tǒng)簡圖
相 反，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)是利用熱能轉(zhuǎn)化為聲能，其結(jié)構(gòu)同熱聲制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)相同。在熱端換熱器加熱，使板疊產(chǎn)生溫度梯度，在溫度梯度達(dá)到一定的閾值的時(shí)候，就會(huì)自激 振蕩而產(chǎn)生諧振的聲波，此時(shí)板疊內(nèi)氣體微團(tuán)的熱力學(xué)循環(huán)是相反的，氣體微團(tuán)在壓縮時(shí)向左運(yùn)動(dòng)并從板疊吸熱，在擴(kuò)張時(shí)向右運(yùn)動(dòng)并對(duì)板疊放熱。從而使得宏觀上 聲波不斷加強(qiáng)，熱能被轉(zhuǎn)化為聲能。一個(gè)理想的結(jié)構(gòu)是將熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與熱聲制冷機(jī)結(jié)合起來，形成熱驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)，其系統(tǒng)簡圖如圖７所示。
圖7 熱驅(qū)動(dòng)仍生制冷或制熱系統(tǒng)簡圖
此 裝置的最大優(yōu)點(diǎn)是完全無運(yùn)動(dòng)部件，具有極長的壽命，是太空制冷機(jī)的最佳選擇。同時(shí)這種裝置直接將熱能轉(zhuǎn)化為冷量，對(duì)于太陽能豐富的夏天來說，將潔凈的太陽 能直按轉(zhuǎn)化為冷量，可以稱之為純天然制冷機(jī)。另外，它還可利用燃?xì)狻⒐I(yè)廢熱、太陽能等低品位的或可再生的能源作為裝置工作驅(qū)動(dòng)熱源，適應(yīng)當(dāng)今節(jié)約能源和 環(huán)保的要求。
四、其他制冷新技術(shù)
氨制冷新技術(shù)
近 年來，由于發(fā)現(xiàn)氟利昂類制冷劑對(duì)大氣臭氧層有破壞作用以及能產(chǎn)生溫室效應(yīng)等環(huán)境問題，國際上已達(dá)成完全禁用CFCs，逐漸限制使用HCFCs制冷劑的共 識(shí)。在全球積極研究氟利昂替代技術(shù)以解決對(duì)臭氧層破壞及“溫室效應(yīng)”問題的今天，氨制冷技術(shù)以其強(qiáng)大的應(yīng)用潛力不但在冷凍冷藏方面占有很大比率，而且在越 來越廣泛的領(lǐng)域（如中央空調(diào)、商場的大型食品展示柜等）得到應(yīng)用，被國際社會(huì)重新認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)。氨作為制冷劑已被使用達(dá)130年之久，其臭氧層消耗潛能 （ODP）為０，全球變暖潛能（GWP）也為０，標(biāo)準(zhǔn)沸騰溫度低，在冷凝器和蒸發(fā)器中的壓力適中，單位容積制冷量大，并且其導(dǎo)熱系數(shù)大，蒸發(fā)潛熱也大，節(jié) 流損失小，能溶解水，有漏氣現(xiàn)象時(shí)易被發(fā)現(xiàn)，價(jià)格低廉，是非常具有應(yīng)用前景的自然工質(zhì)。
電廠余熱制冷新技術(shù)
自 然界的各種能量是可以相互轉(zhuǎn)換的，熱能可以轉(zhuǎn)化為電能，電能也可以轉(zhuǎn)化為熱能。同樣，熱也可以轉(zhuǎn)化為冷，只是存在的形態(tài)不同。對(duì)不同的能量存在形式只需采 取不同的技術(shù)手段進(jìn)行收集，通過技術(shù)設(shè)備既可實(shí)現(xiàn)能量的相互轉(zhuǎn)換。熱－電－乙二醇降溫技術(shù)，就是利用矸石電廠的蒸氣余熱，通過溴化鋰吸收式冷水機(jī)組一級(jí)制 出5.2℃的乙二醇低溫水。乙二醇是一種無色、無味、粘稠有甜味的液體，冰點(diǎn)溫度-12.5℃，沸點(diǎn)197℃，極易吸、放熱的液體。乙二醇溶液的配制由設(shè) 在制冷機(jī)組旁的乙二醇制備池配兌，其在純水中的濃度必須控制在25％以上，否則會(huì)對(duì)制冷機(jī)組及管理造成腐蝕。配兌后的溶液通過設(shè)在池中的潛水泵打入膨脹水 箱，補(bǔ)入溴化鋰機(jī)組。
空氣制冷新技術(shù)
隨 著冷藏運(yùn)輸對(duì)制冷技術(shù)需求質(zhì)量的不斷提高以及運(yùn)輸過程中環(huán)保問題的日益突出，空氣制冷技術(shù)又一次成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)。先后有美國、澳大利亞、德國、日本、 英國等進(jìn)行了空氣制冷裝置的研究試驗(yàn)，研究范圍涉及食品冷凍、冷藏儲(chǔ)存及冷藏運(yùn)輸?shù)壤滏溛锪鞯母鱾€(gè)環(huán)節(jié)。美國是空氣制冷技術(shù)應(yīng)用最早、技術(shù)最成熟的國家之 一?？諝庵评湎到y(tǒng)在低溫下的寬溫度范圍內(nèi)，具有運(yùn)行性能優(yōu)良、無臭無害且制冷速度快的特性，非常適合于食品的冷凍冷藏。而傳統(tǒng)的單級(jí)蒸汽壓縮制冷技術(shù)，很 難滿足易腐食品冷藏及運(yùn)輸?shù)牡蜏匾蠛瓦\(yùn)行工況；多級(jí)壓縮或復(fù)疊式蒸汽制冷，則導(dǎo)致系統(tǒng)COP（制冷效率）的降低和投資的增加。
蓄冰空調(diào)制冷新技術(shù)
蓄 冰空調(diào)與一般空調(diào)的主要差別是制冷劑的變化，采用低凝固點(diǎn)的制冷劑完成制冷的吸熱、放熱全過程將制冷設(shè)備及管路內(nèi)全部灌滿了鹵水溶液，制出的低溫鹵水流入 儲(chǔ)冰槽內(nèi)保存，儲(chǔ)冰槽內(nèi)溫度一般可達(dá)-4℃～-６℃，夜間儲(chǔ)冷，白天放冷。儲(chǔ)冰槽實(shí)際是個(gè)換熱器，內(nèi)有許多小管組成，鹵水在小管內(nèi)流動(dòng)，管外為清水，利用 兩者溫差換熱，鹵水經(jīng)管外水溫傳送溫度上升后回制冷機(jī)內(nèi)重新制冷，出來的低溫水再進(jìn)入冰槽，如此重復(fù)循環(huán)；槽內(nèi)清水吸冷后溫度逐漸下降直至接近０℃為止冰 槽內(nèi)實(shí)際儲(chǔ)存的都是流體，只是清水面上有些微薄的冰片。
水源熱泵空調(diào)制冷新技術(shù)
水 源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是既可供熱又可供冷的高效建筑節(jié)能技術(shù)，水源中央空調(diào)系統(tǒng)是由末端（室內(nèi)空氣處理末端等）系統(tǒng)，水源中央空調(diào)主機(jī)（又稱為水源熱泵）系統(tǒng)和 水源水系統(tǒng)３部分組成。為用戶供熱時(shí)，水源中央空調(diào)系統(tǒng)從水源中提取低品位熱能，通過電能驅(qū)動(dòng)的水源中央空調(diào)主機(jī)（熱泵）“泵”送到高溫?zé)嵩?，以滿足用戶 供熱需求。為用戶供冷時(shí)，水源中央空調(diào)將用戶室內(nèi)的余熱通過水源中央空調(diào)主機(jī)（制冷）轉(zhuǎn)移到水源中，以滿足用戶制冷需求。既節(jié)約常規(guī)能源又使可再生能源充 分利用。
蓄能空調(diào)制冷新技術(shù)
蓄 能空調(diào)系統(tǒng)能夠轉(zhuǎn)移電力高峰用電量，平衡電網(wǎng)峰谷差，因此可以減少新建電廠投資，提高現(xiàn)有發(fā)電設(shè)備和輸變電設(shè)備的使用率，同時(shí)，可以減少環(huán)境污染，充分利 用有限的不可再生資源，有利于生態(tài)平衡。蓄能系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的根本不同點(diǎn)在于：常規(guī)空調(diào)只需考慮滿足最大小時(shí)的負(fù)荷，其他時(shí)段冷機(jī)部分負(fù)荷運(yùn)行就可 以。而蓄能系統(tǒng)必須對(duì)一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)的逐時(shí)冷負(fù)荷進(jìn)行均衡配，通常以日為周期，作出典型設(shè)計(jì)日的運(yùn)行周期負(fù)荷表：確定冷機(jī)和冰槽的容量和各個(gè)時(shí)段的開啟情 況。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)比常規(guī)電制冷空調(diào)系統(tǒng)初投資增加16％，而年運(yùn)行費(fèi)用減少38％，初投資增加費(fèi)用的投資回收周期約為３年。因此，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)具有良 好的推廣意義。
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