关于空调制冷技术与多种空调系统技术的探讨
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摘要 ：结合工作实际经验，本文首先介绍了目前两种空调制冷技术热点，即热声制冷技术和太阳能制冷技术，其次重点论述了太阳能空调系统、水源热泵空调系统和天然气(燃气)吸收式制冷系统。对于制冷与空调行业，应在进一步降低建筑能耗的基础上，从环保化、节能化、智能化三方面着手，注重新技术的研发和应用，以及制冷空调技术与相关技术的融合与交叉，以适应新时期能源战略的需要。
关键词：空调制冷技术、热声制冷、太阳能制冷、系统
一、热声制冷技术
热声制冷是21 世纪以来发展的一种新的制冷技术，与传统的蒸汽压缩式制冷系统相比，热声热机具有无可比拟的优势：无需使用污染环境的制冷剂,而是使用惰性气体或其混合物作为工质，因此不会导致使用的CFCS 或HFCS 臭氧层的破坏和温室效应而危害环境；其基本机构是非常简单和可靠，无需贵重材料，成本上具有很大的优势；它们无需振荡的活塞和油密封或润滑，无运动部件的特点使得其寿命大大延长。热声制冷技术几乎克服了传统制冷系统的缺点，可成为下一代制冷新技术的发展方向。所有的热声产品的工作原理都基于所谓的热声效应，热声效应机理可以简单的描述为在声波稠密时加入热量，在声波稀疏时排出热量，则声波得到加强；反之声波稠密时排出热量，在声波稀疏时吸入热量，则声波得到削弱。当然，实际的热声理论远比这复杂的多。
当然，热声制冷的设计水平及制造工艺也在不断的提高。目前，美国在热声领域内的投入最大，研究机构最多, 取得了许多突破性的进展。如上世纪90 年代早期，美国海军研究生院( NPS) 的Garrett 教授开发的热声制冷机；2000 年左右，开发了太阳能驱动的热声制冷机；还有在美国LOS Alamos 国家实验室( LANL) ，SWIFT 教授领导着世界著名的热声研究组，他们主要研发的热声驱动的脉管制冷( 低温制冷) ；另外还有开式热声制冷和空调、高频微型热声机制冷以及还在研发中的种种技术。
二、太阳能制冷技术
太阳能是一种取之不尽用之不竭的洁净能源，从节能和环保角度出发，利用太阳能取代传统的常规能源驱动空调制冷系统，正日益受到各国的重视，是目前新能源研究领域和工程应用领域的热点。太阳能制冷是根据热力学第二定律，利用太阳能作为低温物体向高温物体进行热量转移时的补偿能量来进行的制冷方式。理论上讲，有两种利用太阳能制冷的方式：(I)太阳能光热转换制冷，即太阳能转换成热能或机械能，利用此热能或机械能作为外界补偿，使低温系统维持所需要的低温；(2)太阳能发电，以电能驱动常规压缩机制冷。目前情况下，太阳能电池成本高，其成本是光热转换制冷的许多倍，目前难以推广。
目前，太阳能空调处于示范工程阶段，在欧洲有示范工程近100个，主要在德国和西班牙，中国示范应用工程十几个，主要是广州能源所、北京太阳能研究所、远大为代表的太阳能吸收式空调和上海交大为代表的吸附式空调。目前太阳能空调集热转换效率较低，这就使得太阳能制冷空调效率大打折扣，因此，要实现高效太阳能制冷，必须开发高温高效的太阳能集热器，并开发出与之匹配的制冷空调方式和蓄能方式，此即为目前太阳能制冷关键技术之所在。这样，可大幅降低成本，从而便于规模化应用。
三、太阳能空调系统
太阳对地球的年辐射总量为1.8×1018kW•h 。如果0.01%能够被利用，折合到每人为1.8×1018×0.01%÷( 60×108) = 30000 kW•h / a 。太阳能制冷具有很好的季节匹配性，夏季，天气越热，空调的负荷越大，需要的制冷量就越大，而此时太阳幅射最强，提供的热能最多，太阳能空调提供的冷量也就最高。冬季，太阳能辐射减弱，但所需的制热循环水温度不高( 65℃即可) ，在满足制冷工况的集热面积下，同样能满足制热负荷要求；这一特点使太阳能制冷技术受到重视和发展。实现太阳能制冷有“光- 热- 冷”、“光- 电- 冷”、“光- 热- 电-冷”等途径。
1、太阳能溴化锂机组
该机组利用聚焦集热技术实现太阳能的光热转化，转化的热能提供给溴化锂吸收式空调机组制冷或采暖。具体形式为反射镜将阳光反射并聚焦到真空管上，真空管吸收反射的阳光加热管内循环水，被加热的循环水以汽液状态进入汽包；汽包是汽液分离的场所，分离的蒸汽进入溴化锂吸收式空调机组，为机组提供制冷或制热的能源。
（1）制冷过程为。阳光照射在反射板并聚焦到真空管上时，管内的循环水被加热，180℃的高温热源水进入主机高发，主机以热水机的循环进行制冷运行。热源水在高发内换热后，由集热泵再送入集热管路循环加热。太阳能制冷过程中，如果光强减弱使集热器不能获取足够热量时，通过改变热源泵运行频率改变热源水流量，使热源水温度保持在180℃，同时，启动燃烧机，由太阳能和补燃共同完成制冷运行。
（2）制热过程为。阳光照射在反射板并聚焦到真空管上时，管内的循环水被加热至130℃进入主机高发，加热采暖热水器进行制热运行。太阳能制热过程中，如果光强减弱使集热器不能获取足够热量时，通过改变热源泵运行频率改变热源水流量，使热源水温度保持130℃，同时，启动燃烧机，由太阳能和补燃共同完成制热运行。
2、太阳能半导体制冷技术
半导体制冷是利用热电制冷效应的一种制冷方式，因此又称为热电制冷或温差电制冷。半导体制冷器的基本元件是热电偶对，即把一个p 型半导体元件和一只n 型半导体元件连成的热电偶，当直流电源接通，上面接头的电流方向是n- p，温度降低，并且吸热，形成冷端；下面接头的电流方向是p- n, 温度上升，并且放热，形成热端。把若干对热电偶连接起来就构成了常用的热电堆，借助各种传热器件，使热电堆的热端不断散热，并保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热，产生低温，这就是半导体制冷的工作原理。太阳能半导体制冷系统就是利用半导体的热电制冷效应，由太阳能电池直接供给所需的直流电，达到制冷制热的效果。
四、水源热泵空调系统
（1）水源热泵是既可供热又可供冷的高效建筑节能技术，水源中央空调系统是由末端（室内空气处理末端等）系统，水源中央空调主机（又称为水源热泵）系统和水源水系统三部分组成。为用户供热时，水源中央空调系统从水源中提取低品位热能，通过电能驱动的水源中央空调主机（热泵)" 泵" 送到高温热源，以满足用户供热需求。为用户供冷时，水源中央空调将用户室内的余热通过水源中央空调主机（制冷）转移到水源中，以满足用户制冷需求。
（2）水源热泵根据对水源的利用方式的不同，可以分为闭式系统和开式系统两种：闭式系统需要构造地下埋管换热器或者地表水埋管换热器，形成封闭的地源水循环系统，向地下土壤或者地表水散热或者取热。开式系统的特点是抽取地下水或者地表水，在板式换热器中与机组的循环工质进行热交换，实现散热或者取热后，再回灌到地下或者河流。我国的水源热泵刚刚起步，发展前景看好。目前已经有数个示范工程。在华东地区，越来越多的用户开始熟悉水源热泵，并深感兴趣。主要是因为常规能源的节约和可再生能源的充分利用；另一方面是因为有较好的热泵科研与应用基础。
五、天然气(燃气)吸收式制冷系统
天然气是一种清洁优质的燃料，且储量丰富，已逐渐成为继煤炭和石油之后的世界第三大常规能源。以天然气为能源的制冷空调技术上世纪中期在发达国家已经走向市场，目前， 大多数压缩式制冷空调系统都是采用电力驱动的，而以天然气为能源的内燃机或燃气轮机驱动的压缩式制冷空调系统在制冷空调工业中的比重越来越大。该种系统不但具有节能、减少电力投资的优点，还具有延长压缩机使用寿命，提高能源利用率的优势。
吸收式制冷是一种以“热化学压缩机”为特点的制冷循环。燃气吸收式制冷系统一般为氨一水系统,水一溴化锂系统。其特点是系统中无机械运动部件，无机械磨损，有利于延长机组使用寿命、降低噪声污染。天然气较高的燃烧品质，有利于提高制冷循环势力系数，减少能耗，减小冷热水机组的结构。通常，直燃式Li- Br 双效吸收式制冷机组COP 值可分达到1.1- 1.2，而三效机组的COP 值可达1.65 左右。
六、结束语
总之，我国的环境污染在世界上较严重，由此引发的一系列后效应，将对社会的各行各业带来负面影响。因此，必须实施国家能源政策，改善能源结构，提倡使用清洁优质高效能源，大力推广节能环保新技术。特别是制冷与空调行业，应在进一步降低建筑能耗的基础上，从环保化、节能化、智能化三方面着手，注重新技术的研发和应用，以及制冷空调技术与相关技术的融合与交叉，以适应二十一世纪的能源战略新需要。
参考文献：
【1】蒋能照, 空调用热泵技术及应用[M].北京: 机械工业出版社, 1997
【2】齐政新、李岩.太阳能低温地板辐射采暖系统的探讨[J].煤气与热力, 2003,( 5) .
【3】李竞、吴喜平, 综合建筑空调节能技术[J].上海节能, 2006( 2)
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