太阳能喷射制冷的探讨

    1 引言

    能源和环境保护已成为一个世界性问题，如何合理有效地利用能源及保护环境，是当今世界各国所共同关心的焦点之一。我国的写字楼中，夏季空调能耗占到了电能总耗的 30%，而且主要集中在用电高峰期。因此，空调系统向新能源发展、减少电能消耗是必然趋势，也是减少传统能源消耗的有效途径之一。如果能够大范围的推广太阳能制冷，大量的电能将可以节省下来。

    目前，在世界范围内，对太阳能驱动的喷射式制冷、吸收式制冷及吸附式制冷的研究和应用，已受到普遍重视并取得一定的效果。在早期的研究中，吸收式制冷系统是众多研究人员关注的焦点。但是，其设计和运行维护比较复杂，且运行一段时间后，工质的化学稳定性下降、系统难以保持高真空等问题会导致效率下降。同时，吸收式制冷的初期投资较大，也是其进一步发展的障碍。因此，近年来，喷射式制冷受到了较多的关注[1]。

    2 太阳能喷射制冷原理

    喷射制冷技术由 Blanc 和 Parsons 于 1901 年提出[2]，但由于效率远低于压缩制冷，所以一直没能广泛推广。到了 1980，Wali 又在《solar energy》上撰文，首次提出了以太阳能为热源的喷射制冷系统[3]。太阳能喷射制冷系统图和 lgP－h 图分别如图 1 和图 2 所示。

    其循环过程如下：制冷剂液体 1 在发生器中与太阳能集热器产生的热水进行热交换，变成蒸汽2。蒸汽 2 流经喷射器中的缩放喷嘴，压力降低，流速增加。由此形成的低压抽吸蒸发器中的蒸汽 3。两股蒸汽混合后，经过喷射器的扩压段，成为状态 4的蒸汽离开喷射器。排出喷射器的蒸汽在冷凝器中冷凝为液体。出冷凝器的液体分为两路，一路经过节流阀进入蒸发器，另一路经由工质泵增压后进入发生器。也可以说，喷射制冷循环由两个子循环构成，分别是 1－2－3－4－5－1 动力子循环和 6－3－4－5－6 制冷子循环。

    对制冷循环来说，性能系数（COP）的定义为制冷量和输入能量的比值。在喷射制冷系统中如果Qe、Qc和 Qg分别代表蒸发器、冷凝器和发生器中的换热量，Wm代表消耗的机械能，则系统的 COP 为

    但从热力学角度来说，（1）式是正确的。但对于太阳能喷射制冷来说，这种 COP 的定义则不太合适，因为太阳作为热源除了初始投资外，以后都是免费的。所以，对太阳能喷射制冷就有了机械 COP的定义：

    只有机械 COP 才能准确反映整个太阳能喷射制冷的经济性，各个太阳能喷射系统之间的比较也以此为主要标准。

    3 喷射制冷系统的研究

    3.1 喷射器