太阳能氨水吸收式制冷空调，是用太阳能集热器提供的热能来驱动氨水吸收式制冷机制冷，主要由太阳能集热器和氨水吸收式制冷机两大部分构成。日常生活中，我们对太阳能集热器的应用比较多见，而对吸收式制冷机的应用相对比较少，即使常见的溴化锂吸收式制冷机大多也只是应用在宾馆、酒店的中央空调系统，吸收式制冷机还没有走进寻常百姓的家庭。为此本文就家用太阳能氨水吸收式制冷空调的研制、开发与应用问题作一分析探讨。

    1  太阳能集热器

    太阳能氨水吸收式制冷空调的开发实际上是个成熟技术的组合应用问题。既然太阳能热水器能为我们的日常生活提供热水，同样地我们可以利用太阳能热水器提供的热媒水，来驱动氨水吸收式制冷机制冷，满足人们使用制冷空调的愿望和需要。目前太阳能集热器的制造技术已经成熟，太阳能热水器提供的热媒水可以满足氨水吸收式制冷机的要求。下面以热管式真空管集热器为例，对太阳能集热器的工作原理和结构特点作一介绍。

    1.1 集热器的工作原理
   
    热管式真空管集热器主要由热管式真空管和集管（水箱）组成，采用特殊的密封结构将热管式真空管的冷凝端与水箱相连接。集热器的工作原理是利用热管内工质的汽- 液相变循环过程，连续不断地将吸收的太阳能传递到冷凝端加热水。当阳光照射在真空管内的吸热片上时，热管内的工质受热沸腾汽化，蒸汽不断冲向顶部的冷凝端，在冷凝端放热冷凝变成液体，沿管壁流回热管的蒸发段，完成一个循环。因为热管具有优良的传热性能，能高效地吸收太阳的辐射能并直接将其转换为热能，通过热管内部工质的蒸发与冷凝，连续不停地将热量传送到冷凝端放热，从而使水箱中的水不断地得到加热，其工作温度可达70～120℃。在
集热过程中，热管能迅速地将吸收的热量全部传导给水箱中的水，热量不倒流，即使在天气阴晴多变的情况下，也能把低密度散射光能转化为热能，与其他型式的热水器相比可产更多的热水。

    1.2 集热器的结构特点
   
    热管式真空管集热器是在普通全玻璃真空管集热器的基础上采用了热管传热技术，并在真空玻璃管内的热管上辅助有铜、铝传热片传热，太阳光透过真空玻璃管照射在吸热板上，吸热板吸收的热量将热管内的工质汽化并迅速上升到冷凝端，放出汽化潜热后冷凝成液体，在重力作用下流回热管蒸发端，完成集热器的传热过程。因为热管内工质的汽化潜热高，工质汽化、冷凝过程的放热系数比较大，所以不用很大的蒸发量就能传递较大的热量，能最大限度地提高集热器的传热效率。同时由于热管式真空管内不走水，加热系统与循环系统彼此独立分开，从根本上解决了全玻璃真空管结水垢、沉淀脏物、易炸管、寿命短的问题，使用安全可靠，具有效率高、水温高、可靠性高的特点。

    由于热管是依靠工质的相变过程来传输热量，在使用中必须将热管的蒸发段置于冷凝段的下方，并要求热管与地面的倾角大于一定的角度，在设计或使用中要注意使热管式真空管与地面保持合适的角度。

    2  吸收式制冷机

    在生产实践和日常生活中，人们在很多场合都需要使用制冷机，所采用的制冷机型式除了蒸气压缩式制冷机外也有吸收式制冷机，不论是吸收式制冷机还是蒸气压缩式制冷机都是利用制冷剂的汽化潜热来制取冷量的，两者的主要区别在于前者依靠消耗热能作为补偿实现制冷，后者则通过消耗机械能作为补偿实现制冷。常见的吸收式制冷装置根据吸收剂的不同分为氨－水吸收式制冷和溴化锂－水吸收式制冷两种。下面将氨－水吸收式制冷以及扩散－吸收式制冷的原理以及工质的循环过程介绍如下。

    2.1 氨－水吸收式制冷

    氨－水吸收式制冷是利用氨－水所组成的二元溶液作为工质来运行的，这两种物质在同一压强下有不同的沸点，其中高沸点的组分称为吸收剂，低沸点的组分称为制冷剂。氨－水吸收式制冷是以氨为制冷剂，稀氨水溶液为吸收剂，利用溶液的浓度随其温度和压力变化而变化这一物理性质，将制冷剂与溶液分离，通过制冷剂的蒸发而制冷，又通过溶液实现对制冷剂的吸收。由于这种制冷方式是利用吸收溶剂的质量分数变化来完成制冷剂循环，所以被称为吸收式制冷。

    氨－水吸收式制冷系统由吸收器、溶液泵、发生器、冷凝器、蒸发器和节流阀所组成。制冷剂的循环过程：自冷凝器引出的氨饱和液体，经减压调节阀节流减压降温后进入到蒸发器中定压吸热成为干饱和蒸气，然后氨蒸气进入吸收器被从发生器来的稀氨水溶液所吸收，使氨水溶液的浓度提高，浓氨水溶液经溶液泵升压后进入发生器被加热蒸发出氨蒸气，氨蒸气进入到冷凝器中定压放热凝结成氨饱和液体。吸收剂的循环过程：从发生器来的稀氨水溶液经节流阀进入吸收器中吸收氨蒸气后变成浓氨水溶液，浓氨水溶液再经溶液泵升压后进入发生器被加热蒸发出氨蒸气而变成稀氨水溶液。

    2.2 扩散－吸收式制冷

    扩散－吸收式制冷采用的也是氨－水吸收式制冷原理，循环工质为三组分，其中氨为制冷剂，稀氨水溶液为吸收剂，氢气为扩散剂。这种制冷方式由于在蒸发器和吸收器中产生氨和氢的扩散，故这种制冷被称为扩散－吸收式制冷。扩散－吸收式制冷系统压力的平衡是通过向蒸发器和吸收器导入氢气实现的，虽然系统中各部分的总压力几乎都是相等的，但由于氢气的存在，氨的分压力在各处并不相同，氨蒸气在蒸发器和吸收器（低压端）中的分压力就比没有氢气的发生器和冷凝器（高压端）中的分压力低，因而氨便在低温低压下在蒸发器内汽化，而在高温和高压下在冷凝器中凝结成液体。在蒸发器中，汽化后的氨蒸气与氢气形成了氢氨混合气体，氨在氢氨混合气体中分压很小（约2～3bar），而氢的分压较大（12～13bar），氨就从氨液中激烈地蒸发出来，而扩散到混合气体中，此过程相当于蒸气压缩式制冷中的节流过程，氨液从14bar 的高压降至2bar 左右的低压，遂吸热汽化而产生制冷效应。在吸收器中，氢氨混合气体中的氨蒸气被稀氨水溶液所吸收，而氢气不溶于稀氨水，其密度小，容易向上流动进入蒸发器，从而促进制冷蒸气在系统内的循环。

    吸收- 扩散式制冷机的结构由贮液器、溶液热交换器、汽泡泵、上升管、发生器、精馏器、冷凝器、液封、蒸发器、气体热交换器、吸收器组成。下面将扩散－吸收式制冷系统中氨水溶液、氢和氨三种物质的循环过程叙述如下。

    2.2.1 氨水溶液的循环过程

    从贮液器出来的浓氨水溶液，经溶液热交换器与来自发生器的稀氨水溶液预热后，进入汽泡泵被太阳能集热器提供的热媒水（或其它热源）加热沸腾，产生汽泡向上运动并将溶液沿上升管提升到达发生器内继续蒸发，将氨蒸发出来，使浓氨水溶液变成稀氨水溶液，并从发生器底部流出经溶液热交换器与来自贮液器的浓氨水溶液换热后，进入吸收器上部吸收从贮液器来的氢氨混合气中的氨气，从而变成浓氨水溶液流回贮液器中。

    2.2.2 氢、氨混合气体的循环过程

    从发生器出来的氨蒸气和水蒸气进入精馏器中，与外界环境进行换交热后使温度降低，将水蒸气分离出来流回发生器，氨蒸气进入冷凝器中冷凝成液氨，然后液氨进入蒸发器中吸收外界环境的热量释放汽化潜热实现制冷。蒸发器中的氨气与从吸收器来的氢气相混合成为氢氨混合气，随着蒸发过程不断地进行，氨蒸气的分压也不断地上升，含氨较多的低温氢氨混合气体，经气体热交换器换热后进入贮液器中。从贮液器出来的氢氨混合气体进入吸收器自下向上流动，与来自溶液热交换器的稀氨水溶液接触，由于氢氨混合气体中的氨被稀氨水溶液吸收后，其分压力逐步下降，一方面保证了蒸发器中的稳定低压，同时使氨在氢氨混合气体中所占分量愈来愈小，最后差不多全部为氢气，因氢气比较轻，从吸收器顶部释放出来，进入气体热交换器降温后进入到蒸发器中重新开始循环。

    为了提高扩散－吸收式制冷机的热效率，必须选择适当的状态参数，合理地设计整个系统的设备结构，使发生、冷凝、吸收、蒸发及溶液热交换等各个过程均处于最佳状态，同时换热器性能的好坏、发生器、汽泡泵等部件的结构设计对吸收式制冷机的工作效率也非常重要。在整个扩散－吸收式制冷系统内，工质的运动是依靠其重度的差异，位置的高低，分压的不同和浓度的不等而流动或扩散的，因而各设备之间的相对位置及管道的倾斜度均有严格要求，否则将会影响制冷效果，甚至会使机器丧失制冷能力。

    3  太阳能氨－水吸收式制冷空调

    太阳能氨－水吸收式制冷空调，实际上是将太阳能集热器与扩散－吸收式制冷机联合使用，利用太阳能集热器吸收太阳光的热量产生热水，给扩散－吸收式制冷机提供动力，驱动扩散－吸收式制冷机制冷，靠消耗太阳能集热器提供的低位热能作为补偿来实现空调的制冷循环。太阳能氨－水吸收式制冷空调的构造如图1 所示。

    家用太阳能吸收式制冷空调的设计，不仅要满足制冷工况的要求，同时还应当满足家庭使用热水的需要。在设计或选用太阳能集热器时，对太阳能集热器的技术性能要进行分析比较，尽可能采用性能比较优良的设备，同时还要对热水的数量和温度进行物料和能量方面的衡算，并且在热水的分配使用上，也要作合理的安排，要优先满足吸收式制冷机对热水温度和数量的需要。将太阳能集热器加热的热水先供给制冷机使用，从制冷机出来的温热水返回至储水箱，在储水箱与集热器之间设置辅助设施帮助热水进行循环和加热，使太阳能集热器提供的热媒水能够维持在一个较高的温度范围内，淋浴器及日常生活所用热水可从储水箱导出，太阳能集热器的补水直接进入集热器水箱。当太阳能集热器不足以提供高温热水时，则可由电加热器补充热量。

    4  结语

    太阳能吸收式制冷空调技术在开发应用方面虽说没有传统的蒸气压缩式制冷空调那么普及，但是利用太阳能和氨－水吸收式制冷技术所凸显出的节能和环保优势，决定了它会有广阔的发展应用前景。氨水吸收式制冷和溴化锂吸收式制冷一样，都是成熟的技术，我们有理由相信，在不远的将来随着人们对节约资源和保护环保意识的增强，太阳能吸收式制冷空调技术的开发与应用工作必将受到广泛的重视和关注。采用热管式真空管集热器与吸收式制冷机相结合的家用空调，为太阳能的应用开辟了一个新的领域，不仅可以大幅度降低空调的电耗，节省运行费用，而且还能大大减少常规能源的消耗，减少温室气体以及氟里昂对大气的污染，有利于节约资源保护环境，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。