摘要：为了解决传统的双床连续吸附制冷系统中因在制冷剂环路使用真空挡板阀而存在的制冷剂压降的问题，使吸附式制冷系统更适合于应用太阳能，本文提出了利用硅胶－水作为吸附工质对的新型的太阳能制冷系统。系统热源由40m2的热管式真空管集热器提供，制冷机为特殊设计的吸附制冷系统，在上海典型日照条件下，该系统可以较为稳定的提供5~8kw的制冷量，系统COP达0.2以上。通过对系统的动态模拟和理论分析，证实了以硅胶-水为工质对的吸附式系统更适合利用太阳能，为进一步实验和改进系统性能提供理论指导。
0 引言
作为清洁的可再生能源，太阳能正日益受到重视。作为利用太阳能最成熟的实例，太阳能供热水系统正越来越多的得到应用，而多数集热器仅用于在冬季供暖或提供生活热水，在太阳辐照最强的夏季则闲至不用。太阳能制冷则可以使集热器在夏天亦得到应用，提高系统的利用率，更因其热量的供给和冷量的需求在季节上和数量上的高度匹配而受到普遍的重视[1]。作为一种不采用氟利昂制冷剂的制冷技术，太阳能固体吸附式制冷成为制冷界研究的热门之一，而现有的太阳能吸附式制冷系统采用将太阳能集热器和吸附床相结合的技术[2,7]，多为间歇工作模式，不能连续制冷。实际上，小型太阳能吸附式连续制冷系统（3~10kw）因能够充分利用低品位能源而比太阳能吸收式系统更具潜力。
本文设计并研制了以硅胶-水为吸附工质对的、利用热管式真空管集热器的太阳能吸附式连续制冷系统，其中吸附式制冷机区别于传统的吸附式制冷机，为特殊设计的具有回热、回质作用以更适合太阳能的利用。在利用甲醇和水作为制冷剂的真空吸附式制冷系统中，为了使实际循环更接近于理想循环，需要在制冷剂回路使用四个真空挡板阀，在运行的过程中，除了要频繁的切换阀门之外，还会造成制冷剂流动的压力损失，加大传质阻力，致使解吸或吸附速度降低，不利于实际循环。在该系统中，吸附床、冷凝器和蒸发器同处于一个真空腔中构成一个单床吸附式制冷单元，其间压力相通，不采用任何阀门。两个相同的单元交替工作提高连续的冷量。本文给出了系统的数学模型和理论分析结果，为系统的实际运行提供有益指导。
1 系统设计和工作原理
系统热源由集热器提供，采用一蓄热水箱以稳定热源的温度，在水箱的供热水侧附带一辅助热源AU，与水箱采用并联，在机组切换到辅助热源时，辅助热源只要对管路中的水进行加热即可。
吸附床、冷凝器和蒸发器均采用板翅式换热器以增强换热效果，缩短循环周期。
根据吸附方程
，吸附量为吸附床温度和压力的函数，吸附床温度或压力的改变都会导致吸附或解吸的发生。系统循环主要包括三个过程：吸附床回热过程、解吸/吸附过程和回质过程（见图1~3）。图中，AU表示辅助热源，BA表示吸附床A，CA表示冷凝器A，EA表示蒸发器Ａ，BB表示吸附床B，CB表示冷凝器B，EB表示蒸发器B。
Fig.1 Heat recovery process
（1）回热过程：在对床A进行加热以前，因床B刚完成解吸过程，将冷却水接入床B而将床B排出的热水接入床A, 实现短暂的热量回收过程（见图1）。对于吸附床来说，此过程为升温升压解吸过程。对于床B，由于床温的降低，吸附过程开始进行，为降温、降压吸附过程。
（2）解吸/吸附过程：见图2，通过阀门切换，将热水接入床A，床A温度升高继续进行解吸而床B继续进行吸附。
Fig.2 Adsorption/desorption process
（3）回质过程：见图3，热水和冷却水的方向不变，两个蒸发器中水的循环发生了变化，即冷冻水直接在两个蒸发器之间循环，使两个蒸发器发生热量交换而温度达到一致。对于床A，由于蒸发器压力的降低（蒸发器温度降低），解吸过程将继续进行，直到达到新的平衡；对于床B，由于蒸发器中压力的升高，吸附过程将继续进行，此过程的最终目的是床A多解吸出制冷剂而床B多吸附制冷剂，类似传统系统中进行的回质过程[8]。
Fig.3 The mass recovery process
2 系统模拟
系统模型的建立主要围绕系统的主要部件分为三个部分，即太阳能集热器、热水箱和吸附式制冷机。
2.1 集热器循环
系统使用热管式真空管集热器，利用Hottel 和 Whillier [9]所建立的集热器模型，基本方程为：
（1）
集热器循环水泵采用启停控制，这种控制方式采用在集热水箱底部和靠近集热器出口的地方设置两个温度传感器。当循环泵运行时，集热水箱最底部温度为水泵的进口（即集热器进口）温度(
)；当水泵停止运行时，集热器出口温度可以代表集热板温度(
)。当集热板温度与集热器进口温度的差值大于设定的启动温差
时，集热器循环水泵开启；当集热板温度与集热器进口温度的差值小于设定的停止温差
时，循环水泵停止循环，直到温差满足启动温差才再次启动。根据文献[10