全球制冷需求激增,特别是在太阳能资源丰富的地区,对可持续且独立于电力的制冷技术提出了迫切需求。针对这一挑战,一项最新研究提出了一种创新的单效溴化锂/水(LiBr/H₂O)吸收式制冷系统,该系统集成了超音速喷射器与三层太阳能储热单元。设计旨在通过热力学与热经济学的联合优化,最大化能量回收并降低运营成本。该研究利用工程方程求解器(EES)建立了质量与能量守恒方程,并在不同太阳辐照度和发生器温度下,对比分析了喷射器辅助配置与传统配置在性能系数(COP)、㶲效率及组件成本率方面的表现。
气候变化及减少化石燃料依赖的全球努力,正加速向可再生能源解决方案转型。在伊朗中部等太阳辐射强烈的地区,太阳能集热器为制冷系统提供了巨大潜力,有助于缓解电网压力。尽管已有研究探索了太阳能辅助制冷,但热力学与热经济学优化往往分散进行。本研究填补了这一空白,首次在一个统一框架内结合了两者的优化,并针对真实太阳通量条件定量分析了喷射器与LiBr/H₂O吸收循环集成的性能提升。此外,研究还开发并验证了一种新型三层分层储热模型,以最小化温度波动,并通过多目标优化平衡了经济成本率与㶲效率。
研究选取阿富汗喀布尔(北纬34.5°,东经69.2°)作为模拟地点,该地区属于半干旱大陆性气候,夏季太阳辐照度高且昼夜温差大。利用Meteonorm 8.1数据库的实测气象数据,模拟了7月中旬晴朗正午的工况,此时日均太阳辐照度约为973 W/m²,环境温度在23°C至36°C之间波动。研究采用真空管集热器(ETC)作为热源,因其在中温工况下表现优异。系统被垂直分层为三个储热区,分别建立能量平衡方程,以评估进出水流的能量交互及热损失。
热力学与㶲分析结果显示,喷射器的集成显著提升了系统性能。与传统基线循环相比,喷射器的引入使COP提升了12.7%,㶲效率提升了11.3%,同时总投资成本降低了9%。在优化配置下,当太阳辐照度为973 W/m²时,系统实现了0.74的性能系数和0.58的太阳能性能系数。分析还指出,发生器和吸收器是㶲损失的主要来源,而喷射器通过压力回收有效缓解了膨胀过程中的不可逆损失,显著增强了系统的热力学效率和经济性。
对于中国制冷行业而言,该研究展示了在“双碳”目标下,利用太阳能驱动吸收式制冷技术的巨大潜力,特别是在西部高辐照地区。虽然中国目前光伏应用广泛,但将太阳能热能与吸收式制冷深度耦合,并引入喷射器技术优化㶲效率,仍是一个值得关注的技术方向。随着储能成本的下降和能效标准的提高,这种“光热+吸收制冷+分层储热”的集成模式,或许能为中国工业园区或偏远地区的绿色制冷改造提供新的技术参考路径。
