太陽(yáng)能冰箱

據(jù)英國(guó)媒體《每日郵報(bào)》報(bào)道，英國(guó)學(xué)生艾米麗發(fā)明了以太陽(yáng)能為動(dòng)力的冰箱，這種冰箱既環(huán)保有便于攜帶，這是一項(xiàng)簡(jiǎn)單而又超群的發(fā)明，它會(huì)使得商業(yè)巨頭們垂涎三尺。

這種冰箱不僅使用太陽(yáng)能供電，而且它的制作材料來(lái)自普通家庭，是發(fā)展中國(guó)家最理想的家電用品。

肯明斯小姐四歲時(shí)收到的一份禮物，是一把鐵錘，從那時(shí)起她開(kāi)始花費(fèi)大量的業(yè)余時(shí)間用普通材料制作東西。

她曾經(jīng)因?yàn)殛P(guān)節(jié)炎患者制作擠牙膏器獲獎(jiǎng)，也為制作輸水裝置而獲獎(jiǎng)，這次為發(fā)展中國(guó)家所使用的太陽(yáng)能冰箱再次獲獎(jiǎng)。

實(shí)際上，艾米麗和她78歲的祖父彼得-哈里斯是在盆栽鵬里發(fā)明了這種冰箱。21歲的艾米麗-肯明斯在她祖父的盆栽鵬從事學(xué)校的一個(gè)研究項(xiàng)目時(shí)突然想到了一個(gè)好主意。這種冰箱正在改善非洲數(shù)千貧困民眾的生活。

她的"耐用"冰箱的工作原理是通過(guò)蒸發(fā)作用，可使易腐爛的食物保鮮數(shù)天，如牛奶和肉。冰箱溫度在不用電的情況下可保持在攝氏六度左右。

冰箱由兩個(gè)圓柱形容器組成--一個(gè)里面套著一個(gè)，不接任何電源。外層容器可以用任何隨手就能拿到的東西制成，包括木頭和塑料，外層容器上有洞，是從里面鉆的。內(nèi)層容器由金屬制成，上面沒(méi)有洞，為的是使里面的食物保持干燥。 內(nèi)外容器之間的空隙由沙子、羊毛或泥土之類(lèi)的材料填充，這些材料可以吸水。在炎熱的氣候里，太陽(yáng)的照射使這種潮濕的材料升溫，水蒸氣蒸發(fā)掉。當(dāng)這種材料接觸到內(nèi)層容器壁時(shí)，通過(guò)蒸發(fā)過(guò)程使內(nèi)層容器溫度降低，保持在攝氏六度。再次濕透的材料將使得"冰箱"繼續(xù)工作。

來(lái)自西約克郡凱利鎮(zhèn)的肯明斯小姐說(shuō)，"要生活，人人都離不開(kāi)冰箱。我想做一個(gè)簡(jiǎn)易冰箱，所以幾年前我就開(kāi)始研究如何使東西冷卻。從生物學(xué)來(lái)講，我們能看到的最簡(jiǎn)單的冷卻方法是可以通過(guò)發(fā)汗或蒸發(fā)。這個(gè)想法使我成功地設(shè)計(jì)并制作出太陽(yáng)能冰箱。"

平板太陽(yáng)能冰箱在我國(guó)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)"U"字形過(guò)程，現(xiàn)在又在新的起點(diǎn)上逐步抬頭，引起了專(zhuān)家學(xué)者和企業(yè)界的高度關(guān)注。據(jù)有關(guān)資料表明，1997年我國(guó)太陽(yáng)能冰箱的年產(chǎn)量達(dá)350萬(wàn)平方米，其中平板太陽(yáng)能冰箱約占45%，真空管冰箱約占30%。到2001年我國(guó)平板太陽(yáng)能冰箱的比例就下降到了26.3%，而真空管冰箱上升到63.2%。截至目前，經(jīng)過(guò)近10年來(lái)的持續(xù)下滑，我國(guó)平板太陽(yáng)能冰箱產(chǎn)量所占份額也就僅有90%左右了。然而，在國(guó)際市場(chǎng)上，平板太陽(yáng)能冰箱卻始終是主導(dǎo)產(chǎn)品，國(guó)外(如日本、美國(guó)等)90%以上的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)都采用平板型太陽(yáng)集熱器，即使在冬季十分寒冷的丹麥、瑞典等北歐國(guó)家也毫不例。我國(guó)有關(guān)部門(mén)對(duì)全球太陽(yáng)能冰箱發(fā)展情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。被統(tǒng)計(jì)的歐洲、美洲、大洋洲和亞洲的21個(gè)國(guó)家中的433家太陽(yáng)能企業(yè)中，有平板太陽(yáng)能冰箱401家，占企業(yè)總數(shù)的92.61%;有真空管太陽(yáng)能冰箱12家，占企業(yè)總數(shù)的2.77%;簡(jiǎn)易太陽(yáng)能冰箱20家，占企業(yè)總數(shù)的4.62%。顯然，在國(guó)外太陽(yáng)能冰箱應(yīng)用中，平板太陽(yáng)能冰箱生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)企業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他產(chǎn)品類(lèi)型企業(yè)數(shù)量。隨著新能源的推廣和普及，以及科技的進(jìn)步和發(fā)展，我國(guó)平板太陽(yáng)能冰箱的技術(shù)水平和產(chǎn)品性能、質(zhì)量也在不斷提高，并在一體化等多個(gè)方面表現(xiàn)出獨(dú)特的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。2008年北京奧運(yùn)會(huì)工程之一"奧運(yùn)村"，在大規(guī)模太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)招標(biāo)中，選擇了德國(guó)企業(yè)生產(chǎn)的平板太陽(yáng)能集熱器，讓我國(guó)真空管太陽(yáng)能冰箱生產(chǎn)企業(yè)不得不凝神反思。今年3月6日，在第六屆中國(guó)太陽(yáng)能品牌產(chǎn)品博覽會(huì)上，海爾太陽(yáng)能中標(biāo)澳洲一萬(wàn)平方米平板集熱器大單成為惹人眼紅的新聞。海爾集團(tuán)從德國(guó)引進(jìn)先進(jìn)平板集熱技術(shù)，開(kāi)發(fā)出適合中國(guó)市場(chǎng)的高溫平板太陽(yáng)能集熱器，成功解決了平板太陽(yáng)能的保溫性、密封性等行業(yè)難題。太陽(yáng)雨、澳柯瑪?shù)葒?guó)內(nèi)品牌企業(yè)也紛紛投資平板太陽(yáng)能冰箱項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能冰箱行業(yè)和建筑業(yè)界的共同努力，我國(guó)平板太陽(yáng)能冰箱正從低谷走向了新的發(fā)展階段。

平板太陽(yáng)能冰箱經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)更趨成熟和完善，并具備了其它類(lèi)型太陽(yáng)能所不具備的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。一是特別適合與建筑一體化要求。平板太陽(yáng)能冰箱由于其平面結(jié)構(gòu)特性，在太陽(yáng)能的建筑一體化應(yīng)用中，形態(tài)結(jié)構(gòu)靈活隨意，設(shè)計(jì)時(shí)不受形態(tài)或尺寸的約束，易于實(shí)現(xiàn)與建筑構(gòu)件的結(jié)合。再加上它的集熱板為金屬材質(zhì)，可方便采用絲結(jié)、焊接等連接方式，為安裝、維護(hù)和使用提供了便利。二是具有較高的熱效率。因?yàn)檎婵展芴?yáng)能集熱器是由若干根真空管組成的，管子之間存在著間隙，在被太陽(yáng)光照射時(shí)，有一部分太陽(yáng)能沒(méi)有被集熱器所接受。平板太陽(yáng)能集熱器卻是一個(gè)連續(xù)的平面，整個(gè)集熱器表面都可以接受太陽(yáng)光。所以，在相同的采光面積和日照強(qiáng)度下，平板太陽(yáng)能冰箱的日平均效率一般要高于真空管太陽(yáng)能冰箱日平均效率6%以上。三是具有良好的承壓性能。由于平板太陽(yáng)能集熱器的吸熱板是由金屬材料制成的，集熱器與貯水箱的連接也采用金屬零件，因此，可承受來(lái)自自來(lái)水和循環(huán)泵的壓力。目前，城市用水一般都采用集中供水系統(tǒng)，自來(lái)水壓力較高，這就要求從太陽(yáng)能冰箱出來(lái)的熱水要有一定的壓力，從而，減小冰箱出水口與自來(lái)水出水口之間的壓差，為用戶(hù)使用提供方便和舒適。四是組成大系統(tǒng)時(shí)性能穩(wěn)定。對(duì)于一些大型的場(chǎng)所，如賓館、游泳館、工廠(chǎng)等地方，在使用太陽(yáng)能冰箱時(shí)，往往需要很多塊太陽(yáng)能集熱器組成大規(guī)模的供水系統(tǒng)。如果采用平板太陽(yáng)能集熱器，在集熱器與系統(tǒng)之間用金屬連接，而不是和真空管太陽(yáng)能冰箱那樣用橡塑件連接，就可以保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在建立大規(guī)模太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的時(shí)候，往往采用平板太陽(yáng)能集熱。此外，由于平板太陽(yáng)能冰箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便和易于規(guī)?；a(chǎn)，還使得它具有制造成本低、安裝費(fèi)用省和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。當(dāng)然，平板太陽(yáng)能集熱器存在的熱損失偏高和防凍等問(wèn)題，也需要通過(guò)科技創(chuàng)新進(jìn)一步得到解決。為了積極參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，開(kāi)拓國(guó)內(nèi)高端市場(chǎng)，我們必須重視平板太陽(yáng)能冰箱的研究與開(kāi)發(fā)，以更加開(kāi)放的心態(tài)，提高我國(guó)太陽(yáng)能熱利用的技術(shù)水平和國(guó)際化水平。

21世紀(jì)90年代，中國(guó)已經(jīng)開(kāi)始對(duì)太陽(yáng)能吸附制冷冰箱的研究，但是大多數(shù)還局限在實(shí)驗(yàn)室，尚未達(dá)到預(yù)期的實(shí)用化程度，主要原因是受到制取溫度高及太陽(yáng)能的時(shí)間局限性的影響。同時(shí)，太陽(yáng)能吸附制冷冰箱室外吸附床和室內(nèi)制冷器之間需要管路連接，也是影響太陽(yáng)能吸附制冷冰箱進(jìn)入批量生產(chǎn)階段的主要障礙。

為了解決以上各種缺陷，國(guó)內(nèi)研究人員從系統(tǒng)循環(huán)機(jī)理、吸附制冷工質(zhì)對(duì)的選擇、平板太陽(yáng)能冰箱的性能、內(nèi)外特性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)等諸多方面對(duì)太陽(yáng)能固體吸附式制冷技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析研究。上海交通大學(xué)制冷所熱環(huán)境研究室孫長(zhǎng)江經(jīng)過(guò)數(shù)年潛心研究，按照批量生產(chǎn)所要求的工藝和流程，制造了兩臺(tái)太陽(yáng)能吸附式冰箱。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該冰箱性能較為穩(wěn)定，證明這種平板太陽(yáng)能冰箱在技術(shù)上已經(jīng)具備了成熟的生產(chǎn)制造條件。

在太陽(yáng)能吸附冰箱中，吸附工質(zhì)對(duì)的選擇非常重要。國(guó)內(nèi)研究人員嘗試研究不同的吸附工質(zhì)對(duì)的吸附特性，其中包括CoF2-NH3、SrCl2-NH3、活性炭-甲醇、活性炭-乙醇等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CoF2-NH3工質(zhì)對(duì)的單位吸附量大，達(dá)到最大吸附量時(shí)的溫度要求低，吸附周期短，并且多次重復(fù)吸附后既不結(jié)塊、也不膨脹，為化學(xué)吸附式制冷系統(tǒng)的小型化和實(shí)用化提供了新的可能性;SrCl2-NH3工質(zhì)對(duì)的吸附制冷量大，適宜太陽(yáng)能或低品位余熱驅(qū)動(dòng)，是性能優(yōu)良的工質(zhì)對(duì);活性炭-甲醇工質(zhì)對(duì)較之活性炭-乙醇工質(zhì)對(duì)更適用于太陽(yáng)能固體吸附式制冰機(jī)中。

高效太陽(yáng)能集熱器是平板太陽(yáng)能冰箱的關(guān)鍵部件，有非聚焦型太陽(yáng)能集熱器和聚焦型太陽(yáng)能集熱器兩類(lèi)。其中，非聚焦型太陽(yáng)能集熱器分為平板型、真空管和CPC型三種，這三種集熱器集熱溫度均不高，在250℃以下，屬于低溫或者中溫太陽(yáng)能集熱器;聚焦型太陽(yáng)能集熱器分為槽式、碟式和塔式三種，通常情況下，這三種聚焦型集熱器集熱溫度均可達(dá)300℃以上，屬于中高溫集熱器。對(duì)于平板太陽(yáng)能冰箱而言，非聚焦型太陽(yáng)能集熱器主要應(yīng)用于太陽(yáng)能吸附制冷冰箱系統(tǒng)，而聚焦型太陽(yáng)能集熱器可應(yīng)用于太陽(yáng)能光電制冷冰箱系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)太陽(yáng)能集熱器的研究和利用多限于中低溫范圍。