具有三层热储能的太阳能辅助LiBr/H₂O喷射器‑吸收制冷系统的热力学及弃熵经济学分析

为什么更凉爽的建筑需要更聪明的太阳能

随着夏季变得更热和生活水平提高，尤其在阳光充足地区，空调需求上升，如何在不使电网过载的情况下保持舒适已成为紧迫问题。本研究探讨了一种巧妙方法，将丰富的阳光转化为可靠的制冷，主要依靠热能而非电力。通过将太阳能集热器、分层热水罐和一种特殊的类喷射装置结合起来，研究人员展示了比传统太阳能吸收式制冷机更高效、成本更低的建筑制冷解决方案。

另一种制造冷气的方法

大多数空调依赖电动压缩机，耗电量大且间接依赖化石燃料。本文研究的系统则不同：它以热能而非电力为主要驱动力。溴化锂‑水混合物作为吸收式制冷循环的工质，可由太阳能集热器产生的热水提供能量。作者进一步引入了超音速喷射器——一种无运动部件的元件，利用高速流体射流带动并压缩另一股流体。该喷射器回收本可能被浪费的能量，从而减少运行循环所需的热量。由真空管集热器供给的三层热储罐将太阳热分为热、温和冷三个区，使系统在日照变化时仍能平稳运行。

太阳、储能与喷射器如何协同工作

在所提方案中，日光加热屋顶集热器中的水，然后输送到一个垂直的三温层储罐。最热的水聚集在顶部，为吸收式制冷机的发生器提供稳定热源；中间层作为缓冲，最冷的水沉积在底部。这样的分层减少了温度波动并更有效利用太阳能。溴化锂溶液在发生器、吸收器、冷凝器和蒸发器之间循环时吸收并释放水蒸气，产生用于建筑冷却的冷水。喷射器替代了简单的膨胀阀；通过高速射流吸入并部分再压缩低压蒸汽，它避免了压力下降时的能量损失，减轻了其他部件的负担并提高了整体效率。

性能与成本的衡量

为量化收益，研究人员建立了一个详细的计算机模型，对系统各部分的质量、能量和能量质量进行追踪。他们使用阿富汗喀布尔的逐小时真实气象数据——该城市夏季日照强烈且制冷需求高——来观察系统在典型晴朗仲夏日的表现。除评估常规效率指标如性能系数（每单位热输入所提供的制冷量）外，研究还考察了弃熵（反映输入能量在损失后仍有多少有用）并将这些技术洞见转换为货币层面的评价。通过对设备和能量质量分配成本，研究不仅评估了系统的制冷能力，也判断了其寿命周期内的经济性。

数据揭示了什么

结果表明，与更简单的太阳能吸收式制冷机相比，集热器、分层储能与喷射器的组合能显著提升性能。在约973瓦/平方米的强烈正午日照下，经优化的系统可达0.74的性能系数和0.58的太阳能性能指标。加入喷射器可将制冷效率提升约12%至13%，能量利用质量提高约11%，同时总体投资成本约降低9%。三层储罐在正午时分在最热层与最冷层之间保持超过20摄氏度的明显温差，即便室外条件波动也为发生器提供稳定热源。优化研究进一步指出，发生器温度和喷射器的吸气行为是平衡效率与成本的关键杠杆。

这对未来制冷意味着什么

对于非专业读者，主要信息是：通过重新设计热量在制冷系统中的流动方式，可以使太阳能驱动的空调更为实用且更具成本效益。通过在分层罐中储存太阳热并通过喷射器回收压力下降，这一概念能从相同的日照中提供更多制冷，同时削减设备与运行成本。如果在规模上开发和实施，此类系统可帮助阳光充足且电力紧张的地区以更少的排放和更低的对耗电空调的依赖来满足日益增长的制冷需求。

引用: Chammam, A., Abbood, R.S., Majid, S.H. et al. Thermodynamic and exergoeconomic analysis of a solar-assisted LiBr/H₂O ejector–absorption refrigeration system with triple-layer thermal storage. Sci Rep 16, 9435 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41158-2

关键词: 太阳能制冷, 吸收式制冷, 热能储存, 喷射器技术, 能效