随着全球气候变暖加剧，空调制冷需求激增，传统压缩式制冷系统的高能耗与碳排放问题日益凸显。在此背景下，太阳能吸收式制冷技术因其清洁、低碳的特性备受关注。近期，一项针对太阳能驱动单双效溴化锂吸收式制冷系统（LiBr-H2O ARS）的研究，通过智能模式切换与多目标优化方法，为提升太阳能利用率与经济效益提供了新思路。

太阳能制冷的效率瓶颈与解决之道

传统太阳能吸收式制冷系统受限于太阳辐照的不稳定性：晴天时制冷效率高，阴雨或夜间则依赖辅助能源（如天然气），导致成本攀升且碳排放增加。此外，单效制冷模式虽能适应较低温热源，但效率有限；双效模式效率更高，却需要更高的热源温度。如何平衡不同辐照条件下的运行效率，成为技术突破的关键。

为此，研究团队设计了一种“单双效智能切换”系统。该系统通过实时监测集热器水温，自动选择运行模式：当水温低于130°C时，启动单效模式（SEM）；水温达标后切换至双效模式（DEM）。例如，在青岛夏季测试中，系统在晴朗中午切换至双效模式，单日制冷量可达11千瓦，较单效模式提升近一倍；而在辐照不足时，系统无缝切换回单效模式，并辅以少量天然气补热，确保每日制冷时长稳定在10小时以上。

多目标优化：从参数分析到智能算法

为最大化太阳能利用率（SF）并降低成本，研究团队采用了两步走策略：

1. 参数敏感性分析：通过Sobol方法筛选出对系统性能影响最大的参数，包括集热器面积、热水流量、冷却水温度等。结果显示，集热器面积每增加10平方米，太阳能利用率提升约2.3%，但设备成本同步上升。
2. 多目标优化：利用NSGA-II智能算法，在数万次模拟中找到最佳参数组合。最终，集热器面积从65平方米优化至48.6平方米，减少初始投资；同时调整流量与温度参数，使太阳能利用率提高3.22%，长期运营成本降低10.18%。

实测数据：经济与环境的双赢

在青岛为期一周的实测中，优化后的系统表现亮眼：

• 经济性：年平准化成本从732美元降至657美元，降幅达10%。主要得益于集热器面积缩小与流量优化，设备投资减少25%，辅助能源消耗降低8%。
• 环境效益：二氧化碳排放量减少8.29%，相当于每周减少3.22千克碳排放。若推广至中型商业建筑，年减排量可达数吨。
• 能效提升：单位集热面积制冷量从1.05千瓦时/平方米增至1.16千瓦时/平方米，系统整体能效提升45%。

未来展望：从实验室走向规模化

尽管当前系统在优化后表现优异，但其商业化仍面临挑战。例如，溴化锂吸收式机组成本较高，且低温环境下效率可能下降。研究团队建议：

• 区域适配：在太阳辐照充足的地区（如中东、南欧）优先推广，并与建筑一体化设计，减少热损失。
• 政策支持：通过补贴或碳税优惠，降低初始投资门槛，鼓励绿色制冷技术普及。
• 技术迭代：探索与光伏、储热技术耦合，进一步减少对辅助能源的依赖。

结语：太阳能制冷的“智能进化”

这项研究证明，通过模式切换与参数优化，太阳能吸收式制冷系统不仅能适应多变的气候条件，还能实现经济与环保的双重目标。正如论文作者所言：“未来的清洁制冷，不应是‘有阳光才制冷’，而是‘用每一缕阳光高效制冷’。”随着技术进步与成本下降，这种智能化的制冷方案或将成为城市低碳转型的重要推手。

来源: FIE能源前沿期刊