降低吸附式制冷系統(tǒng)驅(qū)動熱源溫度的研究進(jìn)展*

李祺煒，何兆紅，李 軍，鄧立生，劉 林，黃宏宇

降低吸附式制冷系統(tǒng)驅(qū)動熱源溫度的研究進(jìn)展*

李祺煒1,2,4,5，何兆紅2,3,4,5?，李 軍2,3,4,5，鄧立生2,3,4,5，劉 林2,3,4,5，黃宏宇2,3,4,5

（1. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；2. 中國科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；3. 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室（廣州），廣州 511458；4. 中國科學(xué)院可再生能源重點實驗室，廣州 510640；5. 廣東省新能源和可再生能源研究開發(fā)與應(yīng)用重點實驗室，廣州 510640）

吸附式制冷是一種環(huán)境友好的制冷方式，可以利用低品位熱能提供冷量，因此具有重要的節(jié)能意義。目前，吸附式制冷技術(shù)在太陽能熱利用、工業(yè)余熱利用等中低溫余熱領(lǐng)域已有應(yīng)用，但對低于60℃熱源的利用實例較少。降低吸附式制冷系統(tǒng)所需的驅(qū)動熱源溫度是擴(kuò)大吸附式制冷系統(tǒng)使用范圍的重要手段。吸附式制冷系統(tǒng)所需驅(qū)動熱源溫度與系統(tǒng)循環(huán)方式、吸附劑性能等因素密切相關(guān)。從二級/多級吸附式制冷循環(huán)、表面酸性強度與孔結(jié)構(gòu)等影響吸附劑再生溫度方面闡述了降低吸附式制冷系統(tǒng)驅(qū)動熱源溫度技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。分析結(jié)果顯示，多級循環(huán)吸附式制冷系統(tǒng)可以降低裝置的驅(qū)動熱源溫度，但裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；低再生溫度吸附劑能夠拓寬吸附式制冷裝置的驅(qū)動熱源溫度范圍，吸附劑的脫附溫度與表面極性、酸性、孔結(jié)構(gòu)等參數(shù)有關(guān)，對吸附劑進(jìn)行改性，吸附劑極性弱、酸性低的表面特性有利于降低脫附溫度。另外，還介紹了數(shù)據(jù)中心余熱驅(qū)動的吸附式制冷技術(shù)。開展降低吸附式制冷系統(tǒng)驅(qū)動熱源溫度的研究為低溫余熱高效利用提供了技術(shù)參考。

吸附式制冷；吸附劑；多級制冷循環(huán)；再生溫度；數(shù)據(jù)中心制冷

0 引 言

當(dāng)前能源消耗與日俱增，帶來了環(huán)境污染與溫室效應(yīng)等問題，根據(jù)政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）的研究預(yù)測，到2100年全球平均氣溫會上升1.1 ～ 6.4℃[1]。我國的能源消耗持續(xù)增加，在工業(yè)能耗中，一半以上能量以廢熱形式排出，其中低溫余熱（低于100℃的液態(tài)載體）在余熱中占比最大，如圖1所示，達(dá)到63%[2]，這部分能量品位低，通常難以轉(zhuǎn)化利用，因此研究高效利用低溫余熱的新型技術(shù)是節(jié)能減排的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

圖1 低溫余熱在余熱中的占比[2]

吸附式制冷技術(shù)是一種由低品位熱能驅(qū)動的制冷方式，由于使用天然工質(zhì)對，其消耗臭氧潛能值（ozone depletion potential, ODP）和全球變暖潛能值（global warming potential, GWP）均為零，是一種綠色的制冷方式，因而逐漸受到關(guān)注。但吸附式制冷技術(shù)的驅(qū)動溫度通常高于60℃，應(yīng)用范圍有限。

低溫余熱廣泛分布在許多領(lǐng)域，如制藥蒸汽、太陽能熱水、內(nèi)燃機余熱、數(shù)據(jù)中心余熱等。吸附式制冷系統(tǒng)可以利用低品位熱能驅(qū)動，與同樣采用熱能驅(qū)動的吸收式制冷相比，吸附式制冷所需要的熱源溫度更低，對熱源的要求更低，不存在結(jié)晶和腐蝕等問題[3]。國外研究者對此進(jìn)行了許多研究，KREUSSLER等[4]設(shè)計了一種采用沸石?水工質(zhì)的太陽能吸附式制冷系統(tǒng)，性能系數(shù)（coefficient of performance, COP）可以達(dá)到0.08。國內(nèi)也有許多科研機構(gòu)和高校對此展開了相關(guān)研究。上海交通大學(xué)王如竹團(tuán)隊研究的硅膠?水吸附式制冷裝置，成功應(yīng)用于上海某大樓的太陽能空調(diào)系統(tǒng)[5-6]。除太陽能熱水驅(qū)動的吸附式制冷機外，田宜聰?shù)萚7]搭建了一套利用汽車尾氣余熱驅(qū)動的吸附式車載空調(diào)系統(tǒng)，在230℃的尾氣溫度條件下，平均制冷量為3 kW。譚顯光等[8]介紹了一種利用船舶尾氣余熱驅(qū)動的吸附式制冷系統(tǒng)，系統(tǒng)采用氯化鈣?氨作為工質(zhì)對，為水產(chǎn)品保鮮提供冷量。上述驅(qū)動熱源的溫度通常高于60℃，而目前吸附式制冷技術(shù)對低于60℃的低品位熱源利用效果不理想，在低品位熱能利用中，吸附式制冷技術(shù)的應(yīng)用范圍有限。對于溫度更低的低溫?zé)嵩矗捎诶秒y度更大，通常不對其進(jìn)行利用，由此導(dǎo)致能源浪費和污染。

隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信等產(chǎn)業(yè)的涌現(xiàn)，半導(dǎo)體器件發(fā)展迅猛。2012年，數(shù)據(jù)中心的耗電規(guī)模為270 TW?h，平均每年有4.4%的增長率[9]，數(shù)據(jù)機房和設(shè)備要求溫濕度恒定，空調(diào)設(shè)備需要常年運行，空調(diào)系統(tǒng)能耗在數(shù)據(jù)中心總能耗中占40%[10]。數(shù)據(jù)中心的能耗大、產(chǎn)熱量大，所產(chǎn)生的熱量通常不進(jìn)行利用，因此數(shù)據(jù)中心有較大節(jié)能空間。為提升數(shù)據(jù)中心的能源利用率、降低數(shù)據(jù)中心能耗，數(shù)據(jù)中心余熱利用的研究逐漸受到重視。當(dāng)前新建大型機房設(shè)備由于熱流密度高，多采用相變液體冷卻，電子氟化液的冷卻溫度可達(dá)到40 ～ 60℃[11]。相變浸沒冷卻的示意圖如圖2[12]。采用數(shù)據(jù)中心余熱驅(qū)動吸附式制冷可以將吸附式制冷裝置產(chǎn)生的冷凍水并入原有制冷機組產(chǎn)生的冷凍水，用以減少部分蒸氣壓縮式冷水機組的制冷負(fù)荷，這樣不僅能保證裝置運行穩(wěn)定，溫濕度控制精確，同時還能夠降低數(shù)據(jù)中心制冷能耗。

圖2 相變浸沒冷卻的示意圖[12]

利用數(shù)據(jù)中心低溫廢熱驅(qū)動的吸附式制冷系統(tǒng)可以降低部分空調(diào)能耗。但電子氟化液溫度低于60℃，制冷系統(tǒng)運行效率極低，無法正常運行。為提升吸附式制冷系統(tǒng)在低熱源溫度下的制冷性能，需要降低系統(tǒng)的驅(qū)動溫度。

本文從制冷系統(tǒng)的循環(huán)方式、吸附劑特性兩個角度，介紹國內(nèi)外降低吸附式制冷系統(tǒng)驅(qū)動溫度的一系列研究工作，為高效利用低品位熱能、實現(xiàn)節(jié)能降耗提供參考。

1 吸附式制冷循環(huán)降低驅(qū)動溫度

吸附式制冷系統(tǒng)通常使用單級循環(huán)。普通的單床、單級吸附式制冷系統(tǒng)由吸附床、冷凝器、蒸發(fā)器、閥門等部件組成，如圖3a所示[13]；單級循環(huán)包括四個步驟，分別為定容加熱過程、等壓解吸過程、定容冷卻過程和等壓吸附過程，單級熱力循環(huán)圖如圖3b所示[13]。

采用多級循環(huán)可以降低脫附壓力，進(jìn)而降低脫附溫度，最終降低吸附式制冷系統(tǒng)的驅(qū)動熱源溫度。普通的兩級吸附式制冷裝置由蒸發(fā)器、冷凝器、閥門以及多個吸附床等部件組成，結(jié)構(gòu)比單級吸附式制冷裝置更為復(fù)雜，設(shè)備也更龐大。兩級吸附式制冷系統(tǒng)的示意圖和熱力循環(huán)圖如圖4所示[14-15]。

多級吸附式制冷循環(huán)是將一個吸附床的吸附作用和另一個吸附床的解吸作用相耦合，由蒸發(fā)器、冷凝器、閥門以及多個吸附床等組成，不同溫度區(qū)間的吸附床從高到低先后解吸、吸附，循環(huán)過程熱量輸入多次，高溫吸附床先向低溫吸附床解吸，最終由低溫吸附床向冷凝器解吸[13]。兩級循環(huán)的吸附壓力比單級更高，吸附過程更容易發(fā)生。同時，由于吸附床I的脫附壓力m低于單級循環(huán)時的脫附壓力c，兩級循環(huán)吸附床I的脫附溫度低于單級循環(huán)的解吸溫度。理論上，級數(shù)越多脫附溫度越低，但實際應(yīng)用中存在設(shè)備復(fù)雜、成本高、制冷量小等問題。

在多級循環(huán)吸附式制冷技術(shù)方面，為利用40 ～ 75℃的低溫太陽能廢熱，SAHA等[15]研究了兩級四床硅膠?水吸附式制冷裝置，并開展了不同工況下運行的實驗研究，在驅(qū)動熱源溫度55℃、冷凝溫度30℃、蒸發(fā)溫度14℃的工況下，系統(tǒng)的COP約為0.36，制冷量為3.2 kW，如圖5所示。此時的驅(qū)動溫度雖然低至55℃，但仍有降低的空間。為進(jìn)一步降低吸附式制冷系統(tǒng)的驅(qū)動溫度，在兩級循環(huán)的基礎(chǔ)上，SAHA等[16]還研究了三級六床硅膠?水吸附式制冷循環(huán)，發(fā)現(xiàn)冷凝溫度為30℃、蒸發(fā)溫度為12℃時，最低可以使用40 ～ 50℃的低溫?zé)嵩打?qū)動，在驅(qū)動溫度為55℃時的COP達(dá)到最高，約為0.2，制冷量約為1.5 kW，雖然驅(qū)動溫度進(jìn)一步降低，但多級循環(huán)的制冷量和效率明顯下降，循環(huán)時間大大增長。針對這一問題，SAHA等展開了進(jìn)一步的研究，發(fā)現(xiàn)不同級數(shù)的最佳驅(qū)動溫度區(qū)間不同，兩級驅(qū)動溫度為60 ～ 95℃，三級驅(qū)動溫度為40 ～ 60℃，據(jù)此設(shè)計了能在兩級、三級循環(huán)間切換的制冷裝置[17]。當(dāng)蒸發(fā)溫度為7℃、冷凝溫度為30℃、驅(qū)動熱源溫度為80℃時，系統(tǒng)為單級循環(huán)，COP約為0.37，制冷量約3.8 kW；相同工況下驅(qū)動溫度為50℃時，系統(tǒng)為三級循環(huán)，此時的COP約為0.18，制冷量1.1 kW，該系統(tǒng)可以充分利用40 ～ 95℃不同區(qū)間的驅(qū)動熱源，從而提升制冷量和效率，如圖6所示[17]。多級循環(huán)可以降低吸附式制冷系統(tǒng)所需的驅(qū)動熱源溫度，但隨著級數(shù)的增加，驅(qū)動溫度降低的同時，系統(tǒng)COP下降較顯著，制冷量也隨之下降，因此為降低系統(tǒng)的驅(qū)動溫度不應(yīng)只是單純地增加循環(huán)級數(shù)。

圖5 兩級吸附式制冷循環(huán)系統(tǒng)的實物圖[15]

圖6 三級吸附式制冷循環(huán)系統(tǒng)的（a）結(jié)構(gòu)示意圖和（b）熱力循環(huán)圖（修改自文獻(xiàn)[17]）

其他國內(nèi)外學(xué)者在兩級、多級循環(huán)吸附式制冷、除濕技術(shù)等方面也開展了許多研究。ALAM等[18]設(shè)計了驅(qū)動溫度為55 ～ 75℃的兩級硅膠?水吸附式制冷機，可以由太陽能產(chǎn)生的熱水驅(qū)動制冷；在此基礎(chǔ)上，KHAN等[19]研究了帶回?zé)岬膬杉壒枘z?水吸附式制冷機，在蒸發(fā)溫度30℃的空調(diào)工況下，驅(qū)動溫度為50 ～ 70℃，在驅(qū)動溫度為70℃下雙級回?zé)嵫h(huán)COP約為0.67，雙級無回?zé)嵫h(huán)的COP約為0.47。KHAN等[20]研究了帶回?zé)岬娜壒枘z?水吸附式制冷機，該裝置在有回?zé)岬娜壯h(huán)下，當(dāng)冷凝溫度為30℃、蒸發(fā)溫度為5 ～ 12℃時，可以用50 ～ 70oC的熱源溫度驅(qū)動；在驅(qū)動熱源溫度為70℃時，COP最高約為0.32，制冷量約為4.2 kW，無回?zé)崛壯h(huán)的COP約為0.27，制冷量為2.6 kW。研究還發(fā)現(xiàn)當(dāng)驅(qū)動溫度低于60℃時三級循環(huán)優(yōu)于回?zé)嵫h(huán)，高于60℃時則相反，且相同工況下三級回?zé)嵫h(huán)效率高于三級循環(huán)。SAHA等[21]通過實驗研究了三級硅膠?水吸附式冷卻器的性能，發(fā)現(xiàn)三級循環(huán)在驅(qū)動熱源溫度為50℃、冷凝溫度為30℃時性能最好，COP為0.185，制冷量為1.25kW。XU等[13]對活性炭?氨多級吸附式制冷循環(huán)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可以在蒸發(fā)溫度?25℃、冷凝溫度40℃、驅(qū)動熱源70℃的工況下運行，此時循環(huán)的COP為0.006，循環(huán)吸附量較小。王健[22]對氯化鈣/氯化鋇?氨兩級吸附式制冷循環(huán)進(jìn)行熱力分析，與單機循環(huán)的驅(qū)動溫度98℃相比，兩級循環(huán)的驅(qū)動溫度可以降至69℃；理論上當(dāng)驅(qū)動溫度為85℃、冷凝溫度為30℃、蒸發(fā)溫度為?15℃時，系統(tǒng)的COP為0.28；實際循環(huán)驅(qū)動溫度為85℃、冷凝溫度為25℃、蒸發(fā)溫度為?10℃時，系統(tǒng)的COP為0.127。采用多級循環(huán)的同時，加入回?zé)峥梢蕴嵘到y(tǒng)COP，增加制冷量，同時采用適合低驅(qū)動溫度的吸附劑也可以使系統(tǒng)在低驅(qū)動溫度下有更好的運行效果。

從表1中可以看出，可以采用多級循環(huán)降低吸附式制冷的驅(qū)動溫度，但循環(huán)級數(shù)的增加會導(dǎo)致系統(tǒng)循環(huán)吸附量減小，制冷功率降低，系統(tǒng)更復(fù)雜、效率低且成本高。因此，降低驅(qū)動溫度不應(yīng)單純增加循環(huán)級數(shù)，還應(yīng)與吸附床傳熱傳質(zhì)性能、吸附劑自身特性等結(jié)合考慮。

表1 不同多級循環(huán)所需的驅(qū)動熱源溫度

2 吸附劑降低再生溫度的研究

除了上述二級/多級吸附式制冷循環(huán)可降低吸附式制冷系統(tǒng)熱源溫度以外，吸附劑的本身物性也是直接影響吸附式制冷系統(tǒng)所需的驅(qū)動熱源溫度的重要因素。為獲得最佳性能，應(yīng)該根據(jù)不同的工況選擇合適的吸附劑，吸附等溫線是描述吸附劑特性的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，幾種常見吸附劑的吸附等溫線如圖7[24]。吸附劑在吸附和脫附過程伴隨著放熱與吸熱，根據(jù)吸附質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和吸附劑的表面化學(xué)狀態(tài)，吸附劑與吸附質(zhì)之間的作用力可分為作用力較弱的范德華力和作用力較強的化學(xué)鍵，對應(yīng)在吸附劑表面上的物理吸附和化學(xué)吸附。由于化學(xué)吸附的作用比物理吸附強，其所需的脫附活化能和脫附溫度也更高。除吸附劑與吸附質(zhì)間表面作用力外，吸附劑的表面極性、孔結(jié)構(gòu)、比表面等參數(shù)對吸附劑再生溫度也有重要影響。

圖7 幾種常見吸附劑的吸附等溫線[24]：A—13X沸石；B—SAPO-34；C—活性氧化鋁F-200；D—硅膠；E—離子硅膠；F—活性炭

Fig. 7 The adsorption isotherms of several common adsorbents[24]: A—13X zeolite; B—SAPO-34; C—activated alumina F-200; D—silica gel; E—ionic silica gel; F—activated carbon

常用的吸附劑有沸石、硅膠等，脫附溫度不同，適用的場合也不同。沸石常用于回收120℃左右的余熱，硅膠多用于驅(qū)動溫度更低的場合。硅膠雖然能在更低的溫度下脫附水蒸氣，但大多數(shù)硅膠的循環(huán)吸附量比沸石小，且在熱源溫度低于60℃時，硅膠的吸附/脫附性能會受到限制，導(dǎo)致吸附式制冷裝置性能下降，甚至無法運行[25]。因此研發(fā)新型低再生溫度吸附劑有利于推進(jìn)吸附式制冷技術(shù)實際應(yīng)用。

2.1 沸石表面酸性與鍵合極性對脫附溫度的影響

沸石是一種多孔隙硅酸鋁鹽[26]，常見型號有美國linde公司[27]開發(fā)的4A、5A、13X等。沸石可以利用120 ～ 200℃的余熱，但在低溫?zé)嵩矗ǖ陀?00℃）時，許多沸石吸附式制冷系統(tǒng)的性能會大幅下降，甚至無法運行[26]，為利用這部分能量，需要開發(fā)低再生溫度沸石，如日本三菱樹脂公司商業(yè)化的AQSOATM系列吸附劑FAM-Z01、FAM-Z02、FAM-Z05等，主要應(yīng)用于吸附制冷和開放除濕的空調(diào)系統(tǒng)中[28-29]。

沸石表面酸性與鍵合極性對脫附溫度影響較大。沸石中存在布朗斯特酸和路易斯酸兩種類型的強酸性位點，前者來源于Si-OH-M基團(tuán)表現(xiàn)出的質(zhì)子供體，后者來源于不飽和配位鍵，布朗斯特酸和路易斯酸位點的存在會增強沸石表面酸的活性。酸性位點會導(dǎo)致吸附水蒸氣時形成氫鍵，從而使材料的脫附溫度升高。沸石組分如硅、鋁的比例會影響酸性位點，硅鋁比越小酸性位點越多，親水性越好，脫附溫度越高[30]。

常用的linde-Y型沸石性能優(yōu)異，但表面酸活性強，鍵合極性高，脫附溫度較高。在保證吸附/脫附性能的同時，若要降低沸石的脫附溫度，需獲得與Y型沸石結(jié)構(gòu)相似的弱酸性沸石。通過調(diào)整沸石的硅鋁比，控制沸石的表面酸性，可獲得吸附量大、脫附溫度低的沸石。如SAPO-34沸石，其硅鋁比與linde-Y型沸石相比更低，表面酸性被減弱，因此具備低溫再生的特點[31-32]。在此基礎(chǔ)上，日本三菱樹脂公司開發(fā)的AQSOATM系列產(chǎn)品FAM-Z01、FAM-Z02(SAPO-34)、FAM-Z05(AIPO-5)[33-34]三種沸石，脫附溫度最低的為Z05沸石。Z01與Z05沸石的框架相比，Z01沸石框架上摻入了Fe原子，加入的Fe原子打破了Si-O-Al鍵，獲得了比Z05沸石更多的布朗斯特酸，導(dǎo)致Z01的表面酸性比Z05更強，因此Z01的脫附溫度比Z05沸石高[35-36]。與Z05沸石的框架相比，Z02沸石框架上加入的Si原子產(chǎn)生了帶負(fù)電荷的布朗斯特酸性位點，獲得了親水性更強的SAPO骨架，脫附溫度因此也比Z05沸石高[34]。

TEO等[37]針對FAM-Z01、FAM-Z02、FAM-Z05型沸石吸附劑開展了靜態(tài)和動態(tài)吸附性能研究，發(fā)現(xiàn)FAM-Z05型沸石脫附溫度最低，在55 ～ 60℃即可脫附，F(xiàn)AM-Z01型沸石再生溫度可降低至60℃，F(xiàn)AM-Z02型沸石再生溫度最高，在75℃時具有較好的性能。TSUJIGUCHI等[38]對FAM-Z01型沸石在除濕工況的吸附解析行為進(jìn)行了實驗研究，發(fā)現(xiàn)其可以在50 ～ 60℃下運行。DAWOUD[39]在定壓條件下對FAM-Z02型沸石的吸附解析動力學(xué)進(jìn)行了實驗研究，發(fā)現(xiàn)其完全脫附溫度為90℃。GIRNIK等[40]在吸附式制冷系統(tǒng)內(nèi)的典型定壓條件下研究了單層FAM-Z02型沸石顆粒的脫附特性，發(fā)現(xiàn)其脫附溫度為90℃。國內(nèi)外研究者對使用沸石吸附劑制冷系統(tǒng)進(jìn)行的研究見表2[41-45]。

上述研究表明，可以通過改變吸附劑表面酸性來降低吸附劑的脫附溫度。經(jīng)過改性的弱酸根沸石FAM-Z01、FAM-Z02、FAM-Z05的脫附溫度比Y型沸石低。

表2 沸石制冷系統(tǒng)的研究

2.2 硅膠表面鍵合極性與孔結(jié)構(gòu)對脫附溫度的影響

硅膠是一種驅(qū)動溫度低、價格低廉、易獲得的吸附劑，被廣泛用于中低品位熱能驅(qū)動的吸附式制冷中。目前已有商品化的硅膠?水吸附式制冷裝置，美國Nishiyodo公司生產(chǎn)的商用硅膠?水吸附式制冷機，在熱源溫度80℃、冷卻水溫度30℃、蒸發(fā)器出水14℃時，功率能達(dá)到4.3 kW，COP能達(dá)到0.45[23]。日本前川公司在2003年也開始生產(chǎn)硅膠?水吸附制冷機組，利用75℃的熱水驅(qū)動，生產(chǎn)14℃的冷水，COP達(dá)到0.6[46]。

硅膠?水吸附式制冷裝置在驅(qū)動溫度降低到60℃以下時，受限于吸附劑的自身特性，單級循環(huán)的硅膠?水吸附式制冷裝置效率下降明顯，因此，為拓寬吸附式制冷系統(tǒng)的適用范圍，研發(fā)低再生溫度的硅膠吸附劑顯得尤為重要。

與低再生溫度沸石類似，硅膠的脫附溫度與表面化學(xué)鍵合極性有關(guān)。制備硅膠時的處理條件會影響表面羥基的分布，從而影響硅膠的表面化學(xué)鍵合極性。硅膠表面有親水的硅醇基團(tuán)（≡Si?OH）和疏水的硅氧烷基團(tuán)（≡Si?O?Si≡），在200 ～1 000℃煅燒過的二氧化硅通常表面羥基濃度變小，疏水特性更明顯，脫附溫度降低，但吸附量下降。吳壁耀[47]研究發(fā)現(xiàn)表面硅羥基主要有自由羥基、雙生羥基、締合羥基等，其在硅膠表面的濃度與熱處理的溫度有關(guān)，溫度越高，硅羥基的濃度越低，脫附溫度越低，但是吸附量也會相應(yīng)減小。CHUNG等[48]采用中子流輻射成功配制了摻硼硅膠吸附劑，硅膠中摻有10B同位素，在中子輻照期間，固體中形成了結(jié)構(gòu)塌陷，硅膠的吸附量提高了23%，降低了硅膠的脫附活化能。方玉堂等[49-51]介紹了一種鋁、鈦、鈷摻雜硅膠的制備工藝，這些金屬摻雜進(jìn)硅膠后，表面鍵合極性改變，同時硅膠的比表面積增大，提高了材料的吸附性能。鋁摻雜的改性硅膠脫附溫度有所上升，而鈷、鈦摻雜后的吸附劑脫附溫度有所下降。ARISTOV等[52-53]制備了氯化鈣改性硅膠吸附劑，增強了吸附劑的表面鍵合極性，吸附速率變快。朱培怡等[54]制備了氯化鎂改性硅膠干燥劑，研究結(jié)果表明，改性硅膠的吸水量明顯增大，改性后的復(fù)合干燥劑脫附活化能降低。賀楊堃等[55]同時使用氯化鈣和氯化鎂制備了改性硅膠吸附劑，發(fā)現(xiàn)該改性硅膠的吸水量為未改性硅膠的2倍，且脫附溫度比改性前低10℃。調(diào)整硅膠制備時的溫度和壓力、摻雜金屬鹽等手段會影響硅膠的表面鍵合極性，進(jìn)而影響其脫附溫度。

硅膠的脫附溫度也和吸附劑的孔特性有關(guān)，如比表面積大小、孔容積、孔徑大小和分布等。通過調(diào)控孔徑、比表面積等參數(shù)可以改變吸附劑的吸附脫附特性。制備硅膠時，在超臨界條件下去除液相的氣凝膠可以獲得更大的孔容積，使用水熱法制備的硅膠由于顆粒的聚集黏合更劇烈，因此具有更大的孔容積和更小的比表面積[24]。通常孔徑越小、比表面積越大會使材料的脫附溫度升高。WANG等[56]和LIU等[57]研究了原硅酸?水的相互作用并將其應(yīng)用于分子動力學(xué)模擬，考慮了二氧化硅表面的羥基，發(fā)現(xiàn)增加微孔數(shù)量有利于提高硅膠的吸附性能，但脫附所需要的能量更高。微孔的存在會使硅膠的脫附活化能上升，導(dǎo)致脫附溫度上升，因此可以降低微孔數(shù)量來制備低再生溫度硅膠。PALASH等[58]使用反相氣相色譜技術(shù)對四種硅膠顆粒，即RD顆粒硅膠、Chromatorex、家用硅膠和B型硅膠進(jìn)行了表面能分析，發(fā)現(xiàn)硅膠孔徑越大，表面能越低，脫附溫度越低。

表3 改性硅膠的研究

從表3可看出，通過調(diào)控硅膠表面極性與孔結(jié)構(gòu)，可以降低吸附劑的再生溫度，從而降低吸附式制冷系統(tǒng)的驅(qū)動熱源溫度。

3 利用數(shù)據(jù)中心余熱驅(qū)動的吸附式制冷

數(shù)據(jù)中心的電子元器件在工作時釋放大量的熱，這部分熱量品位較低（通常低于60℃），通常難以回收利用。數(shù)據(jù)中心制冷能耗是影響數(shù)據(jù)中心電源使用效率（power usage effectiveness, PUE）的重要因素，若將電子元器件釋放的熱量進(jìn)行回收利用，可降低數(shù)據(jù)中心的PUE，有利于數(shù)據(jù)中心節(jié)能。

吸附式制冷技術(shù)可以利用數(shù)據(jù)中心余熱提供冷量，目前已經(jīng)有研究者展開了相關(guān)的工作。為降低數(shù)據(jù)中心的空調(diào)能耗，彭佳杰等[59]利用數(shù)據(jù)中心的45 ～ 60℃余熱驅(qū)動回?zé)峄刭|(zhì)的硅膠?水吸附式制冷機，可以獲得20℃以下的冷水，產(chǎn)生1.28 ～ 4 kW的冷量，COP為0.22 ～ 0.51。制冷設(shè)備結(jié)構(gòu)圖如圖8[59]。

圖8 數(shù)據(jù)中心吸附式制冷結(jié)構(gòu)圖[59]

李幫俊等[60]提出了一種用于數(shù)據(jù)中心電子器件冷卻的方法，將吸附劑涂敷在電子元器件上，以空氣中的水蒸氣作為水源，通過吸附劑對水蒸氣的自發(fā)吸附實現(xiàn)水分補給。該方法可以明顯降低發(fā)熱電子器件表面的溫度，降溫效果與表面涂覆的吸附劑有關(guān)，吸附劑若能在低再生溫度下完全脫附，降溫效果會更明顯，其原理如圖9[60]。該方法通過將吸附劑直接涂覆在發(fā)熱表面上，減少了傳熱過程中熱量的損失，使吸附劑的溫度更接近發(fā)熱器件溫度，利用了電子器件產(chǎn)生的熱量，減少了電子元器件所需的制冷能耗。

雖然目前數(shù)據(jù)中心余熱吸附式制冷技術(shù)取得了一定的進(jìn)展，但由于服務(wù)器產(chǎn)生的余熱溫度較低，數(shù)據(jù)中心吸附式制冷技術(shù)還不成熟。數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)機房對空氣的溫度、濕度、潔凈度等要求較為嚴(yán)格，在實現(xiàn)機房空氣調(diào)節(jié)時所需的能耗較大，在空調(diào)設(shè)計時采用溫濕度獨立控制不僅可以降低制冷過程的濕負(fù)荷，還能夠?qū)崿F(xiàn)溫度與濕度的準(zhǔn)確調(diào)整。

通過使用低再生溫度的吸附劑，采用先進(jìn)的循環(huán)方式等，可以拓寬吸附式制冷系統(tǒng)的使用范圍，在更低的驅(qū)動熱源溫度下獲得更好的性能。

4 結(jié)語與展望

本文綜合國內(nèi)外研究，對降低吸附式制冷驅(qū)動溫度的方式進(jìn)行了介紹。目前已有許多商品化的吸附式制冷機應(yīng)用在建筑節(jié)能、生產(chǎn)工藝節(jié)能等領(lǐng)域。吸附式制冷可以回收利用低品位熱能提供冷量，運行費用低，同時其GWP和ODP均為0，在當(dāng)前能源背景下逐漸成為制冷技術(shù)研究的熱點。但是吸附式制冷系統(tǒng)的驅(qū)動溫度通常高于60℃，當(dāng)驅(qū)動熱源溫度降低時會導(dǎo)致系統(tǒng)的性能急劇下降，甚至無法運行，這限制了吸附式制冷技術(shù)的應(yīng)用范圍和運行穩(wěn)定性，降低吸附式制冷系統(tǒng)所需的驅(qū)動熱源溫度可以拓寬吸附式制冷技術(shù)使用場合，是優(yōu)化和完善吸附式制冷技術(shù)的一個方向。

降低吸附式制冷系統(tǒng)驅(qū)動熱源溫度的研究主要集中在系統(tǒng)的循環(huán)方式和吸附劑性能研究、吸附床強化傳熱傳質(zhì)等方面。吸附式制冷循環(huán)，從間斷運行的單床、單級循環(huán)到連續(xù)運行的多床、單級循環(huán)，然后到驅(qū)動溫度更低的多床多級循環(huán)，級數(shù)的增加降低了驅(qū)動熱源溫度的同時也使得系統(tǒng)變復(fù)雜、效率下降，可以考慮加入回?zé)嵫h(huán)、回質(zhì)循環(huán)來提升系統(tǒng)的COP。吸附劑從表面鍵合極性、表面酸性位點的調(diào)整，到孔道結(jié)構(gòu)的控制，通過物理、化學(xué)手段獲得了更低脫附溫度的吸附劑，吸附劑的調(diào)控需要與系統(tǒng)工況相適應(yīng)，同時，低再生溫度下性能優(yōu)異的吸附劑需要在較低的水蒸氣分壓力區(qū)間有較大的循環(huán)吸附量。

未來吸附式制冷技術(shù)的研究將聚焦于降低吸附式制冷系統(tǒng)的驅(qū)動熱源溫度和提升系統(tǒng)COP上。對于系統(tǒng)，通過使用多級循環(huán)可以降低驅(qū)動溫度，同時使用回?zé)岷突刭|(zhì)還可以提升系統(tǒng)COP；對于吸附劑，通過調(diào)整吸附劑的表面極性和酸性位點，控制材料的孔結(jié)構(gòu)研發(fā)新型低再生溫度吸附劑，可以降低系統(tǒng)所需的驅(qū)動熱源溫度，同時可以針對特定工況調(diào)控性能最佳的吸附劑。對于低溫余熱，特別是低于60℃余熱的利用方面，多級循環(huán)吸附式制冷系統(tǒng)因裝置龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用受到一定的局限，研發(fā)新型低再生溫度吸附劑成為低溫余熱吸附式制冷技術(shù)重要的研究方向。特別是對于數(shù)據(jù)中心余熱制冷來說，基于低再生溫度吸附劑的吸附制冷技術(shù)有可能成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗的重要措施。

[1] ROGELJ J, SHINDELL D, JIANG K, et al. Mitigation pathways compatible with 1.5°C in the context of sustainable development[EB/OL]. In: Global warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the Impacts of Global warming of 1.5°C above Pre-Industrial Levels and Related Global Greenhouse Gas Emission Pathways, in the Context of Strengthening the Global Response to the Threat of Climate Change, Sustainable Development, and Efforts to Eradicate Poverty (eds Masson-Delmotte, V. et al.). https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/sites/2/ 2019/05/SR15_Chapter2_Low_Res.pdf.

[2] FORMAN C, MURITALA I K, PARDEMANN R, et al. Estimating the global waste heat potential[J]. Renewable and sustainable energy reviews, 2016, 57: 1568-1579. DOI: 10.1016/j.rser.2015.12.192.

[3] 彭佳杰, 潘權(quán)穩(wěn), 葛天舒, 等. 太陽能熱驅(qū)動的吸附式冷熱聯(lián)供系統(tǒng)性能測試[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報, 2020, 54(7): 661-667. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.019.

[4] KREUSSLER S, BOLZ D. Experiments on solar adsorption refrigeration using zeolite and water[R]. Lubeck, Germany: University of Applied Sciences Lubeck, 2000.

[5] WANG D C, WU J Y, XIA Z Z, et al.Study of a novel silica gel–water adsorption chiller. Part II. Experimental study[J]. International journal of refrigeration, 2005, 28(7): 1084-1091. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2005.03.002.

[6] ZHAI X Q, WANG R Z, DAI Y J, et al. Solar integrated energy system for a green building[J]. Energy and buildings,2007, 39(8): 985-993. DOI: 10.1016/j.enbuild.2006.11.010.

[7] 田宜聰, 高嬌, 李云飛, 等. 發(fā)動機尾氣余熱驅(qū)動的吸附式空調(diào)系統(tǒng)仿真與測試[J]. 化工學(xué)報, 2020, 71(8): 3691-3698. DOI:10.11949/0438-1157. 20200231.

[8] 譚顯光, 陳煥新, 齊朝暉. 吸附式制冷系統(tǒng)應(yīng)用于中小型漁船冷庫的探討[J]. 制冷空調(diào)與電力機械, 2003, 24(5): 10-13. DOI: 10.3969/j.issn.2095-3429.2003.05.003.

[9] VAN HEDDEGHEM W, LAMBERT S, LANNOO B, et al. Trends in worldwide ICT electricity consumption from 2007 to 2012[J]. Computer Communications, 2014, 50: 64-76. DOI: 10.1016/j.comcom.2014.02.008.

[10] 中國制冷學(xué)會數(shù)據(jù)中心冷卻工作組. 中國數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)年度發(fā)展研究報告-2017[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2018.

[11] EBRAHIMI K, JONES G F, FLEISCHER A S. A review of data center cooling technology, operating conditions and the corresponding low-grade waste heat recovery opportunities[J]. Renewable and sustainable energy reviews, 2014, 31: 622-638. DOI: 10.1016/j.rser.2013.12.007.

[12] Allied Controls. Immersion-cooling Overview[EB/OL]. https://liquidstack.com/immersion-cooling, 2018.

[13] XU S Z, WANG L W, WANG R Z. Thermodynamic analysis of single-stage and multi-stage adsorption refrigeration cycles with activated carbon–ammonia working pair[J]. Energy conversion and management, 2016, 117: 31-42. DOI: 10.1016/j.enconman.2016.03.010.

[14] YANAGI H. R&D on The Cooling Systems Using Natural Refrigerants[J]. Transactions of the Japan Society of Refrigerating and Air Conditioning Engineers, 2000, 17(4): 439-452. https://doi.org/10.11322/tjsrae.17.439.

[15] SAHA B B, AKISAWA A, KASHIWAGI T. Solar/waste heat driven two-stage adsorption chiller: the prototype[J]. Renewable energy, 2001, 23(1): 93-101. DOI: 10.1016/ S0960-1481(00)00107-5.

[16] SAHA B B, BOELMAN E C, KASHIWAGI T. Computational analysis of an advanced adsorption- refrigeration cycle[J]. Energy, 1995, 20(10): 983-994. DOI: 10.1016/0360-5442(95)00047-K.

[17] SAHA B B, KOYAMA S, NG K C, et al. Study on a dual-mode, multi-stage, multi-bed regenerative adsorption chiller[J]. Renewable energy, 2006, 31(13): 2076-2090. DOI: 10.1016/j.renene.2005.10.003.

[18] ALAM K C A, SAHA B B, AKISAWA A, et al. Influence of design and operating conditions on the system performanceof a two-stage adsorption chiller[J]. Chemical Engineering Communications, 2004, 191(7): 981-997. DOI: 10.1080/00986440490276182.

[19] KHAN M Z I, ALAM K C A, SAHA B B, et al. Parametric study of a two-stage adsorption chiller using re-heat—The effect of overall thermal conductance and adsorbent mass on system performance[J]. International journal of thermal sciences, 2006, 45(5): 511-519. DOI:10.1016/j.ijthermalsci.2005.08.003.

[20] KHAN M Z I, ALAM K C A, SAHA B B, et al. Performance evaluation of multi-stage, multi-bed adsorptionchiller employing re-heat scheme[J]. Renewable energy, 2008, 33(1): 88-98. DOI: 10.1016/j.renene.2007.01.012.

[21] SAHA B B, KASHIWAGI T. Experimental investigation of an advanced adsorption refrigeration cycle[J]. ASHRAE transactions, 1997, 103: 50-58.

[22] 王健. CaCl2/BaCl2-NH3兩級吸附式制冷循環(huán)實驗研究[D]. 上海: 上海交通大學(xué), 2012.

[23] BOELMAN E C, SAHA B B, KASHIWAGI T. Experimental investigation of a silica gel-water adsorption refrigeration cycle-the influence of operating conditions on cooling output and COP[J]. ASHRAE transactions, 1995, 101(2): 358-366.

[24] WU H, SALLES F, ZAJAC J. A critical review of solid materials for low-temperature thermochemical storage of solar energy based on solid-vapour adsorption in view of space heating uses[J]. Molecules, 2019, 24(5): 945. DOI: 10.3390/molecules24050945.

[25] BAUER J, HERRMANN R, MITTELBACH W, et al. Zeolite/aluminum composite adsorbents for application in adsorption refrigeration[J]. International journal of energyresearch, 2009, 33(13): 1233-1249. DOI: 10.1002/er.1611.

[26] WANG L W, WANG R Z, OLIVEIRA R G, et al. A review on adsorption working pairs for refrigeration[J]. Renewable and sustainable energy reviews, 2009, 13(3): 518-534. DOI: 10.1016/j.rser.2007.12.002.

[27] SRIVASTAVA N C, EAMES I W. A review of developments in solid-vapour adsorption-refrigeration and heat-pump systems[J]. Journal of the energy institute, 1997, 70(485): 116-127.

[28] SAPIENZA A, GULLì G, CALABRESE L, et al. An innovative adsorptive chiller prototype based on 3 hybrid coated/granular adsorbers[J]. Applied energy, 2016, 179: 929-938. DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.07.056.

[29] GOLDSWORTHY M J. Measurements of water vapour sorption isotherms for RD silica gel, AQSOA-Z01, AQSOA-Z02, AQSOA-Z05 and CECA zeolite 3A[J]. Microporous and mesoporous materials, 2014, 196: 59-67. DOI: 10.1016/j.micromeso.2014.04.046.

[30] BEJAN A S, LABIHI A, CROITORU C, et al. Air solar collectors in building use-A review[C]. E3S web of conferences, 2018, 32: 01003.

[31] HENNINGER S K, ERNST S J, GORDEEVA L, et al. New materials for adsorption heat transformation and storage[J]. Renewable energy, 2017, 110: 59-68. DOI: 10.1016/j.renene.2016.08.041.

[32] FRAZZICA A, FRENI A. Adsorbent working pairs for solar thermal energy storage in buildings[J]. Renewable energy, 2017, 110: 87-94. DOI: 10.1016/j.renene.2016. 09.047.

[33] SHIMOOKA S, OSHIMA K, HIDAKA H, et al. The evaluation of direct cooling and heating desiccant device coated with FAM[J]. Journal of chemical engineering of Japan, 2007, 40(13): 1330-1334. DOI: 10.1252/jcej. 07WE193.

[34] KAYAL S, BAICHUAN S, SAHA B B. Adsorption characteristics of AQSOA zeolites and water for adsorptionchillers[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2016, 92: 1120-1127. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer. 2015.09.060.

[35] SANTOS V. Caractérisation et modification de l'humidité résiduelle en zéolithes cationiques[D]. Universite de Poitiers, 2008.

[36] AUROUX A. Microcalorimetry methods to study the acidity and reactivity of zeolites, pillared clays and mesoporous materials[J]. Topics in catalysis, 2002, 19(3): 205-213. DOI: 10.1023/A:1015367708955.

[37] TEO H W B, CHAKRABORTY A, HAN B. Water adsorption on CHA and AFI types zeolites: modelling and investigation of adsorption chiller under static and dynamic conditions[J]. Applied thermal engineering, 2017, 127: 35-45. DOI: 0.1016/j.applthermaleng.2017.08.014.

[38] TSUJIGUCHI T, OSAKA Y, KUMITA M, et al. Adsorption–desorption behavior of water vapor and heat-flow analysis of FAM-Z01-coated heat exchanger[J]. International journal of refrigeration, 2019, 105: 3-10. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2019.03.011.

[39] DAWOUD B. On the effect of grain size on the kinetics of water vapor adsorption and desorption into/from loose pellets of FAM-Z02 under a typical operating condition of adsorption heat pumps[J]. Journal of chemical engineering of Japan, 2007, 40(13): 1298-1306. DOI: 10.1252/jcej.07WE163.

[40] GIRNIK I S, ARISTOV Y I. Dynamics of water vapour adsorption by a monolayer of loose AQSOA?-FAM- Z02 grains: indication of inseparably coupled heat and mass transfer[J]. Energy, 2016, 114: 767-773. DOI: 10.1016/j.energy.2016.08.056.

[41] MYAT A, CHOON N K, THU K, et al. Experimental investigation on the optimal performance of Zeolite– water adsorption chiller[J]. Applied energy, 2013, 102: 582-590. DOI: 10.1016/j.apenergy.2012.08.005.

[42] MEUNIER F. Etude des couples adsorbant solide-réfrigérant liquide[M]. CE, 1982.

[43] SHARAFIAN A, MEHR S M N, THIMMAIAH P C, et al. Effects of adsorbent mass and number of adsorber beds on the performance of a waste heat-driven adsorption cooling system for vehicle air conditioning applications[J]. Energy, 2016, 112: 481-493. DOI: 10.1016/j.energy.2016.06.099.

[44] VASTA S, FRENI A, SAPIENZA A, et al. Development and lab-test of a mobile adsorption air-conditioner[J]. International journal of refrigeration, 2012, 35(3): 701-708. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2011.03.013.

[45] TSO C Y, CHAN K C, CHAO C Y H, et al. Experimental performance analysis on an adsorption cooling system using zeolite 13X/CaCl2adsorbent with various operation sequences[J]. International journal of heat and mass transfer, 2015, 85: 343-355. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer. 2015.02.005.

[46] 王如竹, 王麗偉. 低品位熱能驅(qū)動的綠色制冷技術(shù): 吸附式制冷[J]. 科學(xué)通報, 2005, 50(2): 101-111. DOI: 10.3321/j.issn:0023-074X.2005.02.001.

[47] 吳璧耀. 硅膠的結(jié)構(gòu)及其表面基團(tuán)的測定[J]. 武漢化工學(xué)院學(xué)報, 1983(Z1): 66-68+71. DOI: 10.19843/j.cnki. cn42-1779/tq.1983.z1.011

[48] CHUNG T W, CHUNG C C. Increase in the amount of adsorption on modified silica gel by using neutron flux irradiation[J]. Chemical engineering science, 1998, 53(16): 2967-2972. DOI: 10.1016/S0009-2509(98)00101-8.

[49] 方玉堂, 丁靜, 范娟, 等. 新型Al3+摻雜硅膠吸附材料的制備與性能[J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2004, 32(3): 5-9, 19. DOI: 10.3321/j.issn:1000-565X. 2004.03.002.

[50] 方玉堂, 易立群, 劉艷山. 新型鈦摻雜硅膠吸附材料的制備及性能[J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2005, 33(10): 9-13. DOI: 10.3321/j.issn:1000-565X. 2005.10.003.

[51] 方玉堂, 李大艷, 張紫超, 等. 金屬離子摻雜硅膠吸附劑的性能與結(jié)構(gòu)表征[J]. 硅酸鹽學(xué)報, 2010, 38(2): 299-304, 309. DOI: 10.14062/j.issn.0454-5648.2010.02.016.

[52] ARISTOV Y I, TOKAREV M M, CACCIOLA G, et al. Selective water sorbents for multiple applications. 1. CaCl2confined in mesopores of silica gel: sorption properties[J]. Reaction kinetics and catalysis letters, 1996, 59(2): 325-333. DOI: 10.1007/BF02068130.

[53] ARISTOV Y I, TOKAREV M M, RESTUCCIA G, et al. Selective water sorbents for multiple applications. 2. CaCl2confined in micropores of silica gel: sorption properties[J]. Reaction kinetics and catalysis letters, 1996, 59(2): 335-342. DOI: 10.1007/BF02068131.

[54] 朱培怡, 王海增, 李溪. 氯化鎂改性硅膠的吸水等溫線及脫附性能[J]. 硅酸鹽學(xué)報, 2010, 38(4): 735-740. DOI: 10.14062/j.issn.0454-5648.2010.04.005.

[55] 賀楊堃, 楊繼萍, 付悍巍, 等. 新型硅膠復(fù)合干燥劑的制備與性能研究[J]. 高校化學(xué)工程學(xué)報, 2012, 26(6): 1054-1059. DOI: 10.3969/j.issn.1003-9015.2012.06.025.

[56] WANG M X, HUANG Z H, LV W, et al. Water vapor adsorption on low-temperature exfoliated graphene nanosheets[J]. Journal of physics and chemistry of solids, 2012, 73(12): 1440-1443. DOI: 10.1016/j.jpcs.2011.10.048.

[57] LIU P, WANG Q S, LI X, et al. Investigation of the states of water and OH groups on the surface of silica[J]. Colloidsand surfaces A: physicochemical and engineering aspects, 2009, 334(1/3): 112-115. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2008. 10.028.

[58] PALASH M L, PAL A, RUPAM T H, et al. Surface energy characterization of different particulate silica gels at infinite dilution[J]. Colloids and surfaces A: physicochemical and engineering aspects, 2020, 603: 125209. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2020.125209.

[59] 彭佳杰, 葛天舒, 潘權(quán)穩(wěn), 等. 基于數(shù)據(jù)中心余熱回收的硅膠-水吸附式制冷系統(tǒng)的實驗研究[J]. 制冷學(xué)報, 2019, 40(4): 59-65. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2019. 04.059.

[60] 李幫俊, 王晨曦, 仵斯, 等. 電子器件動態(tài)熱管理軟硬件實施方法[J]. 中國科學(xué): 技術(shù)科學(xué), 2020, 50(10): 1298-1315. DOI: 10.1360/SST-2020-0083.

Review of Low Regeneration Temperature of Adsorption Refrigeration System

LI Qi-wei1,2,4,5, HE Zhao-hong2,3,4,5, LI Jun2,3,4,5, DENG Li-sheng2,3,4,5, LIU Lin2,3,4,5, HUANG Hong-yu2,3,4,5

(1. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;2. Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China;3. South Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Guangzhou), Guangzhou 511458, China;4. CAS Key Laboratory of Renewable Energy, Guangzhou 510640, China;5. Guangdong Provincial Key Laboratory of New and Renewable Energy Research and Development, Guangzhou 510640, China)

Adsorption refrigeration is an environmentally friendly refrigeration method that can provide cooling by using low-grade thermal energy, so it has important energy-saving significance. At present, adsorption refrigeration technology has been applied in low-temperature waste heat such as solar thermal utilization and industrial waste heat utilization, but there are few examples of using heat sources below 60oC. Reducing the temperature of the driving heat source required by the adsorption refrigeration system is an important means to expand the application range of the adsorption refrigeration system. The driving heat source required by the adsorption refrigeration system is closely related to factors such as the system circulation mode and the performance of the adsorbent. In this paper, the research status of reducing the temperature of the driving heat source of the adsorption refrigeration system were described from the aspects of the double/multi-stage adsorption refrigeration cycle, surface acid strength and pore structure that affect the regeneration temperature of the adsorbent. Results showed that, the multi-stage adsorption refrigeration system can reduce the temperature of the driving heat source of the device, while the structure of the device was more complicated. The low regeneration temperature adsorbent can broaden the temperature range of the driving heat source of the adsorption refrigeration device, the desorption temperature of the adsorbent was related to the surface polarity, acidity, pore structure and other parameters. Modifying the adsorbent and using a surface with weak polarity and low acidity will help reduce the desorption temperature. In addition, the adsorption refrigeration system driven by the waste heat of the data center was also introduced. Research on reducing the temperature of the driving heat source of the adsorption refrigeration system provides a technical reference for the efficient use of low-temperature waste heat.

adsorption refrigeration; adsorbents; multi-stage refrigeration cycle; regeneration temperature; data center refrigeration

2095-560X（2021）05-0368-11

TK511+.3

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2021.05.002

李祺煒（1996-），男，碩士研究生，主要從事吸附式制冷技術(shù)研究。

何兆紅（1983-），女，博士，副研究員，主要從事吸附式制冷技術(shù)和建筑節(jié)能技術(shù)研究。

收稿日期：2021-06-15

2021-08-03

廣東省科技計劃項目（2017A050501046）；南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室（廣州）人才團(tuán)隊引進(jìn)重大專項項目（GML2019ZD0108)；廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目（2020B0202010004）

何兆紅，E-mail：hezh@ms.giec.ac.cn