1　绪论

1.1　研究背景及意义

节能、环保以及可持续发展是21世纪的三大主题。人口及人均能耗日渐攀升，这是未来能源需求不断增加的主要驱动力。煤、石油等不可再生的化石能源储量相当有限，但消耗量却与日俱增。据国际上通行的能源预测数据，石油将在50年左右趋于枯竭，天然气也将在80年左右被用光，煤炭的储备也只够用300年左右。化石能源消耗还会导致温室气体的排放，对环境和臭氧层产生不利影响。此外，国际经济危机和政治冲突在一定程度上也由石油和天然气的短缺引起，因此寻求新型可再生清洁能源迫在眉睫。

太阳能是公认的未来人类最合适、最安全、最绿色、最理想的替代能源之一，具有取用方便、能量巨大、无污染、安全性好等诸多优点。有关资料统计表明，我国是太阳能资源十分丰富的国家，2/3地区年辐射总量大于6000MJ/m2，年日照时间多于2200h，因此用太阳能来取代传统能源具有十分重要的意义。

一方面，在所有的可再生能源（太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质等）中，太阳能储量最大，在人类所能预见的未来必定不可枯竭。太阳能辐射率为3.8 ×　1023 kW/s，其中有1.8 ×　1014kW/s被地球拦截，到达地球表面的太阳能占被拦截太阳能的60%，如果将这部分太阳能的0.1%以10%的效率转化利用，发电量能达到目前世界总发电量（3000 G W）的4倍。此外，到达地球表面的太阳能（近3400000 EJ）是世界全年一次能源总消耗量　（450EJ）的7500倍以上，也比所有不可再生能源总量高一个数量级。

更重要的是，过去十年，太阳能制热技术市场发展迅猛，特别是在欧洲和中国。据国际能源署（IEA）估计，2010年年底，全球范围内的太阳能集热器达195.8GWth，相当于集热面积2.797 ×　108m2，而截至2011年年底，全球太阳能集热器发热量增长25%，达245GWth［38］。其中，这部分热量的88.3%来自平板型太阳能集热器和真空管太阳能集热器，11%来自无玻璃封装的水集热器，0.7%来自无玻璃封装的空气集热器。而大部分有封装玻璃和无封装玻璃的水和空气集热器主要来自中国（117.6GWth ）、欧洲（36.0GWth）、美国和加拿大（16.0GWth），占世界总量的86.6%，2010年年底10个主要国家太阳能水集热器的总装机容量见图1-1。

近日，国际能源署（IEA）提出了一个太阳能制冷与制热路线图［39］，该线路图指出，到2050年太阳能将能满足世界总制冷与制热需求的1/6（16.5EJ） （见图1-2）。虽然目前太阳能制冷与制热只占世界能源需求的很小一部分，该路线图认为，如果各政府和工业部门采取协调一致的行动，每年太阳能将能满足16%以上的总制热终端能耗和近17%的总制冷终端能耗。

而且，随着社会的发展和生活水平的提高，人们对舒适度提出了越来越高的要求。巴黎国际制冷协会曾预计，各种制冷与空调系统消耗了世界范围内全部发电量的近15%［1-2］，且空调系统能耗占住宅楼和商业大厦总能耗的45%。这些空调和制冷的动力来源是传统的蒸汽压缩制冷系统。

图1-1　2010年年底10个主要国家太阳能水集热器的总装机容量

图1-2　太阳能制冷制热路线图

但是，一方面，由于传统蒸汽压缩制冷系统使用的氯氟烃（CFCs） 、含氢氯氟烃（HCFCs）和氢氟烃（H FCs）等制冷剂会造成臭氧空洞并加重温室效应，因此蒙特利尔协议（1988年）和京都议定书（1998年）明文规定禁止使用这些制冷剂。另一方面，传统蒸汽压缩制冷系统由电能驱动，而目前绝大部分发电系统都燃烧煤等常规燃料，会排放大量的二氧化碳和粉尘等有害气体，带来环境污染。因此，寻求节能环保新型制冷方式迫在眉睫。