1　緒論

1.1　研究背景及意義

節能、環保以及可持續發展是21世紀的三大主題。人口及人均能耗日漸攀升，這是未來能源需求不斷增加的主要驅動力。煤、石油等不可再生的化石能源儲量相當有限，但消耗量卻與日俱增。據國際上通行的能源預測數據，石油將在50年左右趨于枯竭，天然氣也將在80年左右被用光，煤炭的儲備也只夠用300年左右。化石能源消耗還會導致溫室氣體的排放，對環境和臭氧層產生不利影響。此外，國際經濟危機和政治沖突在一定程度上也由石油和天然氣的短缺引起，因此尋求新型可再生清潔能源迫在眉睫。

太陽能是公認的未來人類最合適、最安全、最綠色、最理想的替代能源之一，具有取用方便、能量巨大、無污染、安全性好等諸多優點。有關資料統計表明，我國是太陽能資源十分豐富的國家，2/3地區年輻射總量大于6000MJ/m2，年日照時間多于2200h，因此用太陽能來取代傳統能源具有十分重要的意義。

一方面，在所有的可再生能源（太陽能、風能、地熱能、潮汐能、生物質等）中，太陽能儲量最大，在人類所能預見的未來必定不可枯竭。太陽能輻射率為3.8 ×　1023 kW/s，其中有1.8 ×　1014kW/s被地球攔截，到達地球表面的太陽能占被攔截太陽能的60%，如果將這部分太陽能的0.1%以10%的效率轉化利用，發電量能達到目前世界總發電量（3000 G W）的4倍。此外，到達地球表面的太陽能（近3400000 EJ）是世界全年一次能源總消耗量　（450EJ）的7500倍以上，也比所有不可再生能源總量高一個數量級。

更重要的是，過去十年，太陽能制熱技術市場發展迅猛，特別是在歐洲和中國。據國際能源署（IEA）估計，2010年年底，全球范圍內的太陽能集熱器達195.8GWth，相當于集熱面積2.797 ×　108m2，而截至2011年年底，全球太陽能集熱器發熱量增長25%，達245GWth［38］。其中，這部分熱量的88.3%來自平板型太陽能集熱器和真空管太陽能集熱器，11%來自無玻璃封裝的水集熱器，0.7%來自無玻璃封裝的空氣集熱器。而大部分有封裝玻璃和無封裝玻璃的水和空氣集熱器主要來自中國（117.6GWth ）、歐洲（36.0GWth）、美國和加拿大（16.0GWth），占世界總量的86.6%，2010年年底10個主要國家太陽能水集熱器的總裝機容量見圖1-1。

近日，國際能源署（IEA）提出了一個太陽能制冷與制熱路線圖［39］，該線路圖指出，到2050年太陽能將能滿足世界總制冷與制熱需求的1/6（16.5EJ） （見圖1-2）。雖然目前太陽能制冷與制熱只占世界能源需求的很小一部分，該路線圖認為，如果各政府和工業部門采取協調一致的行動，每年太陽能將能滿足16%以上的總制熱終端能耗和近17%的總制冷終端能耗。

而且，隨著社會的發展和生活水平的提高，人們對舒適度提出了越來越高的要求。巴黎國際制冷協會曾預計，各種制冷與空調系統消耗了世界范圍內全部發電量的近15%［1-2］，且空調系統能耗占住宅樓和商業大廈總能耗的45%。這些空調和制冷的動力來源是傳統的蒸汽壓縮制冷系統。

圖1-1　2010年年底10個主要國家太陽能水集熱器的總裝機容量

圖1-2　太陽能制冷制熱路線圖

但是，一方面，由于傳統蒸汽壓縮制冷系統使用的氯氟烴（CFCs） 、含氫氯氟烴（HCFCs）和氫氟烴（H FCs）等制冷劑會造成臭氧空洞并加重溫室效應，因此蒙特利爾協議（1988年）和京都議定書（1998年）明文規定禁止使用這些制冷劑。另一方面，傳統蒸汽壓縮制冷系統由電能驅動，而目前絕大部分發電系統都燃燒煤等常規燃料，會排放大量的二氧化碳和粉塵等有害氣體，帶來環境污染。因此，尋求節能環保新型制冷方式迫在眉睫。