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一、基本概述

低位热能制冷工艺（low-grade thermal energy refrigeration technology）是一种以低品位热能（如工业余热、太阳能、地热等）驱动的绿色制冷技术。该工艺通过吸收式制冷、吸附式制冷和喷射式制冷三种模式驱动低品位热能制冷，减少对电能的依赖，扩展了用于制冷的能源类型，提高能源的利用效率，并且采用天然制冷剂，从源头杜绝了环境破坏。

二、分类信息

三、详细解释

低位热能制冷工艺主要为吸收式制冷、吸附式制冷和喷射式制冷三种模式：

吸收式制冷：利用“制冷剂-吸收剂”工质对（制冷剂与吸收剂的使用组合，如溴化锂-水、氨-水工质对）中吸收剂对制冷剂具有极强的溶解（吸收）能力，且这种溶解能力会随温度升高显著下降的特性，通过热能驱动完成循环。低品位热能加热解吸器中的稀溶液，使制冷剂蒸发为高压蒸汽；蒸汽在冷凝器中冷凝为液态，经节流降压后进入蒸发器，蒸发吸热产生冷量；蒸发器中产生的低压制冷剂蒸汽导入吸收器被吸收剂吸收，形成稀溶液并泵送回解吸器中，完成循环。

图1 吸收式制冷示意图。图源：参考来源[6]

吸附式制冷：吸附式制冷是一种利用吸附剂对制冷剂的吸附与解吸特性，通过吸附、解吸两个核心阶段实现制冷循环的技术。该技术需采用特定的“吸附剂-制冷剂工质对”（如硅胶-水、活性炭-甲醇工质对），借助至少50℃的低品位热（如太阳能、工业废热等）驱动吸附剂的再生，从而完成连续制冷过程。在吸附阶段，吸附剂冷却并发生吸附反应，使得蒸发器中的制冷剂蒸发进而产生制冷效果，此阶段吸附热和显热被冷却介质（通常为水或空气）带走；在解吸阶段，吸附剂被加热并解吸，导致制冷剂在冷凝器中冷凝并向环境释放热量，随后利用低品位热能对吸附床进行再生，从而实现绿色可循环。

图2 吸附式制冷示意图。图源：参考来源[4]

喷射式制冷：以热能产生的高压蒸汽为动力，通过喷射器实现制冷剂压缩。低品位热能加热发生器产生高压制冷剂蒸汽，蒸汽高速进入喷射器形成真空，吸入蒸发器中的低压蒸汽并混合压缩；混合蒸汽冷凝为液体后，部分节流至蒸发器吸热制冷，其余回流至发生器循环（常用水、氨作为制冷剂）。

图3 喷射式制冷示意图。图源：参考来源[5]

低位热能制冷工艺采用水、甲醇、氨等零臭氧消耗潜能值和零全球变暖潜能值的天然制冷剂，搭配硅胶、活性炭、金属氯化物等吸附剂，避免因使用氯氟烃、氢氯氟烃等传统制冷剂对臭氧层的破坏和温室效应，实现制冷剂环境零负担和零破坏。

低位热能制冷工艺以其“天然制冷剂+低品位热能”的技术特性，从源头杜绝环境污染，通过能源梯级利用与效率提升实现深度节能减排，是绿色发展理念在制冷领域的典型实践。

四、应用领域/前景

低位热能制冷工艺具有制冷剂无污染、废弃热源利用、能源梯级利用等特性，在绿色发展和节能减排领域展现出显著优势。

在钢铁、化工等领域，低位热能制冷工艺可回收冷却循环水（50-80℃）中的热能进行制冷，实现废弃热源再利用，提高能源利用效率。

在废热回收制冷领域，低位热能制冷工艺可利用船舶运行过程中产生的废热驱动低位热能制冷，在货轮或捕捞船的主机、副机运行时会产生大量高温冷却水（60-90℃）和废气余热（经初步利用后仍有120-200℃），可通过吸收式或吸附式制冷技术转化为冷量，用于冷藏舱保鲜、舱室空调等，实现了船舶废热的高效回收与绿色制冷。

在冷热电联产领域，低位热能制冷工艺可通过将低位热能制冷冷水机组集成至分布式能源系统，利用燃料电池废热、燃气轮机排气等低品位热源驱动制冷，实现热能的梯级利用，可将能源综合利用效率提升至70%以上。

在太阳能制冷领域，低位热能制冷工艺可借助硅胶-水、沸石－水等吸附工作对，搭配平板集热器或真空管集热器收集太阳能热（70-90℃），构建“光-热-冷”一体化系统，年均能耗较传统电空调降低60%以上，同时可与太阳能供暖系统联动，实现全年能源综合利用。而且低位热能制冷工艺全生命周期能耗低吸附式制冷无需机械压缩机，仅需少量泵功（如循环水泵），运行功率较机械压缩制冷降低50%～70%。

低位热能制冷工艺发展前景广阔：通过研发高效吸附材料、优化热质传递与循环、跨技术集成，可开发高制冷效率，长稳定工作时间和多应用场景的商业化产品；通过改进制冷机制，发展出相较于纯吸附式制冷在低温热源（<100℃）场景中更有优势的蒸汽喷射器制冷和在高温热源下综合性能更优的间接制冷模式，促进实现国家节能减排、环境保护与能源充分利用的绿色发展目标。

五、绿色应用难点

在实际应用层面，低位热能制冷工艺尚存在以下需改进的问题：

第一，低位热能制冷工艺的基础循环性能系数（coefficient of performance，COP）较低（0.4-1.5），相比机械压缩制冷（性能系数为3-5）仍有不小差距。

第二，低位热能制冷工艺使用的化学吸附剂（如氯化钙、金属氢化物）存在膨胀、团聚等问题，长时间稳定性不足，需通过复合改性抑制，这会增加材料成本与复杂性。

第三，太阳能、工业余热等低位热源的温度和稳定性易受环境或工况影响（如昼夜变化、生产负荷波动），导致制冷量输出不稳定。

第四，低位热能制冷系统通常包含发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器等核心部件，且为匹配低品位热源的能量密度，设备尺寸往往远大于压缩式制冷机组。

本词条贡献者：

董文钧 北京科技大学材料科学与工程学院教授

本词条审核专家：

王晓东 中国科学院理化技术研究所研究员，低温科学与技术全面重点实验室副主任，国家杰出青年科学基金获得者，入选国家万人计划科技创新领军人才

参考来源：

[1] WANG R, WANG L. Adsorption refrigeration-green cooling driven by low grade thermal energy [J]. Chinese Science Bulletin, 2005, 50(3): 193-204.

[2] XU J, HUANG M, LIU Z, et al. Performance evaluation of a high-efficient hybrid adsorption refrigeration system for ultralow-grade heat utilization [J]. Energy, 2024, 288: 129870.

[3] LI T X, WANG R Z, LI H. Progress in the development of solid–gas sorption refrigeration thermodynamic cycle driven by low-grade thermal energy [J]. Progress in Energy and Combustion Science, 2014, 40: 1-58.

[4] 刘新宇. 低品位热能水电冷联产系统集成与性能研究 [D], 2021.

[5] 董景明, 宋立国, 等. 喷射式制冷在船舶空调中的应用研究 [J]. 船舶工程, 2011, 33(01): 29-32.

[6] 姜海洋. 太阳能提升低品位热能温度的研究 [D], 2021.

[7] 王新军, 蔡艳平, 李利, 等. 余热回收型吸收式制冷循环系统的能效优化研究 [J]. 西安科技大学学报, 2024, 44(04): 786-95.