综述：吸附混合冷却系统：材料创新、系统集成与未来展望

本文系统评述了吸附冷却系统（ACS）作为传统蒸汽压缩制冷（VCS）的可持续替代方案，重点探讨了通过混合配置（如ACS-VCS）、新型吸附材料（MOFs/COFs）及太阳能驱动优化实现性能提升（COP 0.4–0.6）的技术路径，为低碳冷却技术发展提供前瞻视角。

　　

吸附冷却系统（ACS）

ACS的雏形可追溯至法拉第1848年对氯化银吸附NH₃现象的发现。现代ACS通过多孔固体吸附剂（如沸石、活性炭）与环保制冷剂（水/乙醇/CO₂）的吸附-脱附循环实现制冷，其核心优势在于可利用50–95°C低品位热源（如太阳能或工业废热），且完全规避传统VCS的制冷剂泄漏风险（GWP<5）。但间歇性运行特性导致其COP（0.4–0.6）显著低于吸收式系统（0.6–1.2），这驱动了材料与系统层面的创新。

材料创新：从传统到前沿

传统吸附剂如硅胶（silicagel）正被金属有机框架（MOF）和共价有机框架（COF）取代。MOFs凭借超高比表面积（>2000 m²/g）可实现水蒸气吸附量达0.8 g/g，但热稳定性不足；而COFs在太阳能驱动条件下展现更优经济性，虽吸附容量略低（0.6 g/g），但其水解稳定性使其更适合大规模应用。农业废弃物衍生的绿色吸附复合材料（如纤维素-MOF）因成本低廉和可再生特性成为新兴研究方向。

混合系统：突破性能瓶颈

为克服ACS间歇性缺陷，ACS-VCS混合系统通过压缩机组补充低谷期制冷需求，使整体COP提升40%以上。印度某太阳能-ACS混合冷库案例显示，该系统在85°C热源温度下实现-2°C低温存储，COP达0.3。更复杂的ACS-TEC（热电冷却）三联供系统可同时实现制冷、发电和淡水生产（1 m³/天/kW），但控制算法复杂度呈指数级增长。

挑战与产业化瓶颈

当前商业化的ACS全球装机量不足1万台，主要障碍在于：

1. 1.

   热传递效率：吸附床UA值需突破100 kW/m²K才能满足汽车空调2800 W/kgL的功率密度需求；

2. 2.

   经济性：MOF材料成本高达50/g，而传统硅胶仅5/kg；

3. 3.

   系统集成：ACS-DEC（干燥剂）混合系统需精确匹配热/质交换时序，误差超过3秒即导致效率下降20%。

未来展望：AI驱动的智能冷却

2040年后，量子计算设计的吸附材料与强化学习（RL）控制算法将实现ACS自主优化：光伏-热电-ACS三联供系统可24小时连续运行，纳米流体技术替代机械泵；到2050年，自再生生物吸附剂与月球基地冷却系统或将成为现实。当前印度JNNSM计划推动的太阳能冷库已减少30%果蔬损耗，印证了ACS在应对全球能源-粮食-气候三重挑战中的战略价值。