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1、第6卷第6期 2 0 0 6年1 2月 制冷与空调 134 太阳能吸收式空调性能优化分析 万忠民 杜健嵘 舒水明 胡兴华 王标华 (湖南理工学院) (华中科技大学) 摘 要 分析影响太阳能两级吸收式空调系统的整体性能的主要因素：集热器进出口热水的温度、各设备 中溴化锂溶液的浓度与压力。根据两级吸收式循环的特点，可以运用溶液混合观点构造新型高效的太阳 能吸收式制冷空调。运用仿真程序得出了太阳能两级吸收式空调在集热器出口温度在775左右时可 以得到最大的整体效率，为太阳能空调系统的优化奠定了理论基础。 关键词 太阳能空调 两级吸收式优化 of - )u )(he of of n of of O b
2、y of he of of of of 75用太阳能制冷的吸收式空调有着巨大的优 势：首先太阳能的提供与空调冷负荷的需求恰好一 致，在白天温度较高时，房间所需的冷负荷较大，太 阳辐射提供的热能也大，制冷机提供的冷量也较 大，即热能的提供与冷量的需求是一致的；另外，房 间所需的冷负荷是阶段性的，特别是对于商业办公 楼等晚上不需要制冷，这样太阳能的利用更充分、 更合理。笔者针对太阳能空调的特点，对影响太阳 能空调性能的因素进行分析研究，提出提高空调系 统整体效率的一些措施和方法。 1太阳能空调系统的组成 图1所示为太阳能吸收式制冷空调系统的示 意图，其主要组成部分有集热系统与吸收式制冷系 统。反映
3、吸收式制冷机性能的主要性能指标是制 湖南省教育厅科研基金资助项目(04 收稿日期：200511讯作者：万忠民，机的制冷系数(反映集热器性能的是集 热效率e，故用系统的整体效率来评价太阳能空调 系统的性能高低。 图1太阳能吸收式制冷空凋示意图 1集热器；2蓄热器；3阀门；4溴化锂吸收 式制冷机；5冷却水回路；6冷媒水回路 6 对于太阳能集热系统中重要组成部件即集热 近几年已经开发出比较成熟的产品，在太阳能 6卷 空调的运用上，以平板集热器和真空管集热器运用 最广。对于结构一定的集热器，瞬时集热效率 与瞬时集热温度e=AB 式中，t。为环境温度，为太阳辐射强度，A，热器性能常数，对不同的集热器，其
4、对应的常数 不同，表1所示为不同集热器所对应的A，表1 A，虑集热器热水进出口温差，其对应的集 热器在某时刻的平均效率l(A B )d 一 对吸收式制冷系统，针对太阳能空调的特点， 目前应用的循环有单效以及两级吸收式制冷循 环_3 J。吸收式制冷机的热力系数(制冷系数)： (2) 式中，Q 为发生器的发生总热量，Q 为制冷机的 制冷量。由式(1)和(2)得出太阳能吸收式制冷系 统的整体效率田为： 见，对太阳能空调系统，整体效率与集热热 源的温度以及制冷机的制冷系数有关，增大制冷机 的制冷系数与集热器效率有利于提高空调系统的 整体效率。对于太阳能空调，集热器的费用在整个 系统中占了相当大一部分，
5、从系统的初投资费用考 虑，应以平板集热器为优。 2影响太阳能空调整体性能的因素及优化措施 要提高太阳能空调的性能，需对吸收式制冷机 与集热器进行分析。由于太阳能空调在现有集热 器技术以及集热器价格的双重影响下，其制冷循环 运用两级吸收式系统比较有利。笔者以两级吸收 式太阳能空调为例对影响其整体性能的因素进行 研究。由于溴化锂溶液在密闭容器中的压力与溶 液的温度、浓度三者相互制约，对同一浓度的溴化 锂溶液，压力越高，其对应的温度就越高。对于吸 收式制冷机如何协调溶液的浓度、压力与温度是提 高其性能的关键，同样对太阳能集热器降低集热温 度是提高性能的关键。 图2表示传热温差为5时，冷凝极限温度 (
6、冷凝压力的变化关系。其中，冷凝极限温 度为冷凝吸收器中溴化锂溶液所能承受的最高冷 凝温度。高于此温度，制冷机则不能正常工作。从 图中可以看出，随着压力的增加， 着溶液浓度的提高，T 是增加的。对溴化锂制冷 机通常都是采用水冷方式来冷却溶液的。若提高 一定的冷凝条件下，即冷却水塔处理能力一 定，冷却水进口温度一定时，可以增加冷却水进出 口传热温差，减少冷却水量与循环泵功。同时由于 T 较高，在冷却水温度一定时，就相对提高吸收器 中溴化锂溶液的吸收能力，可以降低吸收器中的出 口溶液浓度，提高系统的放气范围，减少循环溶液 的流量，制冷效率也就增加。可见通过增加冷凝压 力提高 系统的性能。但是冷凝压力
7、在低压吸收器中受到 制冷条件的影响，只能在制冷条件允许的范围内； 在高压吸收器中，由于高压吸收器与低压发生器相 连，冷凝压力与低压发生器的发生压力基本相等， 提高了高压吸收器的冷凝压力也就提高了低压发 生器的发生压力，也就提高了所需发生热源的温 度，从式(1)可以看出这将降低太阳能集热器的集 热效率，增加集热面积，对太阳能吸收式制冷空调 是不利的。 图3所示为发生器的传热温差为5时，发生 极限温度(T )与压力的变化关系。发生极限温度 为发生器中所需的最低发生温度，低于此温度，则 发生不能进行，制冷机将不能正常工作。从图中可 见，随着压力的增加，发生极限温度是提高的，随着 浓度的提高，发生极限
8、温度也是提高的，发生极限 温度越高，则集热器的集热效率降低，将不利于太 阳能吸收式空调。在传统的两级系统中，发生器的 出口溶液即吸收器的进口溶液，低压发生器的发生 压力即高压吸收器的压力，对于发生器，降低发生 溶液的浓度与发生压力有利于系统整体性能的提 高，而对于吸收器则不利于系统整体性能的提高。 如何协调溶液的浓度与压力之间的关系是提高系 统整体性能的关键，可以通过建立计算机仿真程 忠民等：太阳能吸收式空调性能优化分析 序，得出最优的溶液浓度与压力值，从而提高系统 的整体性能。另一方面，在两级吸收式循环的基础 上，构建适合太阳能空调的新型制冷循环方式。针 对两级吸收式循环的特点，低压级的溶液
9、浓度较高 压级的高，可以通过低压级与高压级的溶液进行混 合，发生到一定的浓度，再将溶液分流，一部分进入 高压吸收器吸收，另一部分继续进入低压发生器发 6O 55 50 0 45 40 35 30 25 集热器出口温度 图4集热器出口温度与e，热器的出口温度与太阳能空调整体效率叩的变 化关系。r随着集热器出口温度的增加先提高，然 后到达一峰值，再降低。可见，集热器出口温度在 775左右时，太阳能两级空调系统的整体效率 最高。 3 结 论 太阳能吸收式空调系统主要由集热器与吸收 式制冷机组成，太阳能空调的整体效率与集热器的 进出口温度以及溴化锂溶液在各设备中的浓度、压 生，在相同的热源温度与冷凝条
10、件下，增加了高压 吸收器的溶液浓度，可以降低高压吸收器的压力， 即降低了低压发生器的压力，从而降低发生器中所 需要的热源温度，提高了集热器的效率，达到提高 热源可利用温差的目的，减小热水的循环泵功；同 时可以提高制冷循环的溶液放气范围，提高制冷系 统的制冷系数。 9850 70 55 4505 P， a 图3 发生极限温度T 与压力的关系 关系。从图中可以看出，随着集热器出口温度的增 加，制冷机的制冷系数是增加的，但是集热器的集 热效率是降低的，太阳能空调系统的整体性能是受 二者相互作用的影响，确定最佳的集热器出口温度 有利于提高太阳能空调的整体性能。图5所示为 集热器出口温厦 图5集热器出口
11、温度与 的关系 力等有较大的关系，而这些因素之间又是互相联系 与制约的，可以通过建立太阳能两级吸收式空调系 统的仿真程序得出各设备最优的溶液浓度与压力， 从而提高系统的整体效率，同时根据两级系统的特 点，运用溶液混合观点构建适合太阳能空调特点的 新型吸收式制冷循环。笔者得出太阳能两级吸收 式空调系统整体效率达到峰值的集热器出口温度 为775左右，为太阳能空调的设计优化奠定了 一定的理论基础。 4 制冷与空调 第6卷 参考文献 【1李戬洪，江晴一种高效平板太阳能集热器试验研 究太阳能学报，2001，(2)：131135 2 A )2003，23：19811992 3李戬洪100 阳能学 报，19
12、99，(3)：219 243 坐 欢迎订阅2007年暖通空调(月刊) 暖通空调创刊于1971年，是国家期刊奖获奖期刊，中国建筑科学类核心期刊，由建设部主管，亚太 建设科技信息研究院、中国建筑设计研究院、中国建筑学会暖通空调专业委员会联合主办，中国勘查设计 协会建筑环境与设备专业委员会(原全国暖通空调技术信息网)协办。 暖通空调始终以“新颖、实用、准确、精练”为办刊方针，以提高全行业素质、推动全行业技术交流与 发展为宗旨，及时报道国家有关建筑节能和环境保护的重大技术政策，建筑环境与设备工程中供暖、通风、 空调、制冷及洁净技术方面的研究成果、学术论文、先进技术、工程总结、设计经验、设备开发与运行管理以 及行业学术活动与设备市场信息。 暖通空调是世界最著名的建筑专业数据库国际建筑文献数据库国科 技论文与引文数据库统计分析数据源刊，中国科学引文数据库来源期刊，中国学术期刊综合评价数据库统 计源期刊，中国核心期刊(遴选)数据库收录期刊，中国期刊全文
