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1、新型太阳能混合吸收式制冷系统的蓄能研究 要 根据太阳能混合吸收式制冷循环的特点 ,提出一种可用于该循环的新型高效蓄能系统。分析该系统的工作原理及特性 ,并与传统的蓄热方式和蓄冷方式蓄能系统进行性能比较分析 ,在相同蓄冷量情况下 ,新型蓄能系统的蓄能体积是传统系统蓄能体积的 1/ 10 以下 ,从而为促进蓄能装置小型化、推动小型太阳能空调的商品化提供理论依据。关键词 太阳能 吸收式 蓄能 制冷of in A on of of of of 0 on be 太阳能的利用与无氟制冷技术是世界各国特别是发达国家研究的重心课题 ,太阳能空调作为一种无污染的节能产品也就成为世界范围能研究的核心。笔者 1 提
2、出一种新型的太阳能混合吸收式制冷循环 ,由于其具有驱动热源温度低、制冷效率高、可利用温差大等特点 ,所以该循环特别适合于太阳能空调系统。但是太阳能吸收式空调受到时间的限制很大 ,只能间歇得到空调负荷 ,难以满足人们对空调全天候的需求 223 。传统的太阳能吸收式空调的蓄能装置分为 : 蓄热型 ,即以热量的形式储存高温水 ,利用热源驱动吸收式制冷机制冷 ; 蓄冷型 ,即在辐射强的情况下 ,启动制冷机获得富裕冷量 ,以冷媒水的形式储存 ,在夜间释放冷媒水储存的冷量。但是这两种蓄能装置由于都是利用水的显热 ,故设备庞大 ,且储存的热水或冷媒水与环境的温差大 ,漏热较大 ,效率低 ,难以实现空调的小型
3、化和商品化 3 。笔者结合文献 1 混合吸收式制冷循环的特点 ,研究了一种适合该系统的蓄能装置 ,能够克服以上蓄能空调的缺点 ,使该循环能够实现连续供冷 ,从而为太阳能空调的小型化与商业化提供理论基础。1 系统工作原理图 1 所示为高效太阳能混合吸收式制冷循环蓄能系统图 。系统是在文献 1 高效太阳能混合吸收式制冷循环的基础上 ,增设了冷剂水储存器 (1) 、溶液储存器 (2) 、流量控制器 (3 ,4) 、调节阀 (510) 。图中 ,12 ,13 ,14 为加热热源进出口 ,15 ,16 ,17 为冷却水进出口 ,18 为冷媒水进出口 ,图中的其 36239X 湖南省教育厅科研基金资助项目
4、 (042005203216通讯作者 :万忠民 ,163. 高效太阳能混合吸收式制冷循环蓄能系统他符号可参见文献 1 。在太阳辐射强 (有过多的热源能量 )时 ,调节阀5 ,6 ,8 ,9 ,10 打开 ,而 7 关闭 ,启动吸收式制冷机进行制冷 ,制冷机的制冷循环过程如文献 1 所述。通过需要冷负荷的多少来调节流量控制器 3 ,4 ,使在吸收器中吸收循环的浓溶液与冷剂水的流量达到负荷所需的冷量 ,多余的浓溶液通过调节阀 6 导入 2 中 ,多余的已经冷却成水的冷剂储存在 1 中 ,从而实现太阳辐射较强时的制冷与储能过程。在夜晚或热源不足的情况下 ,6 ,9 ,10 关闭 ,5 ,7 ,8 打
5、开 ,储存在 2 中的浓溶液通过 7 进入低压吸收器吸收 1 中的冷剂水在蒸发器中蒸发出的水蒸气 ,从而实现无热源发生时制冷过程 ,吸收后的较稀溶液通过 8 进入 2 中 ,反复循环 ,实现连续制冷 ,从而达到利用其潜热实现蓄能的目的。2 性能研究传统太阳能吸收式制冷空调中的蓄能技术在前面已经阐述 ,分别为蓄热型 (以下简称方式一 )和蓄冷型 (以下简称方式二 ) 。本研究提出的新型太阳能吸收式制冷循环中的蓄能技术在传统技术上有较大的改进 ,下面对新技术与传统蓄能方式的性能进行比较。设传统的蓄能装置 (包括蓄热与蓄冷方式 ) 的温度利用范围为 T , 在获得相同的冷量时有 :Q Q = 1 1
6、)Q Q E = 2 (2)Q E = ( h - h ) M w (3)新型循环中低压发生器 (L G) 发生后的溶液浓度x 1 在 61 % 63 %之间 ,在释冷完毕后稀溶液浓度为 x 2 ,此时有 :V = 2 M x 2 M w( x 2) l(4) 1 = M 1) 1 = M 2)式中 , Q E 为能够获得的总冷量 ; M w 为新型混合吸收式制冷蓄能循环 (以下简称新型循环 ) 的冷剂水质量 ; V 为新型循环中蓄能装置的总体积 ; w 新型循环中的冷剂水的密度 ; l 新型循环中 溶液的平均密度 ; h 为水蒸汽的焓 ; h 为冷剂水的焓 ; Q Q 式二的蓄能量 ; 热水
7、的平均比热容 ; 冷水的平均比热容 ; M 1 为热水的总质量 ; M 2 为蓄冷水的总质量 ; 方式一可利用温差 ; 方式二可利用温差 ; 为新型混合吸收式制冷机的制冷系数 ;定义 为新型蓄能装置的效率。根据以上公式可得到相同的冷量所需的传统蓄能装置总体积与新型蓄能系统总体积之比。图 2 所示为 x 1 = 63 % ,不同的 x 2 变化时 ,新型蓄能循环蓄冷量与蓄能体积的关系。图中 1 ,2 ,3 分别表示 x 2 分别为 54 % ,55 % ,56 %时蓄冷量与蓄能系统体积的关系曲线。从图中可知 ,蓄能系统体积与蓄冷量成线性关系 ,并且随着 x 2 的减小其蓄冷量是增大的。当 V =
8、 1 , 其对应的蓄冷量在 x 2 = 54 %时为 4. 2 105 可见其单位体积蓄冷量是很大的。图 3 所示为 在 0. 30 0. 55时 ,在获得相同的冷量 (4. 2 105 , 20 ,图 2 新型循环冷量与蓄能系统体积的关系 6 时 ,所需的蓄能装置的总体积与 的关系。图中 ,1 ,2 ,3 分别表示方式一、方式二和新型蓄能装置体积与系统 的变化关系。由图可得 ,在得到相同蓄冷量时 ,新型制冷循环 为0. 30时 , 1 = 17 ,即方式一蓄能装置总体积是新型蓄能装置的 17 倍 , 2 = 17 ,即方式二蓄能装置总体积是新型循环的 17 倍 ;在 0. 55 时 , 1
9、= 9. 2方式一蓄能装的总体积是新型循环蓄能装置的 9. 2倍 , 2 = 17 ,即方式二的总体积是新型循环的 17 倍。图 3 V 与 体积的减小是十分明显的。图 4 所示在蓄能装置单位体积下 ,蓄冷量与可利用温差 T 的关系。图中 1 ,2 ,3分别表示新型蓄冷装置、方式二、方式一的蓄冷量随可利用温差变化关系。混合吸收式循环的热源可利用温差 T = 20 30 ,在 T = 20 时 ,相同体积新型装置的蓄冷量是方式二的 15 倍 ,即使在最大的利用温差 T = 30 时 , 其蓄冷量也为方式二图 4 Q E 与 T 的关系的 10 倍。对于方式一 ,其蓄冷水的可利用温差在3 10 ,
10、在可利用温差在 5 时 ,新型蓄能装置的蓄冷量是方式二的 20 倍 ,即使在 10 时 ,新型装置的蓄冷量是方式二的 10 倍。根据 q0 式中 蓄冷量 ,s 为可供的房间面积 , t 为能够供冷的时间 , 房间夜间所需单位冷负荷 (由于夜间冷负荷较小 ,可取 130 J/ 5。图 5 是在对房间夜间进行供冷 8 h ,新型蓄能装置总体积与所供房间的面积的关系。从图可以看出 ,在蓄能装置总体积为 1 ,可以对 113 房间供冷达到 8 h ,而且由于夜间房间所需的冷负荷随时逐渐减小 ,所以其供冷时间应大于 8 h ,从而可以实现小型太阳能吸收式空调的全天候工作 ,占地面积较小 ,完全适合普通家
11、庭使用 ,弥补目前蓄能装置体积太大的缺点。图 5 V 与 s 关系3 结 论根据文献 1 提出的新型太阳能混合吸收式制冷循环的特点 ,对该系统进行了蓄能技术的研究。新型太阳能混合吸收式制冷循环蓄能装置可以利用储存的溶液浓度势差 ,实现全天候供冷 ;并对新型蓄冷循环进行了性能分析 ,与传统的蓄热型与蓄冷型蓄能系统运行了比较。研究表明 ,新型混合吸收式循环单位蓄能体积的蓄冷量为 4. 2 105 在相同的蓄冷量情况下 ,方式一蓄能体积是新型循环蓄能体积的 9. 2 17 倍 ,方式二是新型循环蓄能体积的17 倍 ,其体积在传统的蓄能系统的基础上有较大的减小 ,能够实现太阳能空调的小型化与商业化 ;1 13 间夜间冷量长达 8 小时。 参 考 文 献1 万忠民 ,舒水明 . 一种新型混合吸收式制冷循环的性能分析 . 太阳能学报 ,2003 , (2) :1892192.2 T , , . of 2000 ,23 : 3882401. 3 F , . in 2000 ,(4) :26722.4 鲍鹤灵 , 张小松 . 太阳能空调系统特征方程的研究 . 太阳能学报 ,2000 , (2) :1512154.5 井上宇市 . 空气调节手册 ,北京 :中国建筑工业出版社 ,1986.
