太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)在別墅中的應(yīng)用

1、太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)在別墅中的應(yīng)用第27卷,總第157期2009年9月,第5期節(jié)能技術(shù)ENERGYC0NSERVA1rIONTECHN0L0GY太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)在別墅中的應(yīng)用曾海平(武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院,湖北武漢430065)摘要:根據(jù)別墅建筑的特點,建立一套太陽能與小型溴化鋰吸收式制冷機相結(jié)合的制冷/熱了整個系統(tǒng)的形式及其工作原理以及如何選擇太陽能集熱器和吸收式制冷機,并指出了系統(tǒng)的初投資較高,系統(tǒng)效率較低等不足;建議了提高制冷機制冷系數(shù)的措施以提高系統(tǒng)的總效率.關(guān)鍵詞:太陽能集熱器;吸收式制冷機;別墅中圖分類號:TK511:TV831.3文獻標識碼:A文章編號:10026339(2

2、009)05044803ApplicationofSolarAbsorptionAirconditioningSysteminVillasZENGHaiping(SchoolofCityConstruction,WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430065,China)Abstract:Accordingtothecharacteristicsofvillas,arefrigerating/heatingpumpsystemcombinedsolarandsmalllithiumbromideabsorptionchillerwascons

3、tituted,whicheansupplyairconditioning,heatingandhotwaterforvillas.Thispaperintroducesvarioussystems,theirworkingprinciplesandreasonablechoicesofsolarcollectorsandabsorptionchiller,andalsopointoutthatthesysteminitialinvestmentishigh,thesystemefficiencyislowandmeasurestoimprovethechillerCOPareproposed

4、.Keywords:solarcollectors;absorptionchiller;villa0引言1系統(tǒng)設(shè)計和工作原理吸收式空調(diào)系統(tǒng)利用清潔環(huán)保的太陽能資源,一方面減少了對珍貴有限的化石能源的依賴,另一方面建筑本身有一定的要求,需要有合適的位置安裝太建筑結(jié)構(gòu)和較大的庭院,為太陽能系統(tǒng)的安裝與應(yīng)用提供了機遇和挑戰(zhàn).收稿日期20090824修訂稿日期200909一i0作者簡介:曾海平(1984),男,碩士研究生.?448?別墅通常為2至3層單元式建筑,建筑面積不筑的太陽照射條件好,與其他住宅或商用建筑相比,建筑高度要低得多,并且別墅周邊空問大,在采集太套小型太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng),實現(xiàn)夏季制冷

5、,冬季程如圖1所示.在夏季,被太陽能集熱器加熱的熱水首先進入儲熱水箱,當熱水溫度達到一定值時,從儲熱水箱向吸收式制冷機的發(fā)生器提供熱水作為動力推動整個吸收式制冷裝置運行,從發(fā)生器流出并已降溫的熱水流回到儲熱水箱,再由太陽能集熱器加熱的熱水加熱成高溫熱水;吸收式制冷機的蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷媒水流到空調(diào)箱或風機盤管,以達到制冷的目的.當太陽能不足以提供高溫的熱媒水時,可由輔助鍋爐補充熱量.圖1小型太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)流程圖在冬季,同樣先將被太陽能集熱器加熱的熱水首先進人儲熱水箱,當熱水溫度達到一定值時,從儲熱水箱直接向空調(diào)箱或風機盤管提供熱水,以達到供熱的目的.當太陽能不能滿足要求時,可由輔助鍋爐補充熱

6、量.生活熱水可全年供給,只要將太陽能集熱器加熱的熱水直接流向生活用熱水箱中的換熱器,通過換熱器就可把儲水箱中的冷水加熱以供使用.2太陽能集熱器的選擇太陽能集熱器是吸收太陽能量并將產(chǎn)生的熱能冷系統(tǒng)中用于實現(xiàn)太陽能采集和轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備之一.它的性能和成本對整個系統(tǒng)的成敗起著決定性的作用.太陽能集熱器主要有平板型集熱器和真空管集熱器兩種,而真空管集熱器又包括全玻璃真空管集熱器具有結(jié)構(gòu)簡單,價格低廉和安裝方便,直射輻射和散射輻射均可采集等優(yōu)點.但其工作溫度較低,且在高溫段表面熱損系數(shù)較大導(dǎo)致效率偏低,而且由于其抗凍性能差,一般不能全年運行,其應(yīng)用范圍受到限制.全玻璃真空管太陽能集熱器具有結(jié)構(gòu)簡單,制造

7、方便,可靠性強,一年四季都可使用且全年熱效率高等優(yōu)點.但其管內(nèi)存水過多,管內(nèi)水溫上升緩慢,而且管內(nèi)熱水無法全部取出,致使系統(tǒng)熱水利用率降低,其承壓能力也較低,耐熱沖擊性能較差,且玻集熱器運用了真空保溫技術(shù)和熱管技術(shù),大幅度降低了集熱器的熱損失,提高了集熱器的熱性能,與普通平板型太陽能集熱器和全玻璃真空管太陽能集熱效率高,耐冰凍,啟動快,保溫好,承壓高,耐熱沖擊,運行可靠,維修方便等諸多優(yōu)點l2j,是組成高性能太陽能空調(diào)系統(tǒng)的重要部件.通過對以上各種太陽能集熱器的分析比較,在別墅建筑中的太陽能集熱系統(tǒng)宜選用熱管式真空管太陽能集熱器.熱管式真空管太陽能集熱器由熱管式真空集熱管,導(dǎo)熱塊,連接管,隔熱

8、材料,保溫盒,支架,套管等部分組成.而熱管式真空集熱管又由熱管,金屬吸熱板,玻璃管,金屬封蓋,彈簧支架,蒸散型消氣劑和非蒸散型消氣劑等部件構(gòu)成,其中熱管又包括蒸發(fā)段和冷凝段兩部分,如圖2所示.ljI目1J醬圖2熱管式真空集熱管結(jié)構(gòu)示意圖1一熱管冷凝段;2一金屬封蓋;3一玻璃管;4一金屬吸熱板;5一熱管蒸發(fā)段;6一彈簧支架;7一蒸散型消氣劑;8一非蒸散型消氣劑熱管式真空集熱管工作時,太陽輻射透過玻璃管后投射在金屬吸熱板上,吸熱板吸收太陽輻射能并將其轉(zhuǎn)換為熱能,再傳導(dǎo)給緊密結(jié)合在吸熱板中蒸汽上升到熱管冷凝段后,在較冷的內(nèi)表面上凝結(jié),釋放出蒸發(fā)潛熱,將熱量傳遞給集熱器的傳熱工質(zhì).凝結(jié)后的液態(tài)工質(zhì)依靠

9、其自身的重力流回到蒸發(fā)段,然后重復(fù)上述過程.由于熱管式真空集熱管采用金屬吸熱板,因而其真空排氣工藝不同于全玻璃真空集熱管,有其自同時放置蒸散型消氣劑和非蒸散型消氣劑兩種,這型消氣劑在高頻激活后被蒸散在玻璃管的內(nèi)表面上,像鏡面一樣,其主要作用是提高真空集熱管的初始真空度;而非蒸散型消氣劑是一種常溫激活的長效消氣劑,其主要作用是吸收管內(nèi)各部件工作時釋放的殘余氣體,保持真空集熱管的長期真空度.當外界環(huán)境條件一定時,熱管式真空管太陽能集熱器的瞬時效率77與進入集熱器的液體溫度?449?成線性關(guān)系.其關(guān)系式可表示為【2.32(一Ta)/(1)式中環(huán)境溫度,oC;,太陽能輻射強度,W/m2.將上述關(guān)系式轉(zhuǎn)

10、換變形得:芋+2.322予+0.68(2)從式(2)中可以看出,在某一時刻,某地的環(huán)境溫度和太陽能輻射強度,為某一特定值,刁與死成線性反比關(guān)系,即呀隨著兀的增大而減小,隨著死的減小而增大.如單純考慮提高集熱器的效率,則應(yīng)使進入集熱器的液體溫度死盡可能低,然而太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的總效率等于集熱器的效率'7乘以吸收式制冷機的性能系數(shù)COP,并不是僅度應(yīng)是使總效率獲得最大值的溫度.參考文獻4經(jīng)過計算得出,隨著集熱溫度的升高,制冷機性能COP增加,集熱器效率77下降,而太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的總效率則是先升高,到達某一峰值后下時,太陽能集熱器出水溫度在(8892)之間.自然循環(huán)小型溴化鋰吸收式

11、制冷機是靠氣泡泵來循環(huán)吸收溶液的,因此不需要直接輔助動力設(shè)備,僅價格昂貴而且效率差的小容量屏蔽泵來循環(huán)吸收溶液.但是氣泡泵也有個缺陷,就是不好控制吸收溶液的循環(huán),當熱源水溫度變化時,制冷系數(shù)將大幅數(shù)過分下降.(1)吸收器和冷凝器的冷卻水系統(tǒng)采取并聯(lián)方式,如圖1中所示,以降低冷凝溫度.(2)提高冷水進水溫度,以提高蒸發(fā)溫度.(3)低于額定能力運行,以相對地增大傳熱面積,減少熱交換所需的溫度差.(4)降低發(fā)生溫度,因濃度的減少而引起的效率下降可由熱交換器效率的提高而得到補償.通常采取(1),(2),(3)的方法,即使不特別地改變濃度也能使熱源熱水溫度降低到85.要進一步降低熱源溫度,雖然可像方法(

12、4)那樣把濃度降低,但此時制冷效率會急劇下降.不過,利用太陽能時,雖然制冷系數(shù)降低了,但具有可擴大蓄熱水箱的利用溫度范圍以及可提高太陽能依存率的優(yōu)點.3吸收式制冷機的選擇4結(jié)論目前常用的吸收式制冷機有兩種:一種是氨吸收式制冷機,其工質(zhì)對為氨一水溶液,氨為制冷劑,水為吸收劑,其制冷溫度在一451范圍內(nèi),多用作工藝生產(chǎn)過程的冷源;另一種是溴化鋰吸收式制冷機,以溴化鋰為吸收劑,水為制冷劑,其制冷溫度只能在OC以上,可用于制取空調(diào)用冷水或工藝用冷卻水.采用太陽能集熱器與溴化鋰吸收式制冷機相結(jié)合的太陽能吸收式制冷空調(diào)技術(shù)方案已非常成熟的,是目前太陽能制冷中應(yīng)用最成功的例子,也是應(yīng)用最廣泛的,它為太陽能熱

13、利用技術(shù)開辟了一個新的應(yīng)用領(lǐng)域.而且制冷量為(210)冷噸的小容量溴化鋰吸收式制冷機也已經(jīng)研制成功,并已投入商業(yè)化生產(chǎn).它具有耗電量少,噪聲以及振動小等特點.但就其使用量來說還比較少,其原因是由于吸收式制冷機比電動式制冷機構(gòu)造復(fù)雜,特別是小容來說是非常有吸引力的,可以節(jié)省較貴的燃料費.因此根據(jù)別墅建筑冷熱負荷較小特點,別墅建筑的太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)可選用自然循環(huán)小型溴化鋰吸收式制冷機.?450?與現(xiàn)有太陽能空調(diào)系統(tǒng)大多只能實現(xiàn)冬季供暖,而夏季太陽能集熱器基本閑置的現(xiàn)狀相比,采用太陽能與自然循環(huán)小型溴化鋰吸收式制冷機相結(jié)合的空調(diào)技術(shù),能滿足別墅建筑夏季制冷,冬季采暖和輔助下全年運行,大大提高了設(shè)備和太陽能的年利用率.雖然這套系統(tǒng)也存在一些缺點,如系統(tǒng)節(jié)能效果受天氣