太陽能混合吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)的性能研究

1、第34卷第8期華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)()Vol.34No.8Aug.2006太陽能混合吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)的性能研究萬忠民1,2舒水明2胡興華2王標(biāo)華2(1湖南理工學(xué)院物理系,湖南岳陽414006;2華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,湖北武漢430074)摘要:提出了一種新型太陽能混合吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng),可以較好地利用太陽能制冷在利用太陽能實(shí)現(xiàn)制冷時(shí)存在整體效率低的弊端.,同時(shí)使高壓發(fā)生器再生出LiBr溶液與低壓吸收器的吸收后的溶液混合,LiBr溶液的濃度使其壓力降低.研究結(jié)果表明,33.2,最大提高幅度為94.5%,關(guān)鍵詞:;整體效率中圖分類號(hào):T.3;6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671

2、24512(2006)0820062203Researchonperformanceofmixedabsorptionrefrigerationforsolarair2conditioningWanZhongminShuShuimingHuXinhuaWangBiaohuaAbstract:Anovellithiumbromide/watermixedabsorptionrefrigerationcycleforsolarair2conditioningwaspresented.Itwassuitableforutilizationofsolarair2conditioningandcould

3、overcomethedraw2backoflowwholeefficiencyoftraditionalsolarabsorptionrefrigerationair2conditionsystem.Theac2cessorialhighpressuregeneratorwasaddedinthecycle.Thelithiumbromidesolutionflowingoutfromthehighpressuregeneratorwasmixedwithsolutionfromlowpressureabsorberinordertoin2creaselithiumbromidesoluti

4、onconcentrationanddecreasethepressureinthehighpressureabsorber.Theperformanceofmixedabsorptionrefrigerationcyclewasanalyzed.ThetheoreticalanalysisresultsshowthatthehighestCOPis0.61andthehighestavailabletemperaturedifferenceofheatresourceis33.2.Thewholecoefficientofperformanceofsolarair2conditioningu

5、singmixedabsorptioncycleis94.5%higherthanthatoftwo2stageabsorption.Theadvantagesofsolarair2conditioningcanbeex2ertedmarkedlybythecycle.Keywords:solarenergy;lithiumbromide;absorption;availabletemperaturedifference;generalcoef2ficientWanZhongminDoctorCandidate;DepartmentofPhysics,HunanInstituteofScien

6、ceandTechnolo2gy,Yueyang414006,China.為了提高空調(diào)系統(tǒng)的整體效率,優(yōu)化系統(tǒng),應(yīng)盡量降低集熱器的工作溫度,提高制冷系統(tǒng)的制冷系數(shù),同時(shí)提高驅(qū)動(dòng)熱源的可利用溫差1,2.本文提出的太陽能混合吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng),可以收稿日期:2005209213.在太陽能集熱器可獲得的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)制冷又能較大程度地提高吸收式系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)熱源可利用溫差,彌補(bǔ)單級(jí)與兩級(jí)太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的不足,更好地發(fā)揮太陽能空調(diào)的優(yōu)勢(shì).作者簡(jiǎn)介:萬忠民(19772),男,博士研究生;岳陽,湖南理工學(xué)院(414006).E2mail:zhongminwan基金項(xiàng)目:湖南省教育廳科研資助項(xiàng)目(04C2

7、71).第8期萬忠民等:太陽能混合吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)的性能研究631太陽能混合吸收式制冷循環(huán)1.1循環(huán)過程吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)的LiBr溶液在密閉容器中其壓力與溫度、濃度三者是相互制約的,對(duì)于同一濃度的溶液,壓力越高則對(duì)應(yīng)的溶液溫度就高3.從吸收式制冷的原理可以看出,要增加驅(qū)動(dòng)熱源的可利用溫差即降低出口溶液的溫度,就必須降低發(fā)生器壓力或者減小溶液的濃度.太陽能混合吸收式制冷循環(huán)的基本原理就是降低發(fā)生器的壓力,從而降低發(fā)生器中所需的發(fā)生溫度.圖1所示為混合吸收式制冷循環(huán)的流程圖,圖2了制冷系統(tǒng)的制冷系數(shù)CCOP.由于進(jìn)入附加高壓發(fā)生器發(fā)生LiBr溶液是高壓發(fā)生器出口溶液與低壓吸收器出口溶液的混合,

8、溶液濃度較低壓吸收器出口溶液的低,故附加高壓發(fā)生器可在較低溫度下工作.而進(jìn)入高壓吸收器的LiBr溶液是附加高壓發(fā)生器出口溶液,濃度較高壓發(fā)生器出口溶液高,提高了高壓吸收器的吸收能力,在相同的冷凝條件下,可以降低低壓發(fā)生器中的壓力,從而降低低壓發(fā)生器出口溶液溫度,提高熱源的溫差.1.2LiBrt,提高循環(huán)的CCOP,同時(shí)提高熱源的可利用溫差.t越大,不僅使集熱器平均效率提高,面積縮小、降低初投資,還可降低熱水循環(huán)量,減小泵功,節(jié)約成本.在此定義:p為壓力,為溶液濃度.圖3所示為在pHG=7330.4Pa,pLG=1332.8Pa,pE=933.0Pa,LiBr溶液濃度9,8和6分別保持為49%,

9、53%和63%時(shí),4從56%變到60%,新型循環(huán)的CCOP從0.46增加到0.61.圖3中,LiBr溶液濃度4對(duì)循環(huán)制冷系數(shù)的影響較大,提高4可以提高循環(huán)的CCOP.循環(huán)的最高CCOP為0.61,在兩級(jí)循環(huán)上有較大的提高.圖4所示為4=59%時(shí),中間壓力pLG從圖1太陽能混合吸收式循式結(jié)構(gòu)圖1332.8Pa變化到1999.2Pa所對(duì)應(yīng)的熱源可利圖),圖1中AHG為附加高壓對(duì)應(yīng)的焓濃圖(h2發(fā)生器,HG為高壓發(fā)生器,HA為高壓吸收器,LG為低壓發(fā)生器,LA為低壓吸收器,HE為溶液熱交換器;C為冷凝器;D為流量.圖2中,p1為附加高壓器壓力;p2為低壓發(fā)生器壓力;p3為蒸發(fā)器壓力.新型循環(huán)在傳統(tǒng)的

10、兩級(jí)循環(huán)上增設(shè)用溫差.圖4中,隨著pLG的提高,循環(huán)熱源可利用溫差減小,其變化范圍為25.633.2,由于新型混合循環(huán)提高了高壓吸收器中LiBr溶液的濃度,在相同冷凝條件下可以降低壓力,新型循環(huán)的pLG在1332.8Pa時(shí)仍能正常工作,其熱源可利用溫差最高可達(dá)33.2,比單效及兩級(jí)循環(huán)明顯提高.)圖圖2混合式循環(huán)的焓濃(h22太陽能混合吸收式空調(diào)系統(tǒng)2.1系統(tǒng)組成了一附加高壓發(fā)生器,其發(fā)生出的冷劑水蒸汽直接進(jìn)入冷凝器冷凝,即增加了系統(tǒng)的制冷量,提高圖5所示為太陽能LiBr吸收式制冷空調(diào)系64華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第34卷圖5太陽能空調(diào)系統(tǒng)原理圖統(tǒng)原理圖.系統(tǒng)主要由太陽能集熱系統(tǒng),LiB

11、r吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)組成.反映吸收式制冷機(jī)性能的主要指標(biāo)是制冷機(jī)的制冷系數(shù)(CCOP),而太陽能空調(diào)是制冷系統(tǒng)與太陽能集熱系統(tǒng)的組合,不能單以制冷系數(shù)來評(píng)價(jià)太陽能空調(diào)的性能,而應(yīng)該用整體性能來評(píng)價(jià)其性能的高低.2.2系統(tǒng)整體性能分析近幾年已經(jīng)開發(fā)出比較成熟的太陽能集熱器,以平板集熱器和真空管集熱器運(yùn)用最廣.對(duì)于結(jié)構(gòu)一定的太陽能集熱器,其瞬時(shí)集熱效率溫度t之間關(guān)系為=A-BttaI,式中:ta;A和B為集熱器性能常數(shù).1應(yīng)的A和B值.表1A,B常數(shù)4集熱器結(jié)構(gòu)特殊設(shè)計(jì)的玻璃平板常規(guī)的玻璃平板蜂窩結(jié)構(gòu)玻璃真空管熱管真空管AB圖6幾種變化關(guān)系系統(tǒng)的整體效率new與熱源可利用溫差的關(guān)系,圖中,系統(tǒng)的整

12、體性能也隨之提高,0.352,可見,6(b)所示為新型循環(huán)在高pHG=7330.4Pa,蒸發(fā)器壓力pE=0Pa,9,8和6分別為49%,53%和63%時(shí),整體效率以及性能提升系數(shù)隨4的變化關(guān)系,兩級(jí)吸收式循環(huán)制冷系數(shù)為0.385,其熱源可利用溫差為8,從圖中可見,two為0.179,new的值從0.2560.352,且隨著4的增加而提高;的變化范圍為42.8%94.5%,說明新型循環(huán)的整體性能在兩級(jí)吸收式太陽能空調(diào)的基礎(chǔ)上有較大的提高,最高整體性能提高94.5%,其效果較明顯.參考文獻(xiàn)0.800.800.840.530.683.505.704.401.702.32太陽能空調(diào)系統(tǒng)中集熱器熱水出、

13、進(jìn)口溫差,忽略管道熱損即為吸收式制冷系統(tǒng)的熱源可利用溫差t,則對(duì)應(yīng)的集熱器平均效率 =1AssilzadehF,KalogirouSA.Simulationandoptimi2zationofaLiBrsolarabsorptioncoolingsystemwithevacuatedtubecollectorsJ.RenewableEnergy,2005,30(8):114321159.2RiveraW,XicaleA.Heattransfercoefficientsintwophaseflowforthewater/lithiumbromidemixtureusedinsolarabsorptionrefrigerationsystemsJ.So2larnergyMaterials&SolarCells,2001,70(3):3092320.3茅以惠,余國(guó)和.吸收式與蒸汽噴射式制冷機(jī)M.北tA-BdtItdt.可得出太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的整體效率= CCOP.定義新型循環(huán)相對(duì)與傳統(tǒng)的兩級(jí)吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)的性能提升系數(shù)=(100%,new-two)/two式中,new為新型循環(huán)的整體效率;two為兩級(jí)吸收式循環(huán)系統(tǒng)的整體效率.對(duì)于太陽能空調(diào),集熱器的費(fèi)用在整個(gè)系統(tǒng)中占了相當(dāng)大一