太陽能混合吸收式制冷空調系統(tǒng)的性能研究

1、第34卷第8期華中科技大學學報(自然科學版)()Vol.34No.8Aug.2006太陽能混合吸收式制冷空調系統(tǒng)的性能研究萬忠民1,2舒水明2胡興華2王標華2(1湖南理工學院物理系,湖南岳陽414006;2華中科技大學能源與動力工程學院,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系統(tǒng),可以較好地利用太陽能制冷在利用太陽能實現制冷時存在整體效率低的弊端.,同時使高壓發(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.研究結果表明,33.2,最大提高幅度為94.5%,關鍵詞:;整體效率中圖分類號:T.3;6文獻標識碼:A文章編號: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.為了提高空調系統(tǒng)的整體效率,優(yōu)化系統(tǒng),應盡量降低集熱器的工作溫度,提高制冷系統(tǒng)的制冷系數,同時提高驅動熱源的可利用溫差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實現制冷又能較大程度地提高吸收式系統(tǒng)的驅動熱源可利用溫差,彌補單級與兩級太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的不足,更好地發(fā)揮太陽能空調的優(yōu)勢.作者簡介:萬忠民(19772),男,博士研究生;岳陽,湖南理工學院(414006).E2mail:zhongminwan基金項目:湖南省教育廳科研資助項目(04C2

7、71).第8期萬忠民等:太陽能混合吸收式制冷空調系統(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,對于同一濃度的溶液,壓力越高則對應的溶液溫度就高3.從吸收式制冷的原理可以看出,要增加驅動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CCOP.由于進入附加高壓發(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,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對循環(huán)制冷系數的影響較大,提高4可以提高循環(huán)的CCOP.循環(huán)的最高CCOP為0.61,在兩級循環(huán)上有較大的提高.圖4所示為4=59%時,中間壓力pLG從圖1太陽能混合吸收式循式結構圖1332.8Pa變化到1999.2Pa所對應的熱源可利圖),圖1中AHG為附加高壓對應的焓濃圖(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、兩級循環(huán)上增設用溫差.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時仍能正常工作,其熱源可利用溫差最高可達33.2,比單效及兩級循環(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吸收式制冷空調系64華中科技大學學報(自然科學版)第34卷圖5太陽能空調系統(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.反映吸收式制冷機性能的主要指標是制冷機的制冷系數(CCOP),而太陽能空調是制冷系統(tǒng)與太陽能集熱系統(tǒng)的組合,不能單以制冷系數來評價太陽能空調的性能,而應該用整體性能來評價其性能的高低.2.2系統(tǒng)整體性能分析近幾年已經開發(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用最廣.對于結構一定的太陽能集熱器,其瞬時集熱效率溫度t之間關系為=A-BttaI,式中:ta;A和B為集熱器性能常數.1應的A和B值.表1A,B常數4集熱器結構特殊設計的玻璃平板常規(guī)的玻璃平板蜂窩結構玻璃真空管熱管真空管AB圖6幾種變化關系系統(tǒng)的整體效率new與熱源可利用溫差的關系,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,整體效率以及性能提升系數隨4的變化關系,兩級吸收式循環(huán)制冷系數為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)的整體性能在兩級吸收式太陽能空調的基礎上有較大的提高,最高整體性能提高94.5%,其效果較明顯.參考文獻0.800.800.840.530.683.505.704.401.702.32太陽能空調系統(tǒng)中集熱器熱水出、

13、進口溫差,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,則對應的集熱器平均效率 =1AssilzadehF,KalogirouSA.Simulationandoptimi2zationofaLiBrsolarabsorptioncoolingsystemwithevacuatedtubecollectorsJ.RenewableEnergy,2005,30(8):114321159.2RiveraW,XicaleA.Heattransfercoefficientsintwophaseflowforthewater/lithiumbromidemixtureusedinsolarabsorptionrefrigerationsystemsJ.So2larnergyMaterials&SolarCells,2001,70(3):3092320.3茅以惠,余國和.吸收式與蒸汽噴射式制冷機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)相對與傳統(tǒng)的兩級吸收式制冷空調系統(tǒng)的性能提升系數=(100%,new-two)/two式中,new為新型循環(huán)的整體效率;two為兩級吸收式循環(huán)系統(tǒng)的整體效率.對于太陽能空調,集熱器的費用在整個系統(tǒng)中占了相當大一