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开式吸附式太阳能空调系统分析

发布日期:2017-07-31 来源: 中国太阳能热水器网 查看次数: 2410 作者:[db:作者]

核心提示:  开式吸附式太阳能空调系统采用太阳能,工质清洁,结构简单,性能可靠,操作方便,季节适应性较好,其制冷能力可随着太阳辐射能的增加而增加。此外,它将夏季制冷、冬季供暖和其他季节提供热水结合起来,可显著提

  开式吸附式太阳能空调系统采用太阳能,工质清洁,结构简单,性能可靠,操作方便,季节适应性较好,其制冷能力可随着太阳辐射能的增加而增加。此外,它将夏季制冷、冬季供暖和其他季节提供热水结合起来,可显著提高太阳能的利用率和经济性。本文拟就开式吸附式太阳能空调系统的工作原理、系统流程及关键技术作一具体分析。

  1开式吸附式太阳能空调系统工作原理开式吸附式太阳能空调其制冷剂与空气直接接触,故开式循环的解析过程与吸附过程是同时进行的,可连续工作。为开式吸附式太阳能空调系统示意图。系统的工作原理如下:接通电源后,进气轴流风机将室外空气吸进系统的上半部,经过装有吸附剂硅胶的转盘,转盘慢慢转动,硅胶吸附空气中的水分后靠摩擦轮转到下半部进行脱附再生。空气经过硅胶吸附后变成干燥空气,然后通过回热器,在回热器内与来自室内的空气进行热交换,室外来的空气温度剧烈下降,而由室内来的空气温度剧烈上升。干燥空气降温后再经过淋水室,在淋水室中进行绝热加湿,加湿后的空气温度再降低,但湿度增加,最终将温度、湿度都合适的空气排入室内进行空气调节。同时,另一台轴流风机不停地把室内空气吹送到系统内,经过回热器加热后再送到太阳能加热器中进一步加热,太阳能加热器中的水温则下降,已降温的水由水泵抽到太阳能集热器中,利用太阳能重新加热后再流入加热器进行循环。经过加热器加热后空气温度上升,然后被吹到硅胶转盘的另一侧脱附,脱附后空气温度降低,排入外界环境中。

  表1各状态点参数计算结果3转盘出口状态816.18697.8淋水室入口326.18648淋水室出口2260%10.整个系统分上、下2层,中间用隔板隔开,且要密封良好。考虑到系统体积较大,可将空调悬挂在靠墙角处或放在屋顶上,这样不仅可节省空间,而且使太阳能集热器水泵的扬程减小。

  2开式吸附式太阳能空调系统流程与热力学分析21系统流程与热力过程依据开式吸附式太阳能空调系统的工作原理,其系统流程如所示。

  空气的热力过程可表示在湿空气的焓-含湿量(h-d)图上,如所示。图中点1为进风状态;1― 2为吸附过程,其间空气的温度和焓值均上升,含湿量下降;2―3为冷却过程,其间空气的温度和焓值下降,含湿量不变;3―4为蒸发降温过程,这一过程为等湿球温度过程,空气温度下降,含湿量增加,焓值基本不变,故近似为等焓过程;点4为向空调房间送风的状态;4―5为空气在空调房间内的升温加湿过程,其间空气的温度、含湿量、焓值均上升;5―6为空气回热升温过程,它是一个等湿加热过程;6―7为空气在加热器中的等湿加热过程;7―8为热空气流过吸附剂转盘,使吸附剂脱附的过程;点8为空气排向室外的状态。

  h-d图中各状态点的确定湿空气的焓与温度及含湿量的关系为h=1.0C61+0.001d(2501+1.861)①d表示湿空气的含湿量/gkg-、t表示湿空气的温度/°C.根据式0和各过程的能量平衡关系,按照GB/T7725-96规定的室内外湿空气的工况标准进行计算,可得中的各状态点的参数,如表1所示。循环空气量ma与空调制冷量Q存在以下关系:ma(h.5-h.4)=Q.确定送风量后,就可进行系统各部分的全面设计计算。

  3开式吸附式太阳能空调关键技术分析31吸附剂的选择吸附式制冷循环的工质由固体微孔吸附剂和作为制冷剂的吸附介质组成,其中固体吸附剂是不流动的,1994-2012ChinaAcademicJournal而吸附介质则是循环流动的。研究吸附式制冷机的关键之一是选择一对较为理想的/吸附剂一吸附介质“工质对,如果工质对选择适当,不但可以提高制冷系数,而且还可以增大单位工质的制冷量。常用吸附剂有硅胶、铝胶、分子筛、活性碳。因选用硅胶-水作为太阳能吸附式空调系统的工质对具有是再生温度低(约为65°C),可用85°C以下的余热驱动再生,吸附性能较好等优点,且硅胶可以半永久性使用,故一般选用硅胶作吸附剂。在选择硅胶时,必须根据硅胶在不同温湿度下的吸湿情况来选择。一般在干燥的空气中常采用细孔硅胶,它比粗孔硅胶在低湿情况下有更高的吸湿率。其主要性能指标如下:颗粒度为4mm~8mm;堆密度(在150°C烘干后硅胶质量)为670g/L;在25°C条件下,40%相对湿度时对水蒸气的吸附率为24%,63%相对湿度时为33%,100%相对湿度时为40%;导热系数为0. 3.2淋水室的优化在淋水室中对空气喷循环水,使空气温度降低,湿度增加,从而得到符合室内需求的空气温湿度。淋水室主要由喷嘴、喷嘴排管、外壳、底池和管路组成。喷嘴起关键作用,因为水喷射的角度和作用距离是淋水室换热效果和空气湿度增加的主要影响因素。喷嘴由喷嘴本体和顶盖组成,其作用是使喷出的水雾化,增加水与空气的接触面积。喷嘴口直径越小,喷出的水滴越细,越易蒸发,越有利于空气加湿,提高水与空气的换热效果。此外,为使水滴均匀散开,增高雾化程度,喷水压力也不应太低。喷嘴口直径一般取3mm~5.5mm,喷水压力为0.1MPa~0.25MPa.淋水室中进行的喷雾加湿效果直接决定了室内空气的温度与湿度,即决定了空气调节的质量。

  3.3太阳能集热器的设计以热能的形式利用太阳能的系统,最重要的是如何高效地收集太阳辐射并将它转变为热能。设计和利用太阳能集热器,关键在于确定集热器的集热量和集热效率。影响集热器集热量的因素主要是太阳的入射角;影响热效率的因素主要是对太阳辐射的吸收率与发射率之比及集热器的隔热性能。采用在吸热面上涂合适厚度的具有高吸收率与发射率之比的黑镍镀层可有效地提高集热器的效率。太阳能集热器分为平板型集热器和热管式真空管集热器2种。平板型集热器吸收太阳辐射的面积与采集太阳辐射的面积相同,这种集热器结构比较简单,没有太阳跟踪装置,热效率较低。采用热管式真空管集热器,镀0.075mm~0.08mm黑镍镀层,可使吸收率与发射率之比达到12左右,同时配合采用多层抽真空结构的热管来降低散热损失,可有效地提高集热效率;同时在安装中取与当地纬度相近的朝南角度,充分采集太阳辐射能,有利于集热器充分发挥作用,提高整个太阳能空调系统的制冷效率。

  3.4噪音的控制太阳能空调器的噪声主要来自于风机及风道阻力。为消除噪声的声源以及震动源,应选择低噪声的风机电机,并且在安装风机电机时,采用有效的隔振垫或减震器。此外,还应降低风管中的空气动力阻力,改进风管结构,并选择转速较小、风速较低的风机,将风管用弹性材料垫牢,防止风管振动以消除噪声。

  4结语太阳能是一种可以无偿利用的间歇性洁净能源,但太阳辐射密度不高,为高效地收集太阳辐射,需进一步提高集热器效率;此外,还要深入研究吸附过程的传热传质,建立有效的数学模型对其进行理论数值模拟。随着研究的深入和成本的逐渐降低,开式吸附式太阳能空调系统必将具有广阔的应用前景。

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