太陽能吸附式制冷和供熱循環(huán)模型

張 萍

（1蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院甘肅蘭州 730050 2甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院甘肅蘭州 730050）

太陽能吸附式制冷和供熱循環(huán)模型

張 萍

（1蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院甘肅蘭州 730050 2甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院甘肅蘭州 730050）

本模型利用太陽能吸附式制冷與熱泵技術(shù)的原理和特點，利用太陽能能集熱器收集的熱量進行夏季制冷，同時向用戶提供生活用熱水；冬季采用電能附加太陽能的采暖方式實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)太陽能供熱與制冷的環(huán)保聯(lián)合運行目標(biāo)。

太陽能；吸附制冷；吸附供熱；熱水供應(yīng)

0 前言

節(jié)能和環(huán)保已成為當(dāng)今制冷空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域公認的兩大研究主題，在太陽能利用中，太陽能制冷空調(diào)技術(shù)是一個極具研究發(fā)展前景的研究領(lǐng)域，同時也是當(dāng)前制冷技術(shù)利于研究的熱點之一。當(dāng)今建筑制冷與供熱消耗了大量的能量，本文將采用太陽能制冷和熱泵技術(shù)達到節(jié)能環(huán)保的效果。

1 模型工作原理

本模型由三大模塊組成：太陽能集熱器、吸附式制冷劑的循環(huán)系統(tǒng)、末端裝置。

1.1 太陽能集熱器

1.2 太陽能吸附式制冷原理[2～5]

1.2.1 太陽能吸附制冷原理

太陽能吸附式制冷系統(tǒng)的循環(huán)原理如圖1，將閥門3、4關(guān)閉，打開閥門1、2、5，實現(xiàn)制冷循環(huán)給用戶提供冷量，向用戶提供生活用熱水將閥門：由它主要由發(fā)生器(吸附床)、冷凝器、蒸發(fā)器、太陽能集熱器、閥門等部分組成。本系統(tǒng)在夏季運行時，白天太陽輻射充足時，集熱器吸收太陽輻射后水的溫度升高，高溫水通入吸附床使制冷劑從吸附劑中解吸吸附床內(nèi)壓力升高。解吸出來的制冷劑進入冷凝器，經(jīng)冷卻介質(zhì)冷卻后凝結(jié)為液態(tài)，節(jié)流后進入蒸發(fā)器。

圖1 太陽能吸附式制冷和供熱循環(huán)原理圖

這樣太陽能轉(zhuǎn)化為代表制冷能力的吸附勢儲存起來實現(xiàn)化學(xué)吸附潛熱的儲存。夜間或太陽輻射不足時，環(huán)境溫度降低，太陽能吸附集熱器送入吸附床的水的溫度下降，蒸發(fā)器中的制冷劑開始被吸附劑開始吸附，該制冷系統(tǒng)開始產(chǎn)生制冷效果。本模型中所選的吸附工質(zhì)對為：活性炭-甲醇。由于甲醇有毒，加注時要防漏。

1.2.2 向用戶提供生活用熱水

在制冷循環(huán)過程中，冷凝器內(nèi)高溫高壓的氣態(tài)制冷劑通過冷凝器內(nèi)安裝的金屬盤管，將熱量傳給盤管內(nèi)的冷卻水，加熱的冷卻水通過水泵打入熱水貯水箱供用戶使用，同時給盤管內(nèi)補入冷水，從而完成水冷的作用[5]。

1.3 太陽能吸附式供熱原理

太陽能吸附式制冷系統(tǒng)的循環(huán)原理如圖1所示，在冬季將閥門1、2、5關(guān)閉，打開閥門3、4，太陽能集熱器收集的熱量通入蒸發(fā)器提高了制冷劑的蒸發(fā)溫度，當(dāng)電加熱器停止加熱一段時間后吸附床的溫度下降，蒸發(fā)器中的制冷劑開始被吸附劑吸附，該制冷系統(tǒng)開始產(chǎn)生吸熱效果。接通電加熱器使吸附床的溫度升高，制冷劑從吸附劑中解吸吸附床內(nèi)壓力升高。解吸出來的制冷劑進入冷凝器，通過冷凝器向用戶供熱。經(jīng)冷卻介質(zhì)冷卻后凝結(jié)為液態(tài)，節(jié)流后進入蒸發(fā)器。由熱泵理論知，該系統(tǒng)中以供熱的設(shè)備冷凝器提供的熱量應(yīng)該等于蒸發(fā)器吸收的熱量加以吸附床消耗的電能。即滿足下式：

式中：Q——冷凝器供給用戶的熱量；

Q1——吸附床消耗的電能；

Q2——蒸發(fā)器吸收的熱量。

由式子可以看出，在用戶所需的熱量一定的情況下即供給用戶的熱量Q一定時，蒸發(fā)器吸收的熱量Q2越大，吸附床消耗的點能Q1越少。冬季太陽能集熱器收集的熱能雖然不滿足直接提供用戶采暖的熱量，但它可以提高蒸發(fā)器吸收的熱量Q2，從而實現(xiàn)節(jié)約電能的目的。

1.4 太陽能吸附式制冷與供熱循環(huán)

本系統(tǒng)將以上制冷系統(tǒng)和供熱系統(tǒng)組合在一起，通過開關(guān)不同的閥門來實現(xiàn)夏家用太陽能制冷，同時向用戶提供生活用熱水，冬季用電能附加太陽能供熱的目的。

2 總結(jié)

太陽能的這些優(yōu)點，使得太陽能吸附式制冷空調(diào)裝置引起了人們的廣泛關(guān)注，同時熱泵技術(shù)的引入使得本模型利用吸附式制冷系統(tǒng)實現(xiàn)了夏季利用太陽能制冷，同時向用戶提供生活用熱水；冬季利用電能附加太陽能集熱器收集的熱量采暖，達到了節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。在實際工程中由于吸附式制冷系統(tǒng)具有間歇性，所以為了保證系統(tǒng)的連續(xù)性工作，至少需要兩臺機組聯(lián)合運行。

[1]譚盈科，馮毅，崔乃瑛。吸附式太[1]李軍，朱冬生，張立志等。固體吸附式制冷在太陽能利用中的研究與展望 [J]。制冷與空調(diào)，2004，4(3)：5—8.

[2]陽能冰箱的研究[J]。太陽能學(xué)報，1992，13(3)：255—258.

[3]白寧，李戩洪，馬偉斌。太陽能制冷系統(tǒng)的研究[J]。能源工程，2004，24(4)：25-29.

[4]李明，王如竹，許煜雄等。高性能固體吸附式制冷與供熱聯(lián)合循環(huán)研究。工程熱物理學(xué)報，2000 ，21（3），277～280.

[5]李明。太陽能固體吸附式制冰裝置關(guān)鍵技術(shù)研究[會議論文]-2005.