1001-5965(2003)08-0713-04 太阳能吸附除湿制冷的置换通风系统
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专利名称:太阳能吸收式液体除湿空调系统专利类型:发明专利
发明人:陈颖,施永康,刘效洲
申请号:CN200710026768.6
申请日:20070207
公开号:CN101240925A
公开日:
20080813
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种太阳能吸收式液体除湿空调系统,包括太阳能集热器、吸收式制冷机、通过管道与太阳能集热器连通并形成第一热媒水循环回路的蓄热水箱、通过管道与吸收式制冷机连通并形成第一冷媒水循环回路的空气冷却器、设置于空气冷却器的空气入口前段的除湿器以及与除湿器形成除湿溶液循环回路的再生器,太阳能吸收式液体除湿空调系统进一步包括通过管道与吸收式制冷机以及蓄热水箱连通并形成第二热媒水循环回路的加热水箱、以及设置于加热水箱内并包括在除湿溶液循环回路中的稀溶液加热管道。
液体除湿技术与太阳能吸收式制冷技术联合,充分提高了吸收式制冷机的制冷效率。
申请人:广东志高空调有限公司,广东工业大学
地址:528244 广东省佛山市南海区里水镇志高工业区
国籍:CN
代理机构:广州三环专利代理有限公司
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太阳能吸附式制冷综述学号姓名摘要:介绍了太阳能吸附式制冷的基本原理与特点,对吸附式制冷技术的研究现状做了简要的分析,包括吸附工质对的性能、吸附床强化、系统循环与结构。
在此基础上,介绍了太阳能吸附式制冷的应用,主要应用的方面有低温储粮、制冷与供热联合、吸附式空调。
关键词:吸附式制冷研究现状应用1. 前言随着能源与环境问题与社会经济发展矛盾的日益突出,新能源的发展越来越受到各国的关注,对风能、水能、潮汐能的开发与研究力度不断增加,而这些能源的利用与发展根本上说是离不开太阳的。
在制冷空调领域,太阳能制冷不仅可以减少电力消耗,同时由于没有采用氟氯烃类物质,不会对大气臭氧层产生破坏,属于清洁能源,符合环保要求。
另外,采用太阳能制冷其热量的供给和冷量的需求在季节和数量上高度匹配,在夏季太阳辐射强、气温高,制冷量就越大。
因此,利用太阳能制冷技术对节约常规能源,保护自然环境都具有十分重要的意义。
太阳能固体吸附式制冷技术由于利用了太阳能而减少了对传统能源的使用,井通过使用天然友好的制冷剂从而避免了对环境的破坏。
太阳能固体吸附式制冷具有结构简单、初投资少、运行费用低、无运动部件、噪音小、寿命长且能适用于振动或旋转等场所的优点。
而且,太阳能在时间和地域上的分布特征与制冷空调的用能特征具有高度的匹配性,因此,利用太阳热能驱动的固体吸附式制冷技术的研究具有极大的潜力和优势[1]。
2. 太阳能固体吸附式制冷基本原理固体吸附式制冷是利用固体吸附剂(如沸石、活性炭、氯化钙)对制冷剂(如水、甲醇、氨)的吸附和解吸作用实现制冷循环的,这种吸附与解吸的过程引起压力的变化,相当于制冷压缩机的作用,吸附剂的再生可以在65~200℃下进行,这很适合于太阳能的利用。
吸附式制冷具有结构简单、运行费用低、无噪音、无环境污染、基本不含动力部件,能有效利用低品味热源等一系列有点[2]。
太阳辐射具有间歇性,因而太阳能吸附制冷系统都是以基本循环工作方式运行制冷的,Critoph把太阳能固体吸附式制冷循环描述成四个阶段,即定容加热过程、定压脱附过程、定容冷却过程、定压吸附过程[4]。
太阳能吸附式制冷系统作者:杜梅霞王晶来源:《科技风》2018年第05期摘要:太阳能制冷系统由吸附式制冷、溶液除湿和顶板冷辐射三部分组成。
介绍了各部分的工作原理、过程。
从技术、经济角度对其可行性进行了分析,指出太阳能吸附式制冷系统对环境保护及节能减排工作有积极作用。
关键词:空调系统;太阳能制冷;顶板冷辐射;溶液除湿随着人们生活水平不断提高,空调应用日益广泛,空调能耗约占全国总能耗的30%。
近年来常规能源供应紧张,环保意识不断加强,开发利用洁净、可持续发展型能源迫在眉睫。
太阳能是一种洁净、可再生能源且分布广泛、取之不尽。
太阳能制冷系统的应用对缓解能源紧张,保护环境有积极意义。
1 太阳能吸附式制冷系统太阳能吸附式制冷系统是吸附式制冷、溶液除湿的集成系统。
下图是太阳能吸附式制冷系统示意图,由吸附式制冷系统、溶液除湿系统和空调末端设备三部分组成。
1.1 太阳能吸附制冷原理原理:多孔固体(吸附剂)和对应液体(吸附质)形成吸附制冷工质对。
固体吸附剂吸附气态吸附质,液态吸附质从外界吸热蒸发转变为气态吸附质,吸附质的蒸发吸热实现制冷;饱和后的固体吸附剂被太阳能辐射加热解吸。
系统循环往复实现连续制冷。
系统组成:集热吸附床1、冷凝器4和蒸发器3。
工作过程: 1吸收太阳辐射温度升高解吸出吸附质,太阳能转变为吸附势能;解吸出的气态吸附质通过2与稀溶液换热后冷凝;晚上1被环境冷却降低到吸附温度,打开4,在吸附势能的作用下吸附质在3中吸热蒸发,实现制冷。
1.2 溶液除湿原理原理:利用除湿浓溶液表面水蒸气分压力小于空气中水蒸气分压力,在水蒸气分压力差的作用下,达到空气除湿目的。
其特点是吸湿量大,可以把空气处理到很低的含湿量。
系统组成:除湿器9、溶液再生装置12、热管换热器2、浓溶液储存罐11、稀溶液储存罐13。
工作过程:浓溶液从9上部均匀喷下与空气湿交换,变成稀溶液后进入13,当制冷系统解析时,解析出的吸附质与稀溶液在2中换热,之后进入12溶液再生。
一种实用的太阳吸附式制冷系统
冒东奎
【期刊名称】《新能源》
【年(卷),期】1998(020)001
【总页数】5页(P13-17)
【作者】冒东奎
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TK511.3
【相关文献】
1.吸附式太阳能制冷系统在低温储粮中的应用研究 [J], 冯博
2.一种新型太阳能吸附式制冷系统的设计及性能模拟 [J], 刘艳玲;王如竹;夏再忠
3.太阳能吸附式制冷系统 [J], 杜梅霞;王晶
4.吸附式制冷系统中槽式太阳能跟踪系统的设计 [J], 曹凤梅;张红光
5.太阳能吸附式制冷系统的研究现状与发展前景 [J], 刘岩;马春元;张梦
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收稿日期:2002-06-07 作者简介:张 鹏(1979-),男,湖北襄樊人,硕士生,userupdate@sina.com.太阳能吸附除湿制冷的置换通风系统张 鹏 王 浚(北京航空航天大学飞行器设计与应用力学系,北京100083) 摘 要:根据现今空调的发展方向,介绍了一种新兴的通风方式———置换通风系统,论述了其原理及结合冷却顶板后的热舒适性条件.针对目前能源危机和生态环境恶化的状况,提出了基于太阳能吸附除湿制冷的置换通风送风系统.阐述了两者结合的节能、环保、创造热舒适环境的特性.关 键 词:太阳能;节能;舒适性;置换通风;吸附除湿制冷系统中图分类号:TK123文献标识码:A 文章编号:1001-5965(2003)08-0713-04DisplacementventilationsystemusingsolarenergydesiccantcoolingtechnologyZhangPong WangJun(Dept.ofFlightVehicleDesignandAppliedMechanics,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100083,China)Abstract:Basedonthedevelopmenttrendofthecurrentairconditioning,anewmodeofventilation-displace-mentventilationisintroduced,notonlytheprincipleofthisventilationsystembutalsothethermalcomfortcondi-tionsoftheventilationsystemcombinedwithcooledceiling.Accordingtothecurrentsituationofenergycrisisandecologicalenvironmentdeterioration,adisplacementventilationairsupplysystemispresentedbasedonsoliddesic-cantcoolingcyclesusingsolarenergy,andthepropertiesofthecombinationofthetwosystemsareexpoundedintermsofenergyconservation,environmentalprotectionandthermalcomfortambientcreation.Keywords:solarenergy;energyconservation;comfortableness;displacementventilation;desiccantcoolingsystem 自1973年美国石油禁运以来,世界范围的能源危机突现起来;另一方面,现今空调器的制冷剂和驱动能源造成了全球性的环境污染和生态破坏,对人类的生存和发展构成威胁.这两方面严重阻碍了当今空调的发展趋势(室内空气品质的改善,节能,环保).为解决这一矛盾,人们积极地寻求开发节能、高效、无污染、具有良好室内空气品质的空调通风系统.近几年,一种新型的通风方式———置换通风日益受到人们的关注.此种通风方式与传统的混合通风系统相比,显示出巨大的优势.它提供予室内完全新风,以使工作区具有良好空气品质.然而,以目前能源和环境面临的严峻形势,对置换通风系统的节能性和环保性并没有进行深入的研究.而太阳能作为一种洁净天然能源已引起各国关注,成为世界可持续性发展战略的首要环保能源.本文将根据就日趋成熟的太阳能制冷系统在国内的应用前景及结合置换通风系统构成节能、环保的空调通风系统进行初步探讨.1 置换通风1.1 置换通风的原理自20世纪70年代瑞典巴克公司开发出置换通风以来,该系统由于其较高的通风效率和良好的空气品质而受到人们的青睐.到目前为止,这种通风系统在北欧占据了50%以上的通风市场,在西欧置换通风系统已被广泛采用.置换通风以低温低速为特点,基于空气密度2003年8月第29卷第8期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsAugust 2003Vol.29 No畅8差所形成的热气流上升、冷气流下沉的原理进行通风作用.置换通风的送风口一般布置在侧墙底部,低于室内温度的外界新风送入室内,尽量减小新风气流和室内空气的掺杂量.送入室内的低速、低温的新风由于相对密度大,在重力的作用下逐渐下沉,随后慢慢扩散至整个房间地板表面附近,在地表上方形成薄薄的一层“空气湖”.室内热污染源(人体、办公设备等)附近的热浊气流由于浮力作用而上升,并不断卷吸周围空气.这样,由于热浊气体向上的对流作用,加上后续新风的推动作用及排风口的抽吸作用,“空气湖”的新鲜空气随着热浊气流缓缓上升,带走室内的潜热和污染物,经由高位排风口排出室外.由于置换通风送风口位置较低,且送风速度也比较低,这股由室内热污染源引起的上升气流形成室内主导气流,类似向上的活塞流.置换通风的室内气体流态见图1.图1 置换通风流态图置换通风的一个重要的特点是会产生热力分层现象.当热源上升气流小于或等于送风量时,污染物将会从工作区除去,这表征了工作区的最佳空气品质.根据连续性原理,在任一个标高平面上的上升气流流量应该等于送风量与回返气流流量之和.因而必将在某一个平面上上升气流流量正好等于送风量,在该平面上回返空气流量等于零.在稳定状态时,这个界面将室内空气在流态上分成2个区域,即上部紊流混合区和下部单向流动清洁区.这种室内空气的分层优势可以使人体始终处于洁净的工作区中.1.2 置换通风热舒适性人体的热舒适性与组成环境的多种因素有关,Christensen和丹麦工业大学的P.O.Fanger指出热舒适由平均气流速度、温度和气流特性决定.1984年,国际标准化组织(ISO)根据P.O.Fanger教授的研究成果制定了ISO7730标准(PMV、PPD和PD指标).置换通风这种通风形式在舒适度方面的问题主要是吹风感和竖直温差.吹风感是由空气流动造成人体局部不舒适感,与空气气流的温度和紊乱度相关.由于置换通风的室内工作区气流状态比较均匀、稳定,分析ASHARE的热舒适图可知:只要把人体居留区的气流速度保持在0.15m桙s以下[1],热舒适就是比较容易达到的.所以送风速度不能过大.置换通风由地面附近将低于室温的空气送入人体工作区,产生了垂直方向的温度梯度,人的感觉是头暖脚寒,这和人的头寒脚暖的舒适要求相悖.以ISO7730的标准:距地面0.1~1.1m高处的温差要小于3℃[1],故送风温度不能过高.基于以上两点,置换通风的制冷负荷不能超过30W桙m2[2].所以,尽管置换通风提供了良好的空气品质和气流流态,但仍需要一附加的制冷系统来满足制冷量的需求.目前最佳的解决方案就是置换通风和冷却顶板相结合.冷却顶板主要是利用冷辐射除去室内的显热负荷,对流换热较小以致于不会影响到置换通风的室内气体流型.而且,冷辐射可削弱置换通风引起的竖直温度梯度,从而可以提高人体的热舒适度.研究表明:当冷却顶板温度在18℃时对局部舒适与整体舒适最适合,温度16~18℃时对整体舒适仍能适合[3].2 太阳能制冷2.1 太阳能制冷技术太阳能制冷应该是最合理的能量利用方式:当太阳辐射强度越大时,人们需要的冷负荷就越大,而此时太阳能最为充裕,这是太阳能制冷应用最为客观的自然条件.目前,太阳能的研究成果很多,利用太阳能制冷的基本方法见图2.图2 太阳能制冷基本方法这些制冷系统中,无论是光电转换制冷系统,还是光热转换的压缩式、吸收式制冷系统,其COP值均较低,而吸附式制冷系统的COP值从0畅5,1畅1,1畅3,一直可以上升到1畅62[4].近年来出现的吸附除湿系统作为吸附式空调系统的一种类型,由于其具有连续循环工作的特性和高的COP值,受到国内外专家的关注并展开了深入的研究.文献[5,6]中,从理论上研究了以热能为动力的吸附417北京航空航天大学学报 2003年除湿制冷系统的运行参数,并从经济方面与电动压缩式制冷系统进行比较,认为在某些场合吸附除湿制冷系统可以替代电动压缩式制冷系统.2.2 太阳能驱动的吸附除湿制冷吸附除湿制冷可分为开式通风型(Ventilationmode),再循环型(Recirculationmode)和Dunkle型等.文献[7]的研究结果表明:吸附除湿众多的循环系统中,开式通风型最具发展前途.COP比别的循环系统高得多.Nelson的对比实验证明了通风型的开环系统COP值比工作于室内空气100%的再循环系统高出一倍.开环太阳能吸附除湿制冷系统理想流程图如图3所示.环境空气首先通过除湿转轮,绝热除湿后,温度升高.进入热交换轮,与被加湿冷却的室内空气换热,冷却.同时,室内排风被加热,继而,经过热交换器,与太阳能加热的热水或热空气换热,进入转轮除湿器加热吸附介质,以使吸附介质可不断的进行吸附作用,制冷系统循环工作.环境大气通过热交换转轮后,也经过等焓加湿冷却,温度降低,满足空间冷负荷的要求.图3 理想太阳能吸收除湿制冷系统由此制冷循环系统可看出,太阳能在应用于置换通风系统中有独到之处.它结构简单,相对于传统空调,只消耗少许常规能源,而且对排风进行二次利用.文献[8]在理论上讨论了太阳能吸附除湿系统应用于建筑物通风换气的可行性,认为原理可行.文献[9]的实验表明:在环境温度31℃左右时,由这种制冷系统提供的送风温度低达19℃.如配合外界空气、辅助的空调设备,这种制冷系统在置换通风的应用上将产生良好的效果.而且不产生任何污染大气的物质.3 太阳能吸附除湿制冷置换通风3.1 无附加装置太阳能吸附除湿制冷置换通风完全太阳能驱动的吸收除湿制冷置换通风系统的流程如图4所示.这种太阳能吸附制冷没有任何附加装置,完全靠太阳能驱动.它虽然结构简图4 完全太阳能驱动的吸附除湿制冷置换通风系统单,成本低,但制冷效果不好,完全依赖于天气好坏.另外,由于没有蓄热器装置,太阳能的利用率也较低.当集热器的面积为30m2时,利用率为75%左右,如果加上2畅5m3的蓄热器,太阳能的利用率将接近97%[9].而且它的容积越大,太阳能的利用率就越高.所以,从制冷COP来看,太阳能吸附除湿制冷通风系统有必要安装蓄热器.这种通风设备在湿度较低的环境下有不错的效果.这种系统的第2个缺点就是在潮热的环境下,转轮除湿器不能使环境大气达到过低的湿度,使得经过处理后的环境大气通过加湿冷却器后不能达到理想低温和低湿度的送风条件.也不能达到耦合送风的温度和湿度.所以,这种通风系统并没有很好的利用太阳能吸附除湿的优势.图5 复合太阳能吸附除湿制冷置换通风系统3.2 可控太阳能吸附除湿制冷系统置换通风简单太阳能驱动的吸附除湿制冷系统应用在置换通风时,有很大的局限性.它所提供的送风环境有可能达不到室内的热舒适性条件(尤其是不能达到合理的温湿度要求),而且地域性很强,不能普遍应用.因此,需要构造一个复合的太阳能吸附除湿送风系统.复合送风系统需要提供合适的送风品质、温湿度,而且可控.以便外界环境变化时,可调节送风环境.系统流程图如图5所示.可见,这种系统相对于完全太阳能驱动的吸附除湿置换通风系统,多了蓄热器、辅助加热装置、冷却器、加热器等部件.辅助加热装置是为了维持系统的稳定性,当太阳辐射强度不够时启动.复合系统517第8期 张 鹏等:太阳能吸附除湿制冷的置换通风系统的性能相对普通吸附除湿系统来说,有了很大的提高.环境大气经过除湿转轮除湿,热回收转轮换热后,与环境空气相混合(两者的流量分配可以调节),以降低空气温度,以免带给冷却器过大的负荷.混合后的空气进入冷却器冷却,加热器加热(加热器的热量可以通过调节热流体的流量满足要求),最后经过加湿器加湿,达到置换通风所需温度和湿度要求,以低速送入室内.这种系统的温湿度可以调节,能够很好的耦合以达到人体热舒适性的要求.它可以适用于任何环境,有很强的通用性.而且这种系统相对于传统制冷系统可以节约很大的常规能源和运行时的费用.在文献[10]中,运用仿真软件,在一定的试验环境下,得出如下结论:①总的运行费用将节省35%;②节省用电87%.从以上几点可看出,由太阳能驱动的吸附除湿制冷置换通风系统很好地解决了室内热舒适性问题(温度、湿度、气流组织),这种系统无任何大气污染源,而且节省了常规能源.达到了节能、环保效果.若太阳能制冷效率有大的提高,冷却顶板的冷水可由太阳能制取的冷空气替换,可大大节约水资源.这种复合系统在湿热的环境下,转轮除湿器需要较高的热量、冷却器需要较低的温度,才能使系统达到满意的效果.研究报告表明[10]:在现今的除湿转轮装置、吸附剂条件下,再生温度较低时,通过转轮后的大气温度和湿度变化都不大,再生温度越低,变化越不明显.这样就影响了整个系统的制冷效果.当外界空气的湿度为16g桙kg,温度为35℃,再生温度为40℃时,经过除湿转轮的温湿度分别为41℃和12g桙kg.而当再生温度达到80℃以上时,系统性能会有显著提高.但是,当再生温度升高时,太阳能的利用率就越小[9],蓄热器温度80℃以上,利用率将小于0畅65,而55℃时,利用率将达到0畅85.所以,研究开发出新型低温除湿转轮和新型吸附剂将使太阳能的利用率显著提高,对这种制冷通风系统产生巨大的推动作用.4 结束语1)太阳能吸附除湿制冷的置换通风送风系统可以提供室内良好的空气品质和热舒适条件.2)相对于传统空调,此种系统具备节能和环保特性.3)如果提高太阳能集热装置的效率,可以用太阳能吸附制冷系统代替现有吸附除湿系统的冷却器,以提高太阳能利用率.参考文献(References)[1]孟广田,李强民.置换通风的热舒适分析与评价[J].建筑热能通风空调,2000,19(1):21~22MengGuangtian,LiQiangmin.Analysisandevaluationonthermalcomfortofreplacementventilation[J].BuildingEnergyandEnviron-ment,2000,19(1):21~22(inChinese)[2]张行周,王 浚.置换通风与冷却顶板相结合的空调系统[J].流体机械,2002,30(1):54~56ZhangXingzhou,WangJun.Acombinedair-conditioningsystemofdisplacementventilationandcooledceiling[J].FluidMachinery,2002,30(1):54~56(inChinese)[3]朱 能,刘 珊.置换通风与冷却顶板的热舒适性研究[J].制冷学报,2000,(4):64~70ZhuNeng,LiuShan.Thermalcomfortwithdisplacementventilationcombinedwithchilledceilingsystem[J].JournalofRefrigeration,2000,(4):64~70(inChinese)[4]钱文明,陈 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