太陽能驅(qū)動的硅膠—水吸附式制冷系統(tǒng)的研究.pdf

1、研究表明，在我國的能源消耗中，建筑能源占有相當(dāng)大的比例，據(jù)統(tǒng)計，我國歷年建筑能耗占總能耗的比例是19﹪～20﹪，平均值為19.8﹪。其中，用于暖通空調(diào)的能耗約占建筑能耗的85﹪。因此，開發(fā)可以利用太陽能等低溫?zé)嵩吹闹评錂C，可以使集熱器在夏天亦得到應(yīng)用，提高系統(tǒng)的利用率，提高太陽能等可再生能源在建筑能耗中的比例，用太陽能替代常規(guī)能源驅(qū)動空調(diào)系統(tǒng)對節(jié)能和環(huán)保都具有十分重要的意義。對于吸附式制冷系統(tǒng)，適合應(yīng)用太陽能等低溫?zé)嵩吹墓べ|(zhì)對在物理吸附

2、方面主要有活性炭-甲醇和硅膠-水?；钚蕴?甲醇的最佳驅(qū)動熱源溫度在110℃左右，相對來說對熱源溫度的要求較高，比較適合間隙式運行，其連續(xù)運行模式由于對熱流密度要求比較大而不適合利用太陽能等低密度能源。化學(xué)吸附方面，氯化鈣-氨、氯化鍶-氨等均可以利用熱源溫度為100℃左右的熱源，尤其是氯化鍶在85℃時對氨的吸附量為零，比較適合利用太陽能，然而由于化學(xué)吸附具有不穩(wěn)定性和吸附性能的衰減性，目前尚未能廣泛得到應(yīng)用。相對來說，硅膠-水目前是利用太

3、陽能等低溫?zé)嵩幢容^適合的工質(zhì)對，這也是硅膠-水成為研究熱點的主要原因。本文以硅膠-水吸附式制冷系統(tǒng)為研究課題，旨在研究開發(fā)適合實際應(yīng)用的太陽能等低溫?zé)嵩打?qū)動的吸附式制冷系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容包括： (1)設(shè)計并建成了適合于太陽能等低溫?zé)嵩打?qū)動的、采用具有新型回?zé)?、回質(zhì)過程的硅膠-水吸附式制冷系統(tǒng)，使太陽能連續(xù)吸附制冷系統(tǒng)由理論和實驗室研究向工程實際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化成為可能。在該系統(tǒng)中，吸附床、冷凝器和蒸發(fā)器共置于一個真空腔中，中間不設(shè)真空

4、擋板閥，形成一個吸附式制冷單元，兩個相同的單元交替工作，實現(xiàn)系統(tǒng)的連續(xù)制冷。循環(huán)過程主要包括回?zé)徇^程、吸附/解吸過程和回質(zhì)過程。實驗證明這是一種簡單有效且易于操作的低溫?zé)嵩打?qū)動的吸附制冷方式。 在建立的兩臺樣機中，第一臺樣機主要用來研究系統(tǒng)的基本性能及各種運行參數(shù)(熱源溫度、冷卻水進口溫度、蒸發(fā)溫度、各種循環(huán)時間等)對系統(tǒng)性能的影響，確定了系統(tǒng)各循環(huán)時間的取值。由于擋液板的角度設(shè)計不是很合理，第一臺樣機在性能測試過程中冷量損失比

5、較大，吸附過程的平均冷量損失達(dá)2.35kW。第二臺樣機通過優(yōu)化擋液板的設(shè)計，解決了冷量損失嚴(yán)重的問題，實驗結(jié)果表明，第二臺機組吸附過程中冷量損失的最大值比第一臺樣機降低了75﹪，吸附過程冷量損失的平均值降低了82.9﹪，證實第二臺樣機成功解決了冷量損失的問題；在熱水入口平均溫度為85℃、冷凍水進口平均溫度為14℃、在不同的冷卻水進口平均溫度情況下，第二臺樣機相對于第一臺樣機性能提高34.2～70.3﹪；相對于傳統(tǒng)的有回?zé)徇^程的雙床連續(xù)制

6、冷系統(tǒng)性能提高6.2～22.5﹪。 (2)設(shè)計并開發(fā)了傳熱、傳質(zhì)強化的吸附床和適用于水等高潛熱制冷劑的多孔介質(zhì)高效蒸發(fā)器。建立了吸附床的二維傳熱模型，通過求解數(shù)學(xué)模型對吸附床中的有關(guān)尺寸進行優(yōu)化，在其它條件允許的情況下，翅片間距應(yīng)優(yōu)先考慮3～6mm的單元寬度；翅片高度在實際中使用6～12mm比較合理；翅片厚度一般取0.03～0.15mm，翅片所占體積為0.75～3.75﹪。 實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的吸附床、冷凝器和蒸發(fā)器比