太阳能喷射与压缩制冷系统的集蓄热构件性能研究

　　太阳能被认为是21世纪以后人类可期待、有希望的能源,并得到越来越广泛的重视.但太阳辐射也存在着明显的缺点:太阳能的密度较低,造成选用集热器的面积过大,导致系统成本增加;太阳能是随气候、季节及昼夜而变化的,这种供应的间断性正好与冷负荷的需求情况产生了矛盾,因此需把阳光充足时的太阳能储存起来,满足阳光不足或无阳光时使用.因此,集-蓄热器性能的研究对太阳能喷射-压缩制冷系统的研究具有重要意义.

　　1　系统简介

　　如图1[1]所示,太阳能喷射与压缩制冷系统由喷射制冷系统和压缩制冷系统耦合而成.两系统间通过冷却器连接,中间冷却器在机械压缩制冷系统中为冷凝器,在喷射制冷系统中为蒸发器.夏季当太阳能充足时,制冷系统按太阳能增强喷射式运行;当太阳能不足或无太阳时,制冷系统按高效的机械压缩式运行而不是按低效的喷射式运行.因此,集-蓄热器的选择直接影响着太阳能利用情况以及制冷系统的性能.

　　2　太阳能集蓄热构件模型的建立

　　太阳能集热、蓄热系统如图2所示[2],由太阳能集热器、蓄热水箱、水泵等系统组成.由集热器[3]收集到的热量通过蓄热水箱传递给喷射式制冷系统.这样可以避免在太阳能集热器中直接加热制冷剂时带来的蒸发、承压及渗漏等问题.此外,蓄热水箱还可起到稳定制冷系统工作参数的作用.

　　2.1　太阳能集热器模型

　　集热器是将收集的太阳辐射能转变成热能,并将它传给工作介质(流体)的一种特殊换热装置.其性能的优劣对整个太阳能喷射与压缩制冷系统性能有着极大的影响.本文以热管真空管集热器作为太阳能喷射与压缩制冷系统的集热器.热管式真空管集热器如图3所示.

　　某一时间由太阳能吸热板吸收的太阳能量减去传递到周围环境的能量为系统从集热器得到的可用能量

式中:FC为集热器的面积, m²;UL为集热器热损失系数, W/(m²·℃);E为投射在集热器上的太阳辐射强度, W/m²;Ti为集热器进口工质温度,℃;Te为环境温度温度,℃;A为集热器太阳光透过率;B为集热器太阳光吸收率;AR为集热器移热因子;G为集热器效率,定义为集热器收集的有用能量与集热器表面的太阳辐射量之比,即

　　2.2　太阳能蓄热构件模型

　　太阳能蓄热器作为太阳能制冷系统中的一个重要组成部分,其性能优劣必将影响整个系统的性能.其储存的方式有多种,应用于加热及空调,其储热方式通常为显热储存,介质为水.

　　图4为蓄热水箱的能量平衡图,应用热力学第一定律[4-6],可得到

式中:Q为由集热器到储水箱的热能, kW;Ql为储存系统供给负荷的能量为储存系统的热容量变化率, kW; (LA)(Ts-Te)为储存系统的热损失, kW.