以水-溴化锂溶液为工质的制冷/制热潜能储存系统特性研究

    0　引　言

    文献[1]叙述了制冷/制热潜能储存技术的基本工作原理,并对采用氨-水溶液为工质的制冷潜能储存系统进行了描述,研究并分析了该系统的工作特性.理论上任何可用于吸收式制冷/热泵的工作溶液都可作为制冷/制热潜能储存系统中的工作溶液.考虑到制冷剂汽化热的差异对蓄能密度及系统COP的影响,以及使用环境对工作溶液的要求,氨-水溶液并不适合于对环境质量要求较高的民用建筑的蓄能空调系统,而水-溴化锂溶液比较适用.采用水-溴化锂溶液为工质的制冷/制热潜能储存技术的中央空调系统,不仅可以替代常规的冷水机组,对昼夜电网负荷起到“削峰填谷”作用,而且还可用于昼夜负荷完全不同的太阳能、余热空调(供冷/供热)系统,较好地解决随时间变化的太阳辐射能与空调负荷不一致的问题.

    1　工作原理

    图1为在p-t图上所表示的以水-溴化锂为工质的制冷/制热潜能储存循环.由于水沸点高,制冷工作时蒸发压力非常低,蒸汽密度非常小,要满足一定质量流量要求时,体积流量很大,在这种条件下工作的水蒸汽压缩机很难设计.根据低压下水蒸汽特点,提高压缩机入口压力,可提高水蒸汽密度,使水蒸汽压缩机的设计变得容易些.图2为该循环的工作流程.与常规吸收式制冷/制热系统不同之处在于该潜能储存循环工作溶液流动是非连续的.

    在用电低谷时段,将储存于稀溶液储罐⑥内的溶液泵入冷凝/发生器① 内,利用电能驱动水蒸汽压缩机③工作.压缩后的水蒸汽在发生/冷凝器的管束内冷凝,冷凝热作为水蒸汽从稀溶液分离所需的发生热.发生终了浓溶液经热交换器④换热后储存于浓溶液储罐⑧中,温度降低及组分改变后的溶液具有制冷/制热潜能.冷凝后的水也经热交换器④换热后储存于制冷剂储罐⑩中.至此一次能量转换阶段完成,电能被转换成工作溶液制冷/制热潜能并被储存起来.

    当需要供冷或供热时,制冷剂储罐⑩中的水进入蒸发器11,吸收冷媒水的热量变成水蒸汽,冷媒水温度降低向外供出冷量.水蒸汽进入吸收器⑨被来自浓溶液储罐⑧的浓溶液所吸收,吸收热或用于供热或排向环境.吸收终了的稀溶液进入稀溶液储罐⑥储存起来,待下一个蓄能循环所用.至此二次能量转换阶段完成,将储存的潜能转换成冷能或热能.

    以上概述了水-溴化锂制冷潜能储存系统的工作过程,对此系统还需补充:

    (1)如果各储罐都未采用保温措施,其在储存期间溶液和制冷剂最终都将达到环境温度,这就意味着必然存在散热损失.但由于发生终了浓溶液和从冷凝/发生器出来的水在进入各自储罐前都与来自稀溶液储罐的稀溶液(温度为环境温度)进行了热交换,散热量不会太大.散热损失对最终需要转换成冷能的潜能储存系统的经济性没有影响,过冷溶液反而有助于吸收过程.但散热对最终需要转换成热能(按热泵运行方式)的潜能储存系统的经济性有影响,在这种情况下最好对溶液储罐进行保温.