太阳能相变蓄热应用于吸收式制冷的研究

　　太阳能是一种清洁环保、可再生的新型能源,各国对太阳能利用技术的研究始于20世纪70年代后期,太阳能空调技术也随之出现。专家预测,到2020年太阳能将可满足约10亿人的能源需求,这为改善我国用能需大量依靠进口的现状提供了出路[1]。我国太阳能资源丰富,可利用阳光辐射时间很长,南方每年有6~8个月可有效吸收太阳能,北方每年也有4~6个月的时间可应用太阳能技术[2]。太阳能空调技术的应用正好与季节特性相吻合,一年之中夏季温度最高,空调负荷最大,所需制冷量也最大,而此时太阳辐射最强,太阳能输出能量也最大,太阳能空调提供的冷量也最大。可利用太阳能的制冷系统主要有:压缩式制冷系统、蒸汽喷射式制冷系统、吸附式制冷系统及吸收式制冷系统等,其中吸收式制冷系统发展最为成功[3]。20世纪90年代真空管太阳能集热器和溴化锂吸收式制冷机大量进入市场,二者的工作温度恰好衔接,使实现太阳能制冷成为可能。

　　太阳能是典型的低品位不稳定热源,受集热器影响,收集利用太阳能光热存在时效低、成本高的问题,导致尚未普及的太阳能空调系统的不稳定性和间断性,而弥补这两种缺陷达到太阳能驱动连续循环的效果是普及此新型空调系统的关键因素。因此,可在系统中增加蓄能装置改善性能。传统的蓄热措施主要利用蓄热材料的温度变化储存显热能量,即采用增加热水容量和增强保温效果的方法[4]。但是显热蓄热比热容小,且取热放热温度变化大,不利于投放市场。

　　固液相变蓄热是指利用蓄热介质熔化或凝固的固液相变过程吸收或放出潜热能量的特性进行热量储存和释放的方法。其主要特点是:介质的固液相变潜热蓄热值远大于其单相显热蓄热值,因此储存同样多的热量所需介质质量较少,占用装置体积也较少[5,6]。而且蓄热放热过程可以在很小温差范围内进行,这正是太阳能空调系统适应用户需求和商业开发的理想条件。因此在充分参考前人研究成果的基础上,提出把太阳能固液相变蓄热技术应用于吸收式制冷系统,并实验测量蓄热装置放热过程热工参数及计算系统效率。

　　1 相变蓄热装置及放热实验

　　1.1 相变蓄热装置工作原理

　　相变蓄热装置内部结构如图1所示。该装置用来储存和输出太阳能光热,所用复合蓄热材料热物性参数见表1。

　　此装置在入水口处由布水器注入低温水与蓄热单元换热,复合相变蓄热材料罐装在单元中。装置对外放热通过放热盘管完成,以水作为导热介质充入放热盘管,产生较高温度热水加热吸收式制冷系统中的发生器。在制作装置时,根据所需蓄热量大小确定装置尺寸和蓄热单元数量,根据放热速率要求增减放热盘管长度和尺寸,另外,为了减少能量损耗,在装置外壁敷设保温层以降低装置与外界的传热速率[7]。