第31卷第2期
2010年2月
太阳能学报
ACTAENERGIAESOt,ARtSSINICA
V01.31.No。2
F曲..2D】O
采用抛物面槽聚焦集热器的太阳能双效吸收式
制冷系统的性能研究
韩崇巍,季 杰,何 伟,裴 刚
(中国科学技术大学热科学和能源工程系,合肥23t1)26)
摘要:建立了采用抛物面槽聚焦集热器(PIE)的太阳能双效LiBdl-120吸收式制冷系统的理论模型,对其性能进
行了数值模拟,研究了运行温度对系统总效率的影响,计算结果显示:Frc在高温工作条件下具有非常高的集热效
率;运行温度为173.5℃时,系统总效率最高,达到0.8250;与采用复合抛物面聚焦集热器(CPC)和高效真窄管集热
器(ETc)相比,采用Pl℃的太阳能双效吸收式制冷系统具有最佳的系统性能;相同条件下,选用FIE时集热面积最
小,但由于lie的价格很高,导致系统成本很高。
关键词:太阳能制冷;眦;双效;LiBr/H20;性能
中图分类号:T1019;I"1361+6文献标识码:A
0引 言
目前,太阳能制冷主要有3个研究方向:太阳能
吸收式制冷、太阳能吸附式制冷和太阳能喷射式制
冷。其中,太阳能吸收式制冷技术相对最成熟,且已
有较多应用实例¨。J。
太阳能吸收式制冷系统主要包括吸收式制冷机
和太阳集热器两部分。目前所研究的太阳能吸收式
制冷系统大多采用的是单效LiBr/H20吸收式制冷
机【3卅,这主要是因为单效LiBr/H20吸收式制冷机
结构简单、对热源的
要求
对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗
相对较低,选用普通的平板
集热器或真空管集热器与之匹配即可。双效LiBr/
H20吸收式制冷机的COP较高(1.2—1.5),但对热
源的要求也高,其运行温度通常在120~160℃[8],因
此需要选用高效的集热器,如FIE、CPC和高效ETC
等。文献[9~11]对采用了双效taaaH,O吸收式制
冷机的太阳能吸收式制冷系统进行了研究,结果
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
明系统具有很大的节能潜力和很好的经济性;远大
空调有限公司开发出了采用FIE的太阳能双效U.
Br/H20吸收式制冷系统,并已投入商业应用H2i。
FIE具有反映灵敏、集热效率高和工作流体出
口温度高等优点,应用于太阳能吸收式制冷系统中
可以使系统具有较高的能量效率。本文通过数值模
拟,对采用了FIE的太阳能双效LiBr/H20吸收式制冷
系统的性能进行了研究,讨论了运行温度对系统能量
效率的影响,并与采用CPC和高效ETC的太阳能双效
LiBaH:O吸收式制冷系统的性能进行了对比
分析
定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析
。
1 系统结构
如图1所示,系统主要由PTC和双效LiBr/H20
吸收式制冷机两部分组成。本文中,制冷机选用的
是并联流程的热水型双效LiBr/H20吸收式制冷机,
其主要部件有:高压发生器、低压发生器、高温热交
换器、低温热交换器、冷凝器、蒸发器、吸收器、节流
装置、溶液泵及冷剂泵等。
系统运行时,PTC由跟踪系统驱动,跟踪太阳,
获得的高温热源水送入高压发生器,驱动制冷机完
成制冷循环。
2理论模型
2.1 PTC
如图2所示,FFC主要由抛物面反射板和真空
集热管组成,作者在以前的工作中已经对其理论模
型进行了详细描述:通过对玻璃外管、吸热管和工作
收稿日期:20084Y/.14
基金项目:国家自然科学基金(50708105);安徽省自然科学基金(070414161)
通讯作者:季杰(1963一),男,教授、博士,主要从事太阳能利用方面的研究。jijie@mail.ustc.edu.∞
万方数据万方数据
2期 韩崇巍等:采用抛物面槽聚焦集热器的太阳能双效吸收式制冷系统的性能研究 151
图l太阳能双效LiBr/H20吸收式制冷系统结构示意图
Fig.1Schematicdij炉ofthesolar-drivendouble-effectLiBr/心Oabsorptioncoolinssystem
流体分别建立能量平衡方程以及PIE的太阳跟踪 1
角度和沿轴线的光强分布的计算,对PIE的热性能 。,1
进行了理论研究,并与实验进行了对比,模拟结果与 诗1
实验结果相差在4.6l%以内,两者吻合较好(图3、 舍1
图4),验证了模型的合理性【13’14I。本文中仅给出主 嚣1
要的方程。 鞣
吸热管
冷却水
(mn)
冷冻水
(m∞
工作流体 时刻
图2抛物面槽太阳能聚焦集热器结构示意图
Fig·2SchematicdiagramofPI'C
2.1.1跟踪角度
对于水平放置、单轴跟踪的眦:
tanp。=sin(),础。一y。)/tana。(1)
式中,卢。——抛物柱面开口面的倾角;y幽——真空
集热管的方位角;),。——太阳方位角;口。——太阳高
度角。
2.1.2玻璃外管的能量平衡方程
图3 2005.08.08集热器出口水温实验值和模拟值的比较
Fig.3Comparisonofexperimentalandsimulatedvaluesof
outletwatertemperature.2005—08—08
p\
赠
*
口
豸
稚
霰
撩
时刻
图4 2005.08-11集热器出口水温实验值和模拟值的比较
Fig.4Comparisonofexperimentalandsimulatedvaluesof
outletwatertemperature,2005-08·11
卯加∞加m∞粥∞加∞卯
万方数据万方数据
152 太 阳 能 学 报 3l卷
以^强3t=Asks等+IdagD"一
7rD"h。(t—t)一‰丌Ds,。£。盯(《一%)一
zrD“hr,g.abB(Tg一‰) (2)
式中,,毋——真空集热管接收到的太阳辐照强度,
w/m2;口。——玻璃外管吸收率;As——玻璃外管横
截面积,mz;Dg,i——玻璃外管内径,m;矗。——玻璃
外管热传导系数,W/(m·K);^。——玻璃外管外表面
对流换热系数,W,(m2·K);t——玻璃外管温度,
K;强——吸热管温度,K;t——环境温度,K;
巩,——天空温度,K;矗吣.如——玻璃外管和吸热管
之间的辐射换热系数,W/(m2·K)。
2.1.3吸热管的能量平衡方程
m岫A籼等=u如等+(徽‰‰。一
7rDabB,。^吣,abB(‰一t)一兀Dab6,ih。(气一L)(3)
式中,^。——吸热管内表面与工作流体之间的对流
换热系数,W/(矗·K);傲——有效透过率与吸收率
乘积;L——工作流体温度,K。
2.1.4工作流体的能量平衡方程
a丁
P,C"A,寄=~
I=7r
(4)
7【D蝴h。(%一T。)一m。c”等
式中,m。——工作流体的质量流量,ks/s。
2.1.5FFC的集热效率
17=m。C¨(L,。一L’In)/(IcAc)(5)
式中,,。——投射到抛物面上的太阳辐照强度,W/
m2;Ac——抛物柱面开口面的面积,m2;咒.。和
L.油——分别为ErIC的出口和进口流体温度(对应
图1中的马和r。。),K。
2.2双效并联LiBr/H:O吸收式制冷机
在稳态工作条件下,双效并联LiBr/H2O吸收式
制冷循环在LiBr/H。O溶液的缸菇(焓一质量分数)图
上的表示如图5所示。各部件的质量平衡和热平衡
表示如下【15’埔】。
1)溶液、冷剂的质量平衡方程
∑mi-0 (6)
式中,m——溶液或冷剂的质量流量,kg/s;i——各
部件进出口状态点。
2)LiBr的质量平衡方程
图5双效并联LiBr/H2O吸收式制冷循环在
LiBr/H20溶液的h-x图上的表示
Fig.5Absorptioncycleofdouble-effectparallel·flow-typeOR
h-xdiagramof“Bf,H2Osolution
芝:m涵=0 (7)
式中,m——kBr/H20溶液的质量流量,kg/s;名——
LiBr/tt:O溶液的质量分数。
3)热平衡方程
Q=KA3T=∑mihi(8)式中,口——部件的热负荷,W;卜换热系数,W/(舒·K);4——换热面积,舒;△卜对数平均温
差,K;^——比焓,J/kg。
4)制冷机性能系数(coP)
COP=QE/Q琳 (9)
式中,Q。——制冷量,w;QHG——热源水在高压发
生器中的放热量,W。
余珏等¨61利用卜述双效制冷机模型对双效
系统进行了模拟,模拟结果与实验结果相差在
4.6%以内,证明该模型是较可靠的。
3 系统参数
PTC的规格参数如表l所示[12’;根据文献[15]
的计算方法,对热水型双效并联LiBr/H20吸收式制
冷机进行参数
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
,设计参数如表2所示。
4结果与讨论
利用上述模型,对采用PTC的太阳能双效LiBr/
H20吸收式制冷系统的性能进行计算,并与采用
万方数据万方数据
2期 韩崇巍等:采用抛物面槽聚焦集热器的太阳能双效吸收式制冷系统的性能研究 153
表1 PTC规格参数
Table1 FIEspecifications
参数名称 参数值
聚光比
抛物柱面反射板开口口径
抛物而焦距
玻璃外管
外径,内径
透过率/吸收率
吸热管
外径,内径
吸收率/发射率
反射板反射率
工作流体
跟踪方式
66
2.3m
0.92m
0.047m,o.045m
0.90/0.06
铜
0.037m/0.035m
0.94/0.06
0.8
水
南向水平单轴跟踪
表2双效并联IABr/HzO吸收式制冷机的设计参数
Table2 Designparametersof山e'absorptionchiller
参数名称 参数值
额定制冷鼍Q。
溶液分配比R
冷冻水出门温度L,
冷却水进口温度五。
热源水质鼍流量m
冷冻水质量流量rtg,。
冷却水质量流量r/t..
溶液循环鼍耽
高压发生器换热面积A。配
低压发生器换热面积A。。
高温热交换器换热面积Atmx
低温热交换器换热面积A吸
冷凝器换热面积A,
蒸发器换热面积A。
吸收器换热面积A。
16kW
O.5
7℃
32℃
0.2033kg/s
0.S46Skg/s
1.2504kg/s
0.0820kg/s
0.4674m2
0.78(10矗
0.50r75If
O.3402秆
0.5499m2
1.4780矗
1.8883矗
CPC和高效ETC的太阳能双效LiBr/HEO吸收式制
冷系统的性能进行对比,计算流程如图6所示[I6|。
CPC和高效ETC的效率分别如式(10)、(11)所
示‘17J:7:o.6008_0.8526堕盈吐必(10)
叩:o.53_1.7堕虽吐出(11)
式中,t——环境温度,K;卜一投射到集热器上的
太阳辐照强度,W/秆。计算过程中,取t=32。C,
,:800W/m。
表3给出了在不同集热面积条件下,分别采用
PTC、CPC和高效ETC的太阳能双效LiBr/H20吸收
式制冷系统达到稳定T作状态时的件能参数。其
中,乃和乃。分别为集热器出U和进口热源水的温
度,即流人和流出高压发生器的热源水温度;Q。为
制冷量;p为太阳能吸收式制冷系统的总效率,定义
为集热器效率呀和制冷机COP的乘积H副。
妒=叩。COP (12)
从表3可以看出,三套系统的性能具有相似的
变化规律:随着集热面积的增大,集热器效率叩降
低,制冷机COP和制冷量增加。这是因为,集热面
积越大,获得的热源水温度越高,导致集热器热损越
大,效率越低;而在其它运转条件不变的情况下,
LiBr/H20吸收式制冷机的COP和制冷量随热源水
温度的升高而升高¨8l,因此集热面积的增大有助于
制冷机性能的改善,但过高的热源水温度将导致吸
收式制冷机发牛结晶故障,对于本文中所选用的吸
收式制冷机,计算结果表明,当高压发生器进口热源
水温度高于203.O。C时,高温热交换器出口浓溶液
产生结晶。
如丧3所示,在集热面积相等时,FFC的集热效
率最高,获得的热源水温度最高,而如上所述,LiBr/
H20吸收式制冷机的COP和制冷量随热源水温度
的升高而升高,因此与采用CPC和高效ETC的太阳
能吸收式制冷系统相比,采用PTC的太阳能吸收式
制冷系统的制冷机COP更高,制冷量更大,系统的
总效率更高,系统总效率可以达到0.80以上,而采
用CPC的太阳能制冷系统的总效率小超过0.59,采
用高效ETC的太阳能制冷系统的总效率不超过
O.37。此外,由于采用PTC的太阳能吸收式制冷系
统的总效率最高,因此需要的集热面积最小,计算结
果表明,在本文给定条件下,为获得额定的制冷量
(16kW),需要PTC、CPC和高效ETC的集热面积分
别为23.98、35.46和69.11m2。
太阳能吸收式制冷系统的总效率妒由集热器
效率叩和制冷机COP共同决定,集热器效率叩随热
源水温度的升高而降低,而制冷机COP随热源水温
度的升高而升高,因此存在一个热源水温度使系统
的总效率最高。图7~图9分别给出了采用PTC、
CPC和高效ETC的太阳能双效LiBr/H20吸收式制
冷系统的集热器效率呀、制冷机COP和系统总效率
p随热源水出VI温度的变化曲线。从图中可以看
万方数据万方数据
154 太 阳 能 学 报 3l卷
四
输入:K№K』.KI,K|'K^,Km,KB,A№Al』=,
Al:,A¨A^,AH麒,Amx’,rb,‰mll,m14'TII,Ti舅R
广1丽—}一l!丛生!!iQI’
计算:m7,嘶H,m10.mmmmml5,kh¨'h15,T9.厂再加
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否_匕—·———r][K+。ⅨA旧。△km,够(妁IlK。慨A∞。△71凶I—’':>\主!竺!—矿/
计算:hm%·,AT,一(,一,^Ⅲ,7知l
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图6计算流程图
Fig.6Simulationflowchart
表3太阳能吸收式制冷系统的性能参数
Table3 Performancepara/netergofthesolarabsorptioncoolingsystems
篓羹眦帆15饿眦墨:√酊眦盏眦m最眦
Tio/。C 135.73122.32112.25152.08133.28119.17168.29143.91125.16184.21154.19131.06
出,随着热源水出口温度的升高,太阳能吸收式制冷
系统的总效率妒先升高,达到某一峰值后开始下
降。对于分别采用PIE、CPC和高效ETC的太阳能
吸收式制冷系统,热源水出口温度分别为173.5、
万方数据万方数据
2期 韩崇巍等:采用抛物面槽聚焦集热器的太阳能双效吸收式制冷系统的性能研究 155
152.5和132.80C时,系统的总效率达到峰值,峰值
分别为0.8250、0.5829和0.3694。
可见,采用PTC的太阳能吸收式制冷系统的总
效率远高于采用CPC和高效ETC的系统的总效率,
由于三套系统选用的是同样的制冷机,因此太阳能
吸收式制冷系统的总效率主要由集热器效率决定。
对比图7~图9中FIE、CPC和高效ETC的集热效率
随热源水出口温度的变化曲线可知:VIE的集热效
率最高,随着热源水出口温度的升高,其下降速度最
缓慢,计算结果表明,热源水出口温度由115℃升至
2000C,FIE的集热效率由0.6825降至0.6436,降幅
为5.7l%;CPC和高效ETC的集热效率相对较低,
随着热源水出口温度的升高,集热效率的下降速度
较快,计算结果表明,热源水出口温度由115℃升至
2000C,CPC的集热效率由0.5148降至0.4314,高效
E'IE的集热效率由0.3585降至0.1922,降幅分别为
16.2l%和46.40%。可见,与cPc和高效ETC相
比,FIE在高温下具有非常高的集热效率,采用眦
能够充分发挥双效吸收式制冷机COP高的特点,使
太阳能制冷系统具有很高的总效率。
图7运行温度对太阳能制冷系统性能的影响(PI℃)
rig.7EffectofoperatingtemperatureonthepI蜊fom粼of
thesystemwithPI℃
由于j套系统选用的是同样的制冷机,因此系统
的成本主要由集热器的成本决定。本文中选用的PIE、
Ck'C和EIE的价格分别为600、4130和40.5£,矗【17’19J。
表4给出了不同太阳辐照强度、选用不同类型
集热器的情况下,为获得额定的制冷量所需要集热
器的集热面积和相应的集热器成本。由表中可以看
出,在相同条件下,由于ETC的集热效率最低,所需
要的集热面积最大,但ETC的价格远低于FIE和
CPc,因此选用ETC时成本最低。然而,太阳辐照强
度较低时,选用ETC将不足以驱动制冷机获得额定
喜
毒
蔷
U
图8运行温度对太阳能制冷系统性能的影响(C代)
Fig.8EffectofoperatingtemperatureOHtheperformanceof
thesystemwithCPC
图9运行温度对太阳能制冷系统性能的影响(zrc)
Fig.9Effectofoperatingtemperatureontheperformanceof
thesystemwithETC
制冷量,为获得额定制冷量,需选用PTC或CPC。
PTC和CPC的价格相差不大,但PTC的效率更高,
因此集热面积更小。计算结果表明,太阳辐照强度
较低时,选用PI℃的成本更低,但随着太阳辐照强
度的增加,选用PTC与选用CPC的成本相差越来越
小。可见,选用PTC和CPC时,系统占地面积小,太
阳辐照强度较低时也可正常运行,但成本高;选用
ETC时,系统成本低,但占地面积大,且只有太阳辐
照强度较高时才能正常运行。在实际应用中,系统
的选取(包括制冷机类型、集热器类型和运行模式
等)需综合考虑地理位置、气候条件和使用场合等因
素的影响,作者将在以后的工作中对这一方面
内容
财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容
做进一步的探讨。
PTC在运行过程中需要对太阳进行时时跟踪,
跟踪精度是影响FIE集热效率的重要因素之一。
目前所生产的PIE已经具有了很高的跟踪精度,保
证了FIE具有很同的集热效率伽]。而CPC在使用
万方数据万方数据
156 太 阳 能 学 报 3l卷
过程中只需进行季节性地调整,ETC则不需进行调
整。与CPC和ETC相比,跟踪系统的使用增加了
PTC的机械复杂度,进而增加了由于机械故障而影
响系统正常运行的可能性。
表4获得额定制冷量所需的集热面积和集热器成本
Table4 Therequiredareaandc06tofcollectorwhenthechiller
operatesinratedcondition
5结 论
本文建立了采用PIE的太阳能双效并联LiBr/
H20吸收式制冷系统的理论模型,通过数值模拟对
其集热效率、制冷机COP和系统总效率等性能进行
了研究,并与采用CPC和高效ETC的太阳能双效吸
收式制冷系统的性能进行了对比分析,得出以下结
论:
1)与CPC和高效ETC相比,Fq'c在高温下具有
非常高的集热效率。热源水出u温度不高于2000C
时,PTC的集热效率保持在0.6436以1-.;
2)与采用CPC和高效ETC相比,采用PTC后太
阳能吸收式制冷系统的性能得到了明硅地改善和提
高,系统总效率H,达到O.80以上;
3)在一定的条件下,随着热源水出口温度的升
高,太阳能吸收式制冷系统的总效率先升后降。对
于分别采用PTC、CPC和高效ETC的太阳能双效吸
收式制冷系统,热源水f“f]温度分别为173.5、152.5
和132.8。C时,系统的总效率达到峰值,峰值分别为
0.8250、0.5829和0.3694;
4)在相同条件下,选用VIE所需要的集热面积
最小,但由于PTC的价格很高,导致成本很高;选用
ETC时成本最低,f口.集热面积很大,且太阳辐照强度
较低时,系统不能正常工作。因此,在实际应用中,
太阳能制冷系统的选取和设计需综合考虑地理位
置、气候条件和使用场合等因素的影响;
5)与CPC和ETC相比,FIE需要跟踪太阳,高
跟踪精度是保证PTC集热效率的重要前提之一;跟
踪系统的使用增加了由于机械故障而影响系统正常
运行的町能性。
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PERFORMANCESTUDY0FASoLARCooLINGSYS田EMⅥ,】【TH
PTCANDADoUBLE—EnmCTABSoR阿oNCHⅡ。LER
HanChongwei,JiJie,HeWei,PeiGang
(Oepanm删ofTherma/&蛔∽andEnergyEngineering,Universityof&ieneeandTedmologyofChina,ttefei230026,China)
Abstract:AnumericalmodelofthesolarcoolingsystemwithPTCandadouble.effectIJBr/Hz0absorptionchillerwas
setupfortllesimulationofthesystemperformance,andtheinfluenceoftheoperatingtemperatureontheoveralleffieien-
cyofthesystemWill8studied.TheresultsshowthatthePTCpossessesveryhighefficiencyathightemperature;theover-
allefficiencyofthesystemachievesamaximlllnvalueof0.8250atoperatingtemperatureof173.5。C;thesystemwith
PTCandadouble-effectLiBr/H20absorptionchillerhasbettersystemperformancecomparedwiththesolarabsorption
coolingsystemwithCPCOrETC;whenP1℃isused,itsareaistheleasttraderthesamedesigncondition,butduetoits
llighprice,thesystemcostisstillatahii小level.
Keywords:solarcooling;FrI'C;doubleeffect;LiBr/H20:performance
万方数据万方数据
采用抛物面槽聚焦集热器的太阳能双效吸收式制冷系统的性
能研究
作者: 韩崇巍, 季杰, 何伟, 裴刚
作者单位: 中国科学技术大学热科学和能源工程系,合肥,230326
刊名: 太阳能学报
英文刊名: ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA
年,卷(期): 2010,31(2)
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