輻射供冷末端換熱與凝露機(jī)理及其與太陽能空調(diào)匹配特性研究.pdf

1、環(huán)境污染和能源危機(jī)是目前人類社會面臨的兩大主要課題,而消耗在空調(diào)系統(tǒng)上的能源占社會總能耗的比重越來越大。傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)多采用電壓縮制冷技術(shù),在消耗化石能源的同時,其制冷劑對環(huán)境的污染同樣不可忽視,尋求一種能夠利用可再生能源,且環(huán)境友好型的制冷空調(diào)系統(tǒng)意義重大。
　　本研究利用太陽能驅(qū)動的溴化鋰-水吸收式空調(diào)系統(tǒng),以太陽能作為其主要的驅(qū)動能源制取冷量調(diào)節(jié)建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境。系統(tǒng)運(yùn)行過程中,只使用少量的電能滿足循環(huán)水泵等動力部件的運(yùn)行,大

2、大節(jié)約了建筑物內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗。特別是在夏季空調(diào)季節(jié),能夠有效消弱用電高峰能耗,減小電網(wǎng)壓力。系統(tǒng)使用以溴化鋰-水為制冷工質(zhì)對的小型吸收機(jī)制取冷量,與傳統(tǒng)的電壓縮制冷空調(diào)相比,其制冷劑的ODP和GWP均為零,既不產(chǎn)生溫室氣體,也不會破壞臭氧層。對于地球環(huán)境保護(hù)意義重大。
　　在室內(nèi)空調(diào)末端的選擇上,系統(tǒng)采用毛細(xì)管輻射供冷板和新風(fēng)機(jī)組共同承擔(dān)室內(nèi)的熱濕負(fù)荷。輻射供冷末端能夠使用太陽能空調(diào)提供的高溫冷水,通過輻射的方式將冷量傳遞給

3、室內(nèi)環(huán)境,不但能夠提高太陽能空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率,還能夠減小室內(nèi)空氣的溫度不均勻度,改善室內(nèi)的熱舒適性。同時輻射供冷末端的蓄冷能力能夠減小系統(tǒng)蓄熱水箱的尺寸,降低太陽能空調(diào)系統(tǒng)的初投資。系統(tǒng)采用新風(fēng)機(jī)組配合輻射供冷末端,利用新風(fēng)機(jī)組承擔(dān)室內(nèi)的潛熱負(fù)荷,實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的獨立控制。新風(fēng)機(jī)組采用兩級冷卻,第一級預(yù)冷過程引入太陽能空調(diào)制取的高溫冷水,使用一臺電制冷機(jī)制取的低溫冷水將新風(fēng)處理到送風(fēng)狀態(tài)點來承擔(dān)室內(nèi)的潛熱負(fù)荷。這種設(shè)計能夠盡可能多的使

4、用太陽能空調(diào)制取的高溫冷水,減少系統(tǒng)對電能的消耗。毛細(xì)管輻射供冷板能夠改善室內(nèi)熱舒適性,提高太陽能空調(diào)運(yùn)行效率,然而其換熱能力不足及易于在表面產(chǎn)生結(jié)露的特點制約著其推廣使用,這是本文著重解決的一個問題。本課題對使用毛細(xì)管輻射供冷末端的太陽能溴化鋰-水空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行特點和制約其推廣的主要因素做了深入的研究,本研究的主要內(nèi)容及結(jié)論有:
　　(1)毛細(xì)管輻射供冷末端供冷能力主要受到毛細(xì)管內(nèi)冷水流速、冷水溫度及室內(nèi)環(huán)境溫度和相對濕度影響。

5、研究結(jié)果表明:綜合循環(huán)水泵耗能、冷水進(jìn)出水溫差以及毛細(xì)管輻射供冷板的換熱性能之間的平衡,建議此類毛細(xì)管的管內(nèi)流速為0.45m/s。隨著冷水供水溫度的降低或者室內(nèi)環(huán)境溫度的升高,輻射供冷板的換熱性能增強(qiáng)。
　　(2)由于輻射供冷末端冷水側(cè)和室內(nèi)環(huán)境溫度之間傳熱溫差存在,當(dāng)冷水供水溫度低于室內(nèi)環(huán)境的露點溫度時,輻射供冷末端表面不會立即產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。本文使用過冷度的概念來分析輻射供冷末端結(jié)露現(xiàn)象。過冷度定義為室內(nèi)環(huán)境露點溫度和冷水進(jìn)水溫

6、度的差值。過冷度在控制系統(tǒng)中的采用,能夠在預(yù)防毛細(xì)管輻射供冷末端表面結(jié)露現(xiàn)象產(chǎn)生的同時,最大限度的降低冷水進(jìn)水溫度,增加單位面積輻射供冷末端的換熱性能。研究表明,在26oC,60％的熱濕環(huán)境中,毛細(xì)管光管、毛細(xì)管金屬板以及毛細(xì)管石膏板的過冷度分別為3.2oC、5.4oC和6.5oC。
　　(3)與全空氣系統(tǒng)相比,輻射供冷末端與圍護(hù)結(jié)構(gòu)一起安裝,室內(nèi)輻射供冷墻面或輻射吊頂材料的蓄熱特性能夠維持室內(nèi)供冷表面溫度的穩(wěn)定性。對于太陽能空調(diào)

7、系統(tǒng),其制冷能力受到太陽能輻射強(qiáng)度的波動性的影響,往往需要較大的蓄熱水箱。在太陽能空調(diào)系統(tǒng)中使用輻射供冷末端能夠減小系統(tǒng)蓄熱水箱尺寸,降低系統(tǒng)初投資。同時能夠延長系統(tǒng)運(yùn)行時間,以本文采用的磚墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)為例,使用輻射供冷墻面可以將太陽能空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行時間延長78min。
　　(4)相比于空氣末端系統(tǒng),輻射供冷末端能夠直接將冷量傳遞給室內(nèi)的目標(biāo)人員,冷量傳輸效率高,冷量利用率好。作為室內(nèi)顯熱負(fù)荷去除裝置的輻射供冷末端能夠匹配較高溫度的