液体除湿空调中的化学蓄能实验分析

1、，文章编号：（）太阳能在液体除湿空调中的化学蓄能实验分析高文忠”柳建华。邬志敏，张青（上海理工大学，上海；上海海事大学，上海；上海海洋大学，上海）摘要：太阳能液体除湿空调系统是一种利用太阳能等低品位热源的节能空调系统，集热器集热性能和溶液化学蓄能特性是影响太阳能利用的重要因素。本文中再生器采用逆流式填料塔，氯化锂作为除湿剂，以真空管集热器作为集热源，实验分析了不同再生温度时，真空管集热器集热瞬时效率和化学蓄能特性。实验结果表明：真空管集热器瞬时效率呈凹形；较高的溶液再生温度有利于太阳能利用率和溶液化学蓄能能力的提高，再生溶液温度一般为一：。关键词：太阳能；液体除湿；瞬时效率；蓄能中图分类号：文

2、献标识码：、，（，；，；，）：。，鹏，：；。：；前言太阳能囚其固有的间歇性和波动性以及和空能再生器进行了相关研究，发现入口溶液的质量流量越大，传质系数越大，但该系统受环境影响较大，高湿地区再生效果差，空气灰尘极宜混杂在溶液中，另外溶液还对管道和集热器有较大的腐蚀性。年和建立了闭式自然对流太阳能再生器蒸发模型，并和开式太阳能再生器作了比较研究。采用太阳能集热水器加热水，间接加热再生溶液实现再生的方式，增加了换热损失，太阳能的利用率降低，但其克服了调需求负荷的不匹配性，其能量转化和储存在太阳能液体除湿空调系统运行过程中显得尤为重要。太阳能集热器是系统运行的主要能量来源，集热器所吸收的太阳能用于加热

3、再生溶液，提高其表面蒸汽压，向空气释放水分。对于太阳能集热板再生器，等人在年对开式太阳收稿日期：基金项目：中国高技术研究发展计划（计划）（）万方数据（年第卷第期流体机械环境污染和腐蚀的不利因素。对于液体的蓄能特性，和研究表明氯化锂、氯化钙等的蓄能密度可达以上。等人研究认为蓄能密度和空气及除湿溶液流量有密切的关系旧。对于真空管集热器应用在液体除湿空调上的集热特性、供热效率及化学蓄能特性之间的关系，至今国内外鲜有报道，本文在对真空管集热性能和溶液化学蓄能理论分析的基础上，实验研究了不同再生温度下的集热和化学蓄能特性。太阳能集热及溶液再生系统太阳能集热系统太阳能集热系统吸收太阳辐射转化为水的热能，用

4、于对再生溶液进行加热，用以提高溶液表面水蒸气分压力。为了提高集热效率，系统采用全玻璃真空管进行集热，总采光面积，支架倾角。，东西方向放置。被加热的水集中到的热水箱中，热水箱内设有额定功率为的辅助电加热器，当太阳能集热器供能不足或波动时，采用调节补足热量需求。溶液再生系统溶液再生系统如图所示。排至大气室内排风图太阳能集热及溶液再生系统不意为了取得较好的实验效果，系统采用氯化锂作为除湿剂，并添加了铬酸锂（：。）作为缓蚀剂。填料选取具有克服沟流、壁流现象及放大效应的型丝网波纹规整填料，再生器采用逆流式填料喷淋塔，截面积尺寸，高。填充有高的型丝网波纹填料，万方数据并在塔顶设计了除飞沫器，有效地防止液体

5、飞沫夹带问题。太阳能吸收及化学蓄能原理真空管集热效率真空管是构成太阳能集热器的核心部件，它主要由内部的吸热体和外层的玻璃管组成。吸热体表面有光谱选择性吸收涂层，该涂层有较低的红外发射率，可以明显降低吸热板辐射热损失，同时吸热体和外层玻璃之间保持高真空度，有效地降低了真空管内空气的传导和对流热损失。真空管后面设有漫反射器，提高太阳能吸收效率。真空管的集热效率是衡量真空管集热性能的最重要的指标，其效率计算式为：叼瓦而。谚一。叫。叼而警万一一），）式中吸收管外径，。集热管中心线间矩，。匕集热器板单位面积的直射辐射量，集热器板单位面积的散射辐射量，集热器热转移因子，。厂加热管吸收的热量，吮集热器总热损

6、系数，（）集热器流体进口温度，环境空气温度，真空管集热器总吸热量由四部分辐射量组成，即：（）集热器正面照射到集热管的直射辐射量；（）集热器正面的直射辐射穿过管间隙照在漫反射板上，再反射到集热管上的辐射量厶。；（）集热管直接拦截的散射辐射，：；（）集热器正面来的散射辐射穿过集热管间隙，照在反射板上又反射到集热管的辐射量厶那么，集热管吸收的总热量。（）（砌）；（）仃巧护，（）曹（）（）式中厶法线直射辐射量，。直射阳光对集热管的入射角，。（力）遮挡系数（）。集热管的入射角为，集热管的，下（法向吸收系数），（法向透射系数）值实验测量参数凤漫反射板的反射系数旷一直射阳光通过集热管间隙照在漫反射板上的光带

7、宽度，：光带对集热管的形状系数（）该散射辐射下平均入射角取时的，值稻集热管投影面积，卜散射光带对集热管的形状系数，当。时，（似）。散射辐射下平均入射角取时的下，值（丁），该散射辐射下平均入射角为时的，值太阳能的化学蓄存原理太阳能在液体除湿剂中是以化学能的形式存在，在无特殊储存条件下不存在热损失，且蓄能潜力大，是冰蓄冷能力的倍，而且可以在的较低的温度下有效再生。氯化锂再生溶液的蓄能能力是储存的浓溶液的吸湿能力。经过除湿后的稀溶液经过热水加热，并再生后储存起来，也就储存了相应的化学能。使用时，利用储存的较高浓度的溶液对空气进行除湿降温，产生了冷量，和其他蓄能形式的作用是一致的。文献对蓄能密度作了定

8、义：单位体积稀溶液浓缩成一定浓度的浓溶液所需的能量，即：“。（。一如）（。吐如）（一（手诅偌。）刎（）式中一蓄能密度，吐诅溶液的进口质量，。、抽溶液出、进口填料塔质量浓度，越一进再生器溶液密度，水的气化热，由式（）可以看出，溶液进、出再生填料塔的浓度比是决定溶液蓄能密度的关键因素，在某再生温度下，溶液的饱和浓度是一定的，因此温度决定着浓度的上限，故再生溶液温度是影响蓄能密度的主要外在因素，太阳能集热系统供热能力的高接决定着溶液蓄能能力高低。另外，有学者研究表明，空气、溶液质量比（）也是其重要影响因素之一。，万方数据通过实验分析研究太阳能的转化效率和溶液蓄能特性，需要进行测量的实验参数如下：（）

9、真空管太阳集热器采光面上的辐照度及散射辐照度。，环境温度。，太阳直射入射角，传热工质（水）的进出口温度。，流量。这里需要说明的是传热工质的进出口温度测定对象不是单个真空管，而是整个集热系统。（）填料再生塔溶液进出口的温度“，进出口质量浓度厶、手。，流量。，；空气进出的温度曲，湿度曲和流量打；辅助电加热器功率吒。实验及结果分析本次实验的主要内容有：太阳能集热系统的供热能力及瞬时效率；太阳能的蓄能转化规律；生温度对太阳能利用的影响。实验中各进口参数：太阳能热水流量；溶液进口温度一抽。；溶液流量一；溶液体积；溶液初始浓度越抽：；进口空气温度血血。；进口空气湿度凼：；空气流量面椭。为了提高实验数据的可

10、对比性，选择晴朗天气进行天实验，第到第天溶液再生温度分别设为、和。实验从早晨：开始，起初热水和溶液预热阶段，关闭再生空气送风，待溶液预热到设定温度后，：开启再生送风，整个集热和再生系统开始记录数据，：终止数据记录。太阳能集热系统供热性能采用动态测试方法测试太阳能集热器的集热性能旧。式（）是太阳能真空管集热器效率的理论计算方法，而实验是从能量守恒得角度，分析研究太阳能实际的供热能力，以整个集热系统为整体，其瞬时效率计算式一：。，（。一抽）（）（）式中。应于平均工质温度。的传热工质比热，【（）太阳能集热器的集热面积，式（）的意义是太阳能集热系统工质水系统实际获得的热功率和太阳能辐射功率之比。年第卷

11、第期流体机械图为天测定日的环境温度的变化，如图可看出，日内的温差不大，变化趋势类似，且最高温度不大于。（，满足实验测试温度要求。爹馘理掣鹭：时刻图环境温度变化图为再生溶液温度、时溶液由初始浓度为，运行，终浓度分别、和过程中太阳能供热特性曲线变化。占棒岜爆僻言春盗音邑舡春（）。，以“，鲫。苦邑氍吞时刻（）正。，。，。图太阿能供热效率万方数据由图可以看出，天实验过程中，卡【同时段的辐照度相差不大，且变化趋势也基本一致，辐射度最强时刻出现在中午：前后，其值的大小主要和直射阳光对集热管人射角的大小有关。三种再生温度下，太阳能集热系统的瞬时效率呈凹形曲线，即早晚较高，中午最低，和太阳辐照度变化正好相反，

12、形成这种现象的原因在于太阳能集热器的真空管结构，结合式（）可以看出，真空管吸热量有直射辐射和散射组成，当集热管的结构及放置位置固定后，由于真空管集热器具有圆形吸热体，其直射辐射吸热特性不因太阳东西向入射角变化而变化，只受真空管横截面太阳辐照度强弱影响。而散射辐射受太阳入射角变化影响较大，当入射角增大时，更多的阳光落在反射板上，虽然有部分能量经反射后被真空管吸收，但更多却辐射人环境当中，故中午太阳直射时，真空管的集热效率达到最小值，这和传统的平板式太阳能集热器正好相反。另外，该实验结果足建立在能量守恒的基础上，当集热器提供的能量高于再生用能时，瞬时效率也相应变低，如图（）所示。因此，以真空管太阳

13、能作为供热热源设计液体除湿空调时，其瞬时效率应作为重要参数，另外，再生温度对太阳能利用效率影响较大，温度不宜过低，以本实验台为例，不宜低于。太阳能的化学蓄能转化特性实验图为不同再生温度下，再生过程不同时段的热量供应分配情况。图是相应时段的总加热功率条件下，不同再生温度时的化学能蓄能力。比较图、图可以看出，在再生温度较低时（如），再生能量约基本来自太阳能，对于系统来说，较大限度的减少了高品位电能的利用，但由于在该温度下，再生溶液表面水蒸气分压力和再生空气水蒸气分压力差较小，溶液的化学蓄能能力有限，同时随着再生过程的进行，其蓄能能力降低也较快，且整个过程的太阳能利用效率也较低，通过图（）可见。当再

14、生温度提高到。时，辅助电加热随着太阳能供热能力变化，通过调节补足其余部分，保持总加热功牢稳定在约左右，此目寸太阳能的供热能力发挥到最大，效率最高，同时由于再生温度的提高，溶液再生驱动势水蒸汽分压力差增大，溶液的蓄能能力增强，且蓄能能力随时口降低趋势趋缓。继续提高再生温度到达，总加热功率约，太刚能供热功率相应各时段变化不大，增加的主，要是辅助电加热功率，此时溶液的蓄能能力继续增强，如果以蓄能功率曲线下面积作为累计蓄能能量计算，在。时，蓄同样多的能量耗时最短，但此时耗费的高品位电能比例也较大，不过可以通过增加太阳能集热面积的方法，在保证较高再生温度的情况下，降低对高品位能源的依赖程度，当然在阴雨天

15、气或者过渡季节，电能依然是主要的能量来源。如果再提高再生温度，就限制了常压流态太阳能热水一般低于。的能力范围，同时考虑换热温差，因此，就本实验台而言，从提高溶液蓄能能力的角度，再生温度不宜低于，但也不要高于。一每嚣吞（）时刻“。，“。时刻时刻（）。，越越。（）“。，“。图不同时段热量供应分配占鲁蔷零号雒雷时刻时刻时刻（）越“。，越越。（）“。，“。越。（）。，吐“。图溶液蓄能能力变化结论，（）：（）真空管集热器因其结构特性，受太阳入射角的影响，瞬时效率在一天中呈凹形分布，中午辐照度最大时，效率最低。由于系统能量守恒，当再生温度较低，即再生负荷低于集热系统供热负荷，供热瞬时效率低于真空管理论瞬时

16、效率；（）随着溶液再生温度的提高，溶液蓄能功率明显提高，且随再生时间的衰减速度趋缓，但对高品位能源的消耗变大。综合考虑提高太阳能利用效率，减少高品位电能消耗以及化学蓄能转化能力，系统没计时宜选用较大采光面积的集热系统，溶液再生温度宜介于；参考文献施明恒，杜斌，赵云太阳能液体除湿空调系统再生和蓄能特性的研究太阳能学报，（）：副王志峰全玻璃真空管太阳能空气集热器热性能试验方法研究太阳能学报，（）：王如竹，代彦军太阳能制冷北京：化学工业出版社，：，（）：（下转第页）万方数据年第卷第期流体机械保证率始瑟新示。此时令褒众厅，过渡季节毙重最大的各观众厅过渡季节返最带能潜力，主要结论为：（）结合房间的上、下

17、限切换温度和全年室外温度分布麓律，基于空调系统实际运行的需要，设定了过渡季节时间节点；根据节点的不同，划分的总体节能量为，总通风节能率为，各厅平均通风温度不保诞率为。各工况，归纳工况划分的基本思路和方法。在过渡季蕾对间节点内，箨开冷热空溺，塞褒通风繁能；芒蚓拦拉匿霆（）引入过渡季节通风温度不保谖率的定义，对过渡季节通风工况下室内温度不满足设计要求的概率进行评估；（）探讨通风节能率毋和通风温度不保证率占之闻的麓约关系，体褒了节能与室内舒适性的图各观众厅通风节能量及设计风量比较关系；（）过渡季节通风节能量，通风节能率谚和通风温度不保诞率君均等过渡季天数戎线性正比例关系；（）通过各观众厅通风蕊能量的对比，褥到：蓉蚤、。设计通风量较大的房间，其过渡季节通风节能潜力较大。参考文献务惩众厅缓号】，图各厅的咖与口分析，从图可见，设计风量最大的一号观众厅通风节能鳖最大，占厅过渡季通风节熊总量的。可见，设计风量越大的房间，越具有过渡季节通风节能潜力。故设计风量较大的房闯是过渡季通风节能工捧的重点。结论【】。刘簇高大厂房空调通风耦合运行研究上海理王大学硕士学位论文，巾嚣