一种家用太阳能气泡泵吸收式空调的系统设计与技术经济性分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)上海理工大学 作者:谢应明

  为了有效解决传统家用空调的高耗电和噪声问题,开发了一种新型的家用太阳能气泡泵吸收式空调装置。该装置采用太阳能驱动溴化锂吸收式制冷机组,并以气泡泵代替传统的机械泵。在空调制冷量为16.5kW和制热量为18.0kW的设计要求下,通过理论计算选择内径为0.05m和沉浸高度为0.5m的气泡泵、集热面积为20m2太阳能集热器以及容积为1m3的蓄热水槽。最后,将该装置与普通家用空调进行技术经济比较,得出太阳能气泡泵吸收式空调有很大的优越性。

1、前言

  当前,我国的家用空调大多是采用蒸汽压缩式机组,由于该型机组需要消耗大量的高品位能源,因此在夏天造成用电负荷增加,同时室外机中压缩机等运动部件会产生噪声。为了解决这一系列的问题,我们设计了一种适合普通家用的太阳能无泵溴化锂吸收式空调系统。该太阳能无泵溴化锂吸收式空调一方面利用太阳能与天然气共同作为驱动能源,节约了对电能的消耗;另一方面该系统没有压缩机等运动部件,可以减少噪声;此外,由于使用LiBr-H2O作为制冷工质对,对环境几乎没有污染。

  本设计中采用太阳能集热器和气泡泵(由发生器、热虹吸管和分离器组成)驱动的单效溴化锂吸收式制冷机的组合系统。为了更好地满足普通家庭的要求,该空调机组的设计条件是:在标准制冷工况下,室外侧进风干/湿球温度为35/24℃时,制冷量达到16.5kW,进/出水温度达到12/7℃;在标准制热工况下,室外侧进风干/湿球温度为7/6℃时,制热量达18.0kW,进/出水温度达到40/45℃,并且能全年提供50℃的生活卫生热水。在该设计条件下,我们对吸收式制冷机的主要部件和太阳能集热器以及蓄热装置进行了热力设计计算。最后,将该系统与常规的户式中央空调和分体式空调进行了经济分析对比。

2、系统简介

  系统原理如图1所示。

系统原理

图1 系统原理

  工作流程如下:

  夏天制冷季节,2个三通阀的a端、b端打开,c端关闭。当太阳能充足的时候,关闭燃气加热器,太阳能集热器加热的热水首先进入蓄热槽,经过燃气加热器后,一部分进入吸收式制冷机的发生器用于驱动吸收式制冷机制取冷媒水,冷媒水进入风机盘管为室内提供冷风,另一部分进入生活热水管道用作生活热水。从吸收式制冷机流出并已降温的热水流回蓄热槽。当太阳能不足时,启动燃气加热器,对蓄热槽的热水进一步加热,使热水的温度达到使用要求。冬天供暖季节,2个三通阀的a端、c端打开,b端关闭,吸收式制冷机停止工作。当太阳能充足的时候,关闭燃气加热器,太阳能集热器加热的热水首先进入蓄热槽,经过燃气加热器后,一部分进入风机盘管,为室内提供热风,另外一部分进入生活热水管道用作生活热水。从风机盘管里流出并已降温的热水流回蓄热槽。当太阳能不足时,启动燃气加热器,对蓄热槽的热水进一步加热,使热水的温度达到使用要求。

  在过渡季节,2个三通阀的a端、b端和c端关闭,吸收式制冷机和风机盘管停机,当太阳能充足的时候,关闭燃气加热器,太阳能集热器加热的热水首先进入蓄热槽,再经过燃气加热器进入生活热水管道用作生活热水。当太阳能不足时,启动燃气加热器,对蓄热槽的热水进一步加热,使热水的温度达到使用要求。

5、结论

  (1)该型空调系统将冷凝器与吸收器的冷却方式由水冷改为风冷,去掉了冷却塔;另外以气泡泵代替机械泵并做了具体的设计,从而使小型溴化锂吸收式空调更适合住宅使用;

  (2)本文对气泡泵的特性按照两相流的理论并按照理想弹状流的模型进行了分析,通过计算气泡泵的流动阻力,对气泡泵的主要参数(直径、浸没高度、提升高度)进行了理论计算;

  (3)经计算要达到16.5kW的制冷量和18.0kW的制热量,该家用太阳能气泡泵吸收式空调的的太阳能集热器的安装面积为20m2,蓄热水箱的容积为1m3;

  (4)以设备的使用年限为20年计算,具有相同制冷量和全年运行性能的太阳能气泡泵吸收式空调与户式中央空调、分体式空调相比,太能能系统的年总费用最少。

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