太阳能喷射与间接蒸发耦合制冷系统的性能研究

摘要

随着社会的快速发展和人类文明的不断进步，能源短缺和环境污染的问题日益受到重视，将环保清洁类的可再生能源用于空调领域具有重要的意义。在前人研究太阳能喷射制冷与其它制冷系统复合供冷的基础上，本文提出了一种太阳能喷射与间接蒸发耦合制冷系统，根据耦合系统中两子系统的性能特点，选取半干旱地区甘肃省兰州市为研究地点，对耦合系统进行如下研究： 1、构建了太阳能喷射与间接蒸发耦合制冷系统，间接蒸发冷却子系统采用蒸发式冷凝器与间接蒸发冷却器于一体的形式，当喷射制冷子系统运行时用作冷凝器。建立系统相关部件的计算模型，结合焓湿图对系统工作过程进行热力学分析，设计耦合系统的运行策略。上午8:00-13:00，间接蒸发冷却子系统为空调房间供冷；14:00-18:00，太阳能喷射制冷子系统为空调房间供冷，以实现耦合系统的最佳运行状态和最大程度的节能； 2、根据喷射器的基本结构、工作原理，以三大定律和气体动力学为依据，建立了喷射器的计算模型，利用Fortran语言编写的喷射器设计程序求得设计工况下喷射系数和喷射器结构尺寸； 3、基于兰州地区的气候特点，利用TRNSYS软件计算办公房间供冷季的逐时冷负荷，并对太阳能集热系统进行模拟，从三方面比较了直接蒸发冷却器、间接蒸发冷却器分别与太阳能喷射制冷系统耦合时，供冷的适宜性。结果表明：1）在保证室内温度的前提下，经间接蒸发冷却器供冷后，室内空气相对湿度在45%-60%之间，舒适度可达到一级标准，而经直接蒸发冷却器供冷后，相对湿度在60%以上，处于二级舒适度范围，舒适度等级较低；2）间接蒸发冷却器可运行时间长于直接蒸发冷却器，有效降低喷射制冷子系统的运行时间，从而减少集热器的面积，极大地降低系统初投资；3）间接蒸发冷却器冷却后的空气洁净度更高，室内空气品质好，利于工作人员的身体健康和工作效率的提高。即间接蒸发冷却与喷射制冷系统耦合更适宜； 4、分时段研究室外气象参数对两子系统性能的影响情况。结果表明：湿球温度越低，间接蒸发冷却子系统的送风温度越低，所需送风量越小，制冷量越大且能耗越低；太阳辐射照度越大，转化的热能越多，太阳能喷射制冷子系统的制冷量越大。据此，合理分配两子系统的运行时间，充分发挥了二者的供冷优势，实现系统的连续供冷； 5、提出了将蒸发式冷凝器用于太阳能喷射制冷子系统，对比分析不同种类冷凝器对喷射制冷子系统性能的影响。结果表明：制冷剂流经蒸发式冷凝器时，冷凝温度最低，对应喷射系数、制冷量最大，系统的热性能系数 hCOP 越高； 6、对耦合系统在典型日和整个供冷季的制冷量、耗电量和综合性能进行分析。结果表明：典型日内间接蒸发冷却子系统的最大 mCOP 为17.72，太阳能喷射制冷子系统的最大 mCOP 为10.8，且喷射制冷子系统平均 mCOP 较小，因此增加间接蒸发冷却子系统的运行时间有利于提高系统的综合性能系数；整个供冷季制冷量对于冷负荷的满足率达100%，其中间接蒸发冷却子系统制冷量为100.04kWh,可为空调房间提供47%的冷量；相同制冷量的条件下，传统压缩系统耗电635.05kWh,而耦合系统耗电126.37kWh,可节约电能80%；耦合系统的日平均综合性能系数达13左右，远高于传统压缩制冷系统，显示出极好的工作性能和发展潜力。

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