%ad器集热与制冷性能研究及其经济分析

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1、万方数据万方数据第53卷第8期李春华等：太阳能真空管吸附集热器集热与翩砖性能研究及其经蒋分析．825．根据文献报道，目前国内外对太阳能吸附式制冷的研究成果一般是每平方米吸附床日制冰3～7kg，采用的吸附床大都是平板型结构L”⋯．西印度大学Headley等【71曾经用CPC型集热器以提高解吸温度，但是系统的制冷系数cOP只有002，制冰1．Ok·m．Enibe和110e一8以及Antonio等H1应用圆筒型结构吸附床，虽然在密封性和承压方面要比平板型好。但是由于对流和辐射散热较大．温度也难以提高到理想值．＆msal等-10J研究了太

2、阳能真空管集热器加热的srcb—NH3吸附制冷机，由于它是通过真空管加热空气，然后再用热空气对吸附剂床进行加热．这样两次传热过程必然会降低热利用效率．为了克服平板型吸附床易漏和普通圆筒型吸附床散热损失大的缺点，本文对一种真空管型吸附床进行了较详细的传热分析计算，同时从经济性角度探讨了其结构优化问题．1数学模型文中计算所采用的真空管吸附集热器模型截面如图1所示，由真空管、吸附剂分子筛、传质通道和背板组成其中，真空管的内、外层均为玻璃管，并且内玻璃管表面涂有太阳光选择性涂层，传质通道为多孔金属管．白天太阳光透过外玻璃管后在内玻璃管表面

3、被吸收转化成热能，继而通过热传导形式对吸附剂进行加热解吸．为便于分析计算，做如下假设：①计算过程中真空管吸附集热器内处于压力平衡态；②忽略吸附剂内传质阻力和气态制冷剂的导热作用；③吸附剂的热物性和环境温度为常数；④背板对太阳光的反射属镜面反射；⑤忽略传质通道中制冷剂流动时的对流换热．1．1吸附集热器热平衡方程整个吸附集热器的热平衡方程在柱状坐标系(图1)中建立如下．(1)吸附剂内部热平衡方程严，孥=a。等％去(，等)严一百“z虿“。而I7石／“专等Ⅶ㈨f警(1)+“z≯丽+mlo川瓦⋯(2)外玻璃管热平衡方程哳。‰等=‰等佩a。忐

4、争+^。(％k)+^。(t—k)十^。(丁。一丁0)十0露+0h+b目(2)(3)内玻璃管热平衡方程‰‰鲁=‰等+‰忐争+^Ⅲ(T昏一T∞)+^口(丁。一k)十b。r∞(3)(4)金属传质通道热平衡方程争慨+a椭哳鲁=‰孥+‰忐争+^“一k)(4)(5)背板热平衡方程因为金属背板通常很薄且其导热系数较大，所以文中以集总参数法对其进行热平衡分析研bc坤警=Q咄+口03b+so^止(L—Tb)(5a)s=(D一嚣≯(sn)初始条件：￡=0：丁；(z，rt尹)=丁田(z，尹)=丁i(z，P)=7’m(z，P)=L(6)边界条件：吸附剂z

5、_0，z咄警=or=％^：警=u丁。r=鼯^，警=k(kRg．1E删tedrubead9妇订功¨万方数据—二』翌兰二———～些三竺堡!!!三兰兰!!内、外玻璃管及金属管』z：oH：，：挈：o了、(T，r，0)=丁(z，r，360。)(8)热效率的计算：0I=州。(‘舡+‘舻一)(T罟l一丁d)(9)Q曲=州，r～△Hdz(Io)’fmⅡQ2=州：。。(丁口一L。)+m：r川』?z(T)dT(11)7=业丧垫(12)式中Q。，Q2分别是开始解吸之前和解吸之后加热吸附剂和吸附质所需的热量；Qk是脱附热；Q一是总辐射热．如图2所示．Fi

6、g．2p一_r—zgraph1．2内外玻璃管、两相邻真空管闻的辐射换热以及背板与玻璃管问的辐射换热和反光分析由于玻璃管的热导率较小，而且随太阳高度角的变化吸附集热器的受热面位置在不断沿周向发生变化，所以，为了更好地描述内、外玻璃管间的辐射换热，本文采用非均匀温度场进行分析．图3所示为内玻璃管表面上一微元面dFl所对应的外玻璃管上的辐射面范围(弧ABC)．两微元面dF】和dF2问的辐射换热角系数F塘3Ihdiati∞暗we蛐in兀盯arId0uter窖

7、asstub葛X1．2为x吒峨=甓严打-r=以晤订ij瓦瓦面一=删n(学)y=口

8、一odR对dF．的辐射换热量qdFl．扑，=难一F2(T缸一珞．)(17)应用真空管吸附集热器时，每根管内所填装的吸附剂质量通常不能太多．所以，为了满足一定的制冷量要求，需要将几根甚至几十根真空管进行平行组装．这样，两相邻真空管之间必然发生辐射换热作用．如图4中所示，对管01上微元dFl，管o，上可与它进行辐射换热的范围是弧BFc．根据图3中的类似方法可得出微元dFl与微元dF2间的辐射角系数xdP。，．同样可推出真空管吸附集热器外玻璃管与背板间的辐射换热关系式以及背板反射光影响，分别如图5、图6所示．2数值计算与分析根据上述分析

9、式式(1)～式(17)，以沸石一水为工质对对真空管吸附集热器进行了数值计算．计算中使用的一些基本参数为：环境温度L=33℃；外玻璃管的发射率E∞=O．9，吸收率a∞=O．05，Fig．4Radia廿onbet懈ncwoadjacentfub龉万方数