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1、可再生能源S. Rosiek, F.J. Batlles摘 要在过去的几年中,太阳能空调系统已经在蓬勃的发展。它在欧洲南部地区已经被认为是可利用的方法。在许多国家(尤其是在西班牙)，这主要是由于一年的从冬天到夏天的这一段期间更多的使用制冷、热系统而引起的日益增加的高用电量。在本文中,我们将分析的行为太阳能辅助空调系统安装在太阳能研究中心大楼。该系统主要由平板太阳能集热器和简单溴化锂水吸收式制冷机组的构成。在对各种各样的发电机、吸收塔,冷凝器,蒸发器温度的研究中，采用了不同的操作方式进行了分析性能系数(COP),实验结果表明,性能系数在0.6左右。本论文的主要目的是为了描述开发建设的特点和太阳能
2、辅助空调系统。另外还可以通过分析发现，各系统经营策略和太阳能系统的运行参数的最佳条件。1 介绍建筑领域的设备已经对工业化国家的总能源消费产生重大影响。例如, 在德国大约40%的终端能源需求致力于空间供热和家庭热水1；在西班牙大约16%的整体能源消耗是跟建筑领域有关。因此,许多的能源政策和策略通过降低二氧化碳排放量来解决气候变化对降低建筑能耗的影响。被动式太阳能建筑的建筑物越来越流行被作为智能的方式来设计和建造更多的节能建筑，以及提高室内舒适度2。进一步减少对能源消耗、能源成本和减少二氧化碳的排放的建筑物,才能实现由采取积极主动的技术,如太阳能光伏阵列和太阳能集热器3-5。近年来,研究一直致力于
3、提高吸收制冷系统。太阳能制冷技术上已被证明是可行的。这是由于其冷却与太阳同时出现高峰负荷电力供应太阳能应用特别有吸引力。其次,机械蒸汽压缩电冰箱需要大量的能量为他们的操作。除此之外,最近的研究表明传统的蒸汽压缩系统工作流体,是导致臭氧层耗竭温室效应。然而, 在许多情况下吸收制冷系统利用廉价的热、太阳能、生物质能或地热能源来源,而供应是可以忽略不计的成本。此外,这些系统的工作流体对环境不会产生破坏6、7。太阳能研究中心位于阿尔梅利亚的大学校园。这座建筑已建成与使用能源效率达到生物气候标准。在单层建筑物包括一个1100平方米，10个实验室，5个办事处和一个会议室。这幢大楼里大约有40个的雇员工作,
4、 如果会议室也被使用的话，其最大可入住70人以上。会议室通常用于举办讲演或事件。这是一个特别的地方是由于与建筑物的其他房间相比具有较高的占用人数。空调在运行过程中，从上午9办公时间至晚上八时，从星期一到星期五。为CIESOL建设的运营时间是在白天，导致太阳辐射冷却负荷高峰期提供一个良好的匹配8。在某种意义上来说，它主要的目标是与太阳能资源的最大改善在大楼里,没有什么大的阻碍围绕。它是为导向与内部访问沿东南走廊和轴的通过中殿在阿尔梅利亚建筑最大的一处的立面。北立面的建筑已经减少了太阳能收益在整整一年。办公室坐落在东墙有几个小窗口,其主要目的是减少在夏季早晨的时候获得太阳能,但是仍然允许自然光进来
5、。西墙的外观没有窗户。在CIESOL建设太阳能辅助空调系统安装的主要目的，以支付其加热和冷却的需求。冷却系统是基于机器的吸收。上述系统2006年10月开始运作。撰写本文的主要目的是描述在加热和冷却方式对整个系统运行的热力学行为。我们将分析的平板集热器的阵列，吸收机性能系数，也是整个安装全球效率的行为。2 吸收原理的理论基础吸收式制冷循环是一个类似蒸汽压缩循环，吸收或蒸发效应发生时有不同的蒸汽压力的液体和气体的在物质基础上进行交换的阶段。这些类型的周期方面有蒸气压缩系统大范围的优势，它们需要较少的压缩效能，而且要采取一种方式来恢复从液态制冷剂的解决方案出台之前的蒸气进入冷凝器的制冷剂进入。这意味
6、着转移从相对高温源就可以了，例如，太阳能集热器田间热。另一个优点是，它的运作需要很少的移动部件，从而影响其使用寿命和维护水平9。一个制冷系统中吸收制冷剂,在这种情况下的水是次生物质吸收,又称为吸附剂(在我们的情况下,它是溴化锂)。与蒸气压缩系统相比，该系统的根本区别,是这一事实的压缩机替换集:吸收器、发电机、水泵、溶液热交换器和膨胀阀。图1显示了一种吸收循环的示意图。在吸收塔的溴化锂吸收制冷来自蒸发器(式1)。溴化锂的数量,溶于水的增加,溶液的温度不断缩水。在吸收塔冷冻水分发给带走释放的能量从溴化锂溶液中,以保持他们的避振器温度越低越好。在“a”, 泵的压力进入了叶子,在其增加到发电机(“b”
7、)。在发电机组、热转移从来源比较高的温度使蒸汽逃了出来,从溶液中,留下一个弱解的发电机。被解放了的蒸气继续冷凝器在2处和弱剩余处理在“c”流经阀门到吸收塔。回到了制冷剂进它的初始状态,以较低的压力、膨胀通过膨胀阀。在4处制冷剂混合物是一种二段式在低压。图1 吸收制冷循环的示意图系统的性能系数（COP）的定义为在蒸发器之间的热量吸收Qev商，并在采取Qgen热发电机，并从以下公式求得10,11： COP =Qev/Qgen=meCpe(Tee-Tle)/mgCp(Teg-Tlg) (1)；式中的性能参数：Qev系数是蒸发器的负荷,Qgen是高温送到发电机的负荷,me是蒸发器的质量流率(立方米/小
8、时),Cp是具体的热容量水(中油国际出价41.8 kJ /公斤/ K), Tee是进入蒸发器温度、Tle是离开蒸发器温度,mg是发电机质量流率(立方米/小时), Teg是进入发电机温度, Tlg是发电机离开温度。3 描述安装在建筑物太阳能研究中心的太阳能辅助空调系统阿尔梅利亚是一个位于西班牙南部地区。阿尔梅利亚的最大的优势是在欧洲接受太阳照射在这一年中超过3000小时,这使得它特别适用于利用太阳能系统。据阿尔梅利亚介绍, 阿尔梅利亚的漫反射和直接辐射水平的次序分别,1805千瓦时、1977千瓦时、527千瓦时。年平均价值正在日常的最大的和最小的21.1、13.5。这些参数表明非常可能在建筑物使
9、用太阳能系统。考虑到上述方面，我们安装了太阳能辅助空调系统覆盖该建筑物的供暖和空调冷负荷的太阳能研究中心大楼。首先，我们计算了本年度加热和冷却需求，分别为8124千瓦时和13255亿千瓦时。供应用于加热或冷却的能源需求，要么我们都计算了平板集热器的领域，它的是面积160平方米。安装吸收机的方式用于覆盖的冷却需求的70千瓦的制冷量。3.1太阳能辅助空调系统的总体方案图2 吸收式制冷系统的总方案图2说明了一个太阳能辅助空气调节系统，这是作为能源用于加热和冷却时期的主要源使用的总体方案。该系统采用了平板型集热器的阵列，吸收机，冷却塔，两个热储水箱和辅助加热器。热水储存单位被用来作为热源系统在两个不同
10、的温度范围，使系统更有效率。当没有满足需求，太阳能便积聚在储罐。当太阳能不足以加热水至所需温度的高低进口发电机，辅助热源提供给供应发电机。3.1.1 太阳能集热器图3 太阳能研究中心（太阳能平板集热器阵列排布）收集器Solaris CP1可作为热源使用,它是一种高性能、单釉面、选择性吸收涂层平板集热器,有一个孔面积的2.02平方米。由于对阿尔梅利亚的有利条件, 太阳能集热器介质的水没有任何添加剂。收集器阵列分成10行,每行有8个集热器,面对由于单位在南部和倾斜的角度30的水平线。确保水力平衡,收集器的行是并联的12,7。图3给出了高层建筑物的视野,太阳能研究中心集热器的阵列安装在其屋顶。3.1
11、.2 吸收机 这项工作的世界粮食理事会采用水矢崎公司生产的20个热水供应链驱动的单效溴化锂吸收式制冷机（为70千瓦的额定容量）进行了测试。该机组有70-95温度范围内进口发电机，以及冷却水入口温度24-31范围内，在下列条件下达到70千瓦的额定容量12：发电机入口温度 - 88（热源流量：4.8升/秒）；冷却水入口温度 - 31（冷却水流量：10.2升/秒）；冷冻水出口温度 - 7（冷冻水流量：3.06升/秒）；3.1.3 冷却塔一个模型苏尔寿EWK 100冷却塔的制冷量为170千瓦，被用于拒绝在24左右的吸收和冷凝和冷却水的供应和平行冷凝器吸收热量。在冷却塔的空气和水在密集的接触，蒸发部分的
12、水，这意味着蒸发水分所需的热量是从冷却水在此情况下获得的。通过对供水管道和喷嘴，在塔顶部的手段，返回热水喷按比例填充，从而形成了热交换表面，使水流通过这些渠道向下。在同一时间和采用同样手段的轴流风机，外部的空气被吸入，再往下在相反方向的水路径向上，创造其冷却。该蒸发水流量需要淡水的补偿增加。3.1.4 存储系统其主要目标是提供能量的时刻，当从平板集热器的电磁场能量出发是不够的，两个容量为5000升储罐每个被使用。一个热水箱太阳能集热器之间的领域和吸收机使用已报产量更高的系统效率，延长日常冷却时期。它还可以防止因机器的吸收的太阳辐射强度的变化循环10,7。为促进良好的储存罐中的温度分层，水是来自
13、第二台冷水机组，它是热的底部。太阳能收集是随吸收机使用而定。3.1.5 辅助热源作为太阳能热源备份，它是一个有着100千瓦的供热能力辅助加热器上。辅助加热器之间的连接吸收机和第二个存储罐系列。提到的加热器可以用来提高储存罐的热水温度的集热器阵列，如果不包括出口温度的加热或冷却的要求。它也可以用来覆盖了整个机组的必要性每当进贮热太低是有益的12,7。3.1.6 风机盘管一个风机盘管系统是一种热交换器管。换热器是由太阳能提供辅助空调系统提供热水或冷水。流体交流其在风机盘管和空气（热或冷）能量流动，加热或冷却空间。风机盘管机组是直接连接至吸收机器没有任何储罐。四种不同类型的风机盘管机是由于不同的安装
14、冷却空间。总的冷却空气质量的371.240Bru/小时。当冷却水出水温度低于7，热源阀门关闭，将再次打开时，冷却水出口温度升高到12。该装置可用于任何加热或冷却室内空气，取决于中央系统的运作模式。在加热过程中，供水/回水温度为45/408。3.1.7 控制系统图4 太阳能辅助空调及其控制系统该太阳能空调系统的性能监测和控制与数据采集系统控制（图4）。它可以很容易地改变参数和功能的影响，受研究控制性能的影响，容易改变。这种形式受完全自动监控系统管理的所有关键因素，选择了植物的控制的最佳途径。基本上，植物有许多测量分（传感器、流量计）。这项监测的目的是获得对整个系统的专门知识，并指出了它的优化步骤
15、，并检查安装质量。它还允许在不同泵和全州主要设备安装监测，具有快速介入，如遇问题的能力。一种控制系统传输的监测和控制信息的操作条件。该太阳能辅助空调系统控制系统还有一个好处。这是一个很好的工具，节省能源，因为它允许像热/冷配水温度和室内空气温度13-15许多参数的变化。3.2 操作模式表1 太阳能辅助空调系统的运行方式表1给出了不同太阳能辅助空调系统运行方式。首先,我们可以分为两个主要系统的操作模式-夏季和冬季模式。由于阿尔梅利亚的特殊气象条件,太阳能的巨大贡献,也成就了5个月(11月-3月)超过一年一加热太阳能研究中心建筑。在冬天模式该建筑物的供水温度超过45,主要由太阳能领域被冰雪覆盖的帮
16、助下储罐。在夏季模式大楼的供水温度是在7 - 12。在早上和下午,当太阳能水不充分涵盖加热或冷却的必要性,系统提供的水是从美联储热储罐。这些工作方式,仅仅依靠的一段时期,与此同时,第二个分区一年,与夏季模式取决于温度,发现在收集器的能量场和负荷分数的建筑8。正如我们可以在（表1）看到在夏季期间，我们可以工作在八个不同的操作模式。本表中提出的工作模式以说明了一个典型的夏季日的行动顺序。通常从约11时至下午5时，只有我们才能开始工作与太阳能冷却。对我们来说，主要目标是尽量减少辅助加热功能，工作由太阳能集热器提供的热量而已。经过2007年的夏天期间，我们可以说主要和更频繁的模式是太阳能冷却。4 结果
17、安装运行可靠,提供舒适的工作环境。2006年10月以来的太阳能辅助空调系统已经连续工作的要求,部分满足建筑在夏天所描述的冷却和在冬天的加热。下面,我们分析了平板集热器的效率。我们也研究了吸收式制冷机的一些季节的数据值，视运作模式和建筑物的负荷而定。所取得的经验及进展以及在调查期间获得的可能是对本系统的类型今后的设施非常有用。4.1 集热器图5 平板集热器的效率和温度图。 5演示收集的效率和离开平板集热器温度从二月到九月。可以观察到，在冬季太阳分数足以支付在太阳能研究中心建设，需要在温度为45加热的必要性，而均值离开平板温度始终高于60以上。即使在最冷的月份太阳分数足以支付建筑物的热负荷。每月的
18、工作效率，是因为在夏季气温变化30至50。在夏季，留下平板集热器的温度始终低于75以上，同时需要提供的吸收式制冷机的温度在65至88的之间。上述价值观的思考，我们可以看到，我们没有找到任何有关集热器的全年温度在离开，而不是取决于工作模式。表2 之间的关系质量流率和离开扁平集热器的温度日期时间mc（m3/h）Tamb()Tin()Tout()I(W/m2)7.1414：003.8134.475.589.8691.77.1514：0012.7335.683.687.3658.47.2214：005.1932.175.184.6702.17.2914：008.3737.381.286.9679.1表
19、2列出收集器的质量流率，环境空气温度，进出于不同天中午太阳能平板式集热器的温度和入射辐射强度。上表显示了集热器的温差针对不同集热器质量流量。我们可以看到，进出之间的平板式集热器温差较小的集热器质量流量大。 4.2 冷水机表3 太阳能辅助季节性的空调系统性能月份Qgen（KW）Qgen（KW）COPQgen（KW）s七月77.847.90.6647.3453.9八月70.140.60.6239.244.4九月89.137.20.4234.359.9表中：Qgen -热的生成器；Qev吸收式制冷机组的负荷；COP蒸发器的性能系数；Qcool意味着系数；s冷却生产全球系统的效率。表3载列在夏季交货的
20、热量对发电机期间的太阳能辅助空调系统的季节，每月数据的性能，蒸发器负荷，性能系数，制冷量和全球系统的效率16。 COP总是比40，七月和八月更高高于60，这是一个令人满意的结果。制冷量大约是40千瓦的发电机主要是由于进入了太阳能研究中心温度和建筑负荷的一部分。全球体系的效率被定义为制冷量之间的和有用的集热器的阵列能源（式2）和其夏季平均为50左右是由于集热器的商场能量损失：s=Qcool/Ec=meCp(Tee-Tle)/mcCp(Tout-Tin) (2)；式中：s是全球体系的效率，Qcool是冷却能力，Ec是有用的集热器的阵列的能量，me是蒸发器质量流量（立方米/小时），Cp为水的比热容（
21、4.18千焦耳/公斤/度），Tee是进入蒸发器的温度，Tle是离开蒸发器的温度，mc是集热器质量流量（立方米/小时），Tout是平板集热器温度，Tin是进入平板集热器的温度。 图6 六、七、八吸收式制冷机的温度值图6说明了在夏季三个月平均吸收式制冷机的温度值。所有这些温度取决于整个系统的运作模式，有一个关于业绩和冷却机的吸收能力系数的强烈冲击。由于这是我们在此期间曾进行了许多试验，有时比我们工作的最佳温度进入小发电机的温度。我们可以看到进入发电机温度始终在70，它的变异并非如此巨大。同时，蒸发器离开10左右的温度为8、9月份，并且15七月份，由于在太阳能研究中心建设的影响不同负荷分数以及该系统
22、的运行方式的许多变化。进入吸收器和冷凝器的温度为27和32，满足了运营厂商的条件。图7 吸收制冷机冷却容量曲线图7介绍了我们吸收机冷却容量曲线。它说明了冷却水进口温度约28的热水进口温度与冷却能力。我们可以看到进入发电机温度高于85，我们获得了70千瓦，这是根据从矢崎公司生产数据的冷却能力。 表4 进入发电机、吸收器、冷凝器热水温度及蒸发器的制冷能力时间Teg()Tle()Teac()Qcool(KW)7.2183.78.4827.868.58.137412.8428.25418.147013.527.4408.157012.0327.640.238.1669.812.8827.7440.17
23、8.2373.7610.6327.4739.38.2474.369.8827.3337许多分析证实了之后,它有可能控制机的容量吸收通过改变温度的热水进口。表4显示了进入发电机热水温度,进入吸收器以及冷凝器温度、蒸发器离开温度和冷却的散热能力。我们可以观察其制冷容量会改变根据冷冻水温度和温度的变化,进入发电机恒定冷却水温度27-28。我们可以看到,为了实现设计条件下的70万千瓦的散热能力和冷冻水温度的8.5的温度,我们需要进入发电机温水84的温度的冷却水温度。然而,当我们提供一个进入发电机温度比84低, 因为它出现在表的下方,冷冻水温度顺序的10-13的冷冻水温度，以便对我们的27-28冷却水的
24、温度会命令获取订单的40千瓦的冷却能力。换句话说,为了支持70万千瓦的冷却能力我们需要的温度高于80温水。表5 2007年COP和蒸发器的温度值载荷的影响日期负荷COPTeg（）Tlg（）Teg-Tlg（）Tee（）Tle（）Tee-Tle（）8.231000.6473.870.153.6714.410.693.78.241000.776.272.33.813.49.384.18.23520.4677.472.35.0612.869.53.398.24450.4969.0465.33.6611.569.232.328.27410.4479.2774.34.9713.310.43.38.2730
25、0.3378.673.125.4910.688.222.46表5列出2007年8月在数天内对发电机和蒸发器的温度和太阳能研究中心建筑物的负荷性能系数。计算的发电机的COP值和蒸发器质量流率相同的值。正如我们所看到的太阳能研究中心建设（100），COP值更高的相同的负载发电机温度升高。当冷负荷增加时，对吸收式制冷机发电机的温度低，增加冷却水温度17。因此可以很方便地增加了蒸发器的温度尝试使用尽可能高的温度的冷冻水。换句话说，COP值保持足够高，我们需要高发生器和蒸发器的温度，它是非常容易实现后者。在实践中，我们可以较容易地管理COP在0.6左右。如果吸收系统在小型发电机工作温度较低，因此COP值
26、，然后在存储系统温水中增加的可用性。图8 蒸发器的进出温度和时间图8介绍了一天内蒸发器的进、出温度随时间的变化。我们可以看到，从下午二时三十分在这些温度下的行为变化，随着时间增加而增加约3，后保持不变。这是由于在该建筑物的负荷变化，因为直到下午2:30我们已经有大约52建筑物的负荷，同时，从下午2:30我们有100的这个建筑物的负荷。在其他场合，我们可以观察到建筑物的负荷有一个极其重要的机器吸收参数。4.3 环境效益 表6 能源和二氧化碳减排太阳能研究中心建设热负荷（常规）冷负荷（常规）热负荷（太阳能电站）冷负荷（太阳能电站）能源需求（KW/Y）812413255812413255能源消耗（K
27、W/Y）81241325510083172CO2排放量（kg/Y） 朗读显示对应的拉丁字符的拼音609399417562379储存的电能（KW/Y）00711510082由于CO2节能节电（kg/Y）0053367562我们希望对太阳能辅助空调系统分析,利用空调系统的能量和环境的优点。因此，我们将比较与位于大学校园也是传统建筑的生物气候太阳能研究中心建设，具有的加热/冷却空间的大小相同。在表6我们可以理解的能源需求，并为这两栋大楼在全年用电量。能源节约和向大气中的二氧化碳排放量减少，由于采用太阳能辅助空气调节系统，也被提出。正如我们可以看到，在太阳能研究中心建设，我们每年可以节省大约1.7万千
28、瓦时，二氧化碳约13吨。然而，我们的情况更复杂，因为在太阳能辅助空调系统安装辅助加热器。总二氧化碳排放的计算考虑到由于常规发电和排放由于煤气灶加热二氧化碳排放量。正如我们可以看到，在太阳能研究中心建设，我们可以每年节省大约1.7万千瓦时，二氧化碳约13吨。在我们的情况下，所有的二氧化碳排放到我们避免吸收式制冷机的行动表示感谢。这是节约了大量的电力（特别是在冬季）。 5 结论这项工作提出了如何在被动和主动式太阳能技术，良好的匹配可以带来节约能源的令人瞩目的成果清楚地表明现有经营建设的真实数据。该项目的主要目标是最大限度地提供了太阳能热制冷和供热系统能源利用，并尽量减少使用辅助加热器。我们尽量声明
29、，太阳能辅助空调系统覆盖整个加热和冷却的需求。在一年的时间内，我们可以看到，在太阳能领域能够提供足够的能量供应在夏季模式吸收机，足以覆盖整个供暖需求。我们还注意到，在全年的辅助加热器的贡献是微不足道。我们想强调的热水箱，这个系统非常有用，不仅在寒冷交替时，太阳能热水过低，涵盖了吸收机器方面的需求，而且必须在在上午的时刻启动。在夏季，对性能和冷却能力系数的平均值分别计算，获得了0.6秩序和值分别为40千瓦。参考文献1 Badescu V,Scire b.可再生能源为被动住宅供暖:第1部分.建筑的描述. 能源建设2003年,35:1077-84.2 Flores Larsen S, Filippi
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