基于毛细管技术的太阳能吸附式空调Word文档格式.docx
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冷却系统对吸附床进行冷却，温度下降，吸附剂开
始吸附制冷剂，左边管道内压力降低，C2导通，C1关闭，蒸发器中的制冷剂因压力瞬间降低而蒸发吸热，达到制冷效果，制冷剂达到吸附床，吸附过程结束。
在此过程中，吸附床放热Q2，被冷却水排除到系统之外，蒸发器从环境中吸收Q3的热量。
以上只是最简单的模型图，由上可知单台吸附床工作时制冷是间歇式的，不能连续制冷，要达到连续制冷的效果，必须使用两台或两台以上的吸附床，交错运行，制冷的循环就连续了。
1.2．太阳能吸附式空调系统的优点
吸附式制冷所使用的制冷剂是对环境相对友好的物质（甲醇，氨，水等）不采用氯氟烃类制冷剂那样会破坏臭氧层的物质，值得开发；
吸附式制冷可采用太阳能驱动，不仅对电力的紧张供应可起到减缓作用，而且不污染环境；
安全性能高，无运动部件，适用广；
太阳能固体吸附式制冷技术还有能有效利用低品位热源，噪声低，寿命长等优点。
2、毛细管辐射式空调末端系统简介
系统以水作为冷媒载体，通过均匀紧密的毛细管席（一般管体4.3mm*0.8mm，间距20mm）辐射传热。
由于该系统所需的夏季冷冻源供水温度只需17-19度供回水温度，冬季只需32-30度供回水温度，大大低于常规水空调夏季7-12度和冬季45-40度供回水所需的能耗，因而系统更节能。
2.1．工作原理
毛细管辐射空调系统一般采用4.3X0.8mm的PPR塑料毛细管组成的间隔为10mm–30mm的网栅，犹如人体中的毛细管，起到分配、输送和搜集液体的功能。
在网栅中和人体毛细管中的液体流动速度基本相同，都在0.05–0.2m/s之间。
同时人体皮下组织的毛细血管与周围环境成功地进行了传热交换，达到自身温度调节的目的。
2.2．主要特点
结构特点：
毛细管辐射空调是集分水式结构，具有换热面积大、壁薄导热性好、换热均匀、水力损失小的特点，决定了毛细管网是一种高效的换热器。
“面大壁薄”是毛细管网用于热交换的核心优点。
材料特点：
制作毛细管辐射空调的原料是PP-R、PE-RT等可热塑性塑料，可热熔成型，绿色环保，同时具有耐高温、耐高压、耐腐蚀的特点，因此有广泛的推广应用领域，是理想的高效换热器。
使用特点：
毛细管辐射空调薄、柔、轻，因此安装方便、覆盖层可以薄，铺装面积可以大，因此可以有效利用低品位能源，实现节能和舒适效果。
免维修：
一般每片管网在出厂前都要经过10倍工作压力（2MPa）的长时间严格测试，安装完成后还要用1MPa压力对整个系统进行测试，当时如果出现漏点可以热熔焊接方式安全修复。
日常使用中一般不会有损坏，可免维修
2.3．主要用途
用于热湿独立处理空调系统，辐射供暖制冷，用能品位低，可以提高空调机组的能效，或直接利用可再生能源。
用于制作呼吸式空调墙（又称重力循环空调），调温调湿，使用方便，受限制条件少。
用于供暖，可以替代传统散热器或普通地板采暖，安装方便，供热效率高。
用于农业大棚，利用土壤的蓄热能力，均衡大棚内昼夜及季节的温差，提高大棚的生产效率。
用于制成毛细管网箱，作为地表水（海水、江、河、湖泊水等）源热泵的前端集热，集热效率高、不受环境的水质影响。
这种毛细管网箱也可以收集生活污水、热电厂和炼钢厂等工业废水的余热，高效回收利用可再生能源。
利用毛细管网的加工工艺和塑料优良的理化性能可以制造各种暖通空调、给排水产品，在农业、工业和民用领域用途广泛。
3、关于基于毛细管技术的太阳能吸附式空调
我们小组结合以上两个系统的优点，设计了基于毛细管技术的太阳能吸附式空调，以徐州地区一间普通的平房为例进行了设计计算。
以下为设计的详细步骤
3.1．系统原理图如下
3.2．设计参数计算
房间尺寸6m×
4m×
3m，窗户尺寸1m×
1.2m
3.2.1．室外空气计算参数
徐州夏季气象资料
通风温度
空气调节温度
空气调节日平均温度
计算日较差
空气调节计算失球温度
最热月日平均温度
室外平均风速
31
34.8
30.5
8.3
27.4
27
2.9
北纬34˚15'
东经117˚11'
《采暖通风与空气调节设计规范》第2.2.10条规定：
夏季空调室外计算日逐时温度（
）按下式计算：
式中
－夏季空调室外计算日平均温度，《规范》规定取历年平均不保证5天的日平均温度（˚C）；
－室外空气温度逐时变化系数，按表2－1确定；
－夏季空调室外计算平均日较差（˚C）
3.2.2．冷负荷计算
（一）外墙和门的冷负荷计算
外墙和屋面传热引起的冷负荷
可按下式计算：
－外墙和屋面的面积，m2；
－室内计算温度，oC
－外墙和屋面传热系数，W/m2·
oC，根据外墙和屋面结构查表确定；
－外墙和屋面冷负荷计算温度，oC，根据附录查表确定；
W
同理得门的冷负荷为：
（二）窗户的冷负荷计算
通过窗户进入室内的得热量有传热得热和日射得热量两部分，日射得热量又分成两部分：
直接透射到室内的太阳辐射热和被玻璃吸收的太阳辐射热传向室内的热量。
（a）窗户传热得形成的冷负荷
本窗户为一个金属框3mm标准玻璃，主要计算参数6.4W/m2·
K。
工程中用下式计算：
——窗户传热系数，W/m2•K；
——窗户的面积，m2；
——计算时刻的负荷温差，℃。
（b）窗户日射得热形成的冷负荷
资料得双层金属窗框80%玻璃的面积系数
=1.2，因而，窗户的有效面积为：
F=1.2×
2×
1.2=2.88
且由资料得玻璃窗的遮阳系数为
=1.0，同时玻璃窗的内遮阳系数
=1.0，由徐州的纬度34°
15′得出日射得热因素的最大值
=486W/m²
。
由于徐州位于纬度34°
15′以北，属于北区，查资料的
当量值0.08，将各项代入公式，即可得出玻璃窗日射得热引起的逐时冷负荷
W
（三）地面的冷负荷计算
舒适性空气调节区，夏季可不计算通过地面传热形成的冷负荷。
（四）室内得热冷负荷计算
（a）照明设备
照明设备散热量属于稳定得热，一般得热量是不随时间变化的。
根据照明灯具的类型和安装方式的不同，其得热量为：
荧光灯
——照明灯具所需功率，kW；
——镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时，取
=1.2；
当暗装荧光灯镇流器设在顶棚内时，可取
=1.0；
——灯罩隔热系数，当荧光灯罩上部有小孔（下部为玻璃板），可利用自然通风散热与荧光灯顶棚内时，取
=0.5~0.6；
而荧光灯罩无通风孔者，则视顶棚内通风情况，
=0.6~0.8。
（b）人体散热
查资料得，成年男子散热：
显热61W/人，潜热73W/人；
房间人数为4人。
于是人体散热量为：
——成年男子散热量，W；
——室内全部人数；
——群集系数。
工作场所
影剧院
百货商店
旅店
体育馆
图书阅览室
工厂轻劳动
群集系数
0.89
0.93
0.92
0.96
0.90
由以上计算的冷负荷为2550W。
故单位冷负荷为106.3W/
3.2.3．集热器及毛细管面积的计算：
采用太阳能真空管集热器
热力循环计算参数：
热力计算的设计工况：
制取的空调水温度为11˚C，则可取蒸发温度为6˚C，蒸发压力为0.9345kPa，冷凝温度为35˚C，吸附剂的解附温度为116˚C，其他各状态点的参数如下表所示：
状态点
温度
/˚C
压力
/kPa
比焓
/（kJ/kg）
比熵
kJ/（kJ/K）
1
116
174.65
2700.2
7.1723
2
34
5.318
142.38
0.4913
3
6
0.9345
25.21
0.0913
4
2512.6
9.0015
循环性能系数COP：
循环制冷系数COP是制冷量与吸附/脱附器热负荷之比。
在此循环中，单位制冷量为
，
单位热负荷为
则：
循环制冷系数
所需太阳能集热器面积的计算：
由资料的徐州市日均太阳辐照强度为26MJ/㎡▪d。
设定每天系统运行10小时，则所需能量为25.5kW▪h，那么用于吸附/脱附热负荷的热量需求应为42kW▪h。
设蒸发室保温效率为90%，集热器热效率为90%，则每天由集热器吸收的能量至少为：
则集热器面积为：
选用集热器规格：
58×
1800需要44根
依据论文数据，换热器中的水温取11
选用毛细管网规格：
4.3×
0.8
换热量
辐射面积22㎡
3.2.4．系统安装与布置图
集热式吸附器的安装，采用外观为玻璃板集热器，内胆为不锈钢，外管为玻璃保温层采用进口聚氨酯超厚发泡。
制冷管的冷凝器采用蛇形螺旋管，管径可以选为毛细管的2~4倍。
一方面要使热交换满足循环达到最大脱附速率时的需要，另一方面又要使冷却水在管道中的阻力系数足够小。
复合吸附剂块的选择，其成分以13X沸石粉为主，制作中将沸石粉与某种对水具有较好吸附性能的硅溶胶类粘结剂，然后和水以700kg/
填充到集热器管的内胆，集热器关两端采用法兰密封。
绝热储液器，参考论文数据，安装高度取1.4m，大概取40L，采用钢支架进行支撑。
4、存在问题
4.1．冷辐射表面是否会结露
辐射系统的辐射表面温度一般低于露点产生才会结露，采取合理有效的除湿新风系统可以保证冷辐射表面温度始终高于露点，同时在各个房间最容易结露位置安装露点传感器，当检测到有结露危险时，冷水会自动被关闭，确保万无一失。
1）高温冷源：
系统采用11℃高温冷水，同时保证毛细管网铺设足够的面积。
2）露点保护温控器：
每个房间均配置露点温度保护系统，智能室温控制、确保万无一失。
4.2．毛细管网是否会阻塞
在合理设计、施工前提下，毛细管网不会出现阻塞现象，原因如下：
1）结垢问题：
水温大于60℃的情况下，水中的钙镁离子才会析出，形成水垢，毛细管网系统所需水温范围是18℃-40℃，不会有水垢问题产生，同时由于毛细管网内壁非常光滑，即使有轻微水垢产生，也不会形成阻塞。
2）大颗粒物阻塞：
系统均配置了过滤装置，防止大颗粒物进入毛细管。
3）系统中其他管道对毛细管网的影响：
对于大型系统设计时一般采用独立循环系统，通过板式换热器与大系统隔开。
4）耐腐蚀性：
系统采用了耐腐蚀的管道及阀部件，PPR材料耐腐蚀性非常好，可长期耐受酸碱溶液（PH值1-14）。
5）生物粘泥：
螺旋脱气阀能将溶解在水中的空气主动分离并排除，将系统的水维持在空气含量非饱和状态，系统含气量约减少到0.5％，如此小含量空气内的氧气量则不会对系统造成腐蚀和产生生物粘泥。
5、经济性分析
集热器需要44根，每根20元，共880元；
毛细管网的计算单价1元/m，需要的长度为1572m，共1572元；
防结露温控器500元
其余各结构造价大约为1000~1500元
总计4000~4500元
6、前景展望
虽然基于毛细管技术的太阳能吸附式空调造价较一般空调造价高出2000元左右，但其具有节能环保，更符合人体舒适性的要求。
在对装修要求较高的别墅群、高级公寓楼、高级办公楼、高级宾馆等具有很好的需求。
作为一种新兴的环保能源利用技术，基于毛细管技术的太阳能固体吸附式空调是符合当前能源、环境协调发展的总趋势的。
7、结束语
太阳能固体吸附式制冷空调还处于起步阶段，技术工艺等尚不成熟，市场条件不具备，但是其环保的效应和对能源紧缺的当今时代的适应性是传统空调不可比拟的。
关键是如何解决存在的缺点，比如：
如何改进吸附剂的传热性能。
因此，应加大以下三方面的研究：
1）强化吸附剂的吸附性能，开发新型吸附剂，增大制冷量。
2）.强化传热，提高吸附剂的传热性能和单位吸附剂的制冷功率，减小制冷机的尺寸。
3）研究新的热循环，开发吸附吸收相结合的新型制冷机。
相信在社会的大力支持下，毛细管网太阳能固体吸附式制冷空调一定能得到长足的发展，走进千家万户。
参考文献
1.朱明善，颖编，林兆庄，彭晓峰编著.工程热力学
2.刘鉴民著.太阳能利用原理
技术
工程
3.许泳著.太阳能驱动的固体吸附式除湿空调系统研究
4.王如竹，王丽伟，吴静怡著.吸附式制冷理论与应用
5.王如竹，代彦军编著.太阳能制冷
6.王如竹，丁国良等著.最新制冷空调技术
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