【关键词】太阳能,热水器,冰箱,复合机,实验
【论文摘要】在一种新型的、可同时提供热水和制冷的太阳能热水器冰箱复合机实验装置上进行了一系列实验，通过改变该装置的工况，使之在不同的工况下进行性能实验，得出了该装置的最优工况，为将来的进一步研究打下基础。
研究背景
随着地球人口的急剧增加，资源消耗加速，能源危机加剧，人类的命运受到日益严峻的挑战。利用取之不尽，用之不竭的丰富的太阳能，是当前国内外解决能源危机的重要手段。得到了日益重视和开发。我国是一个太阳能资源非常丰富的国家，这些资源都在白白浪费。以河北、山西等地为例，该地区的太阳辐射年总量在586～670 kJ／cm2，相当于燃烧标准煤200～230 kg。可见，有效地利用太阳能对于我们这个人口众多的国家具有非凡的意义。其中，太阳能热水器是太阳能光热利用的一个典型，中国在太阳能热水器的发展上独树一帜。据资料统计，1992年世界太阳能热水器销售总量为95万m2，而中国为50万m2，超过世界总量的一半。资料进一步表明，我国太阳能热水器保有量将由1995年的430万m2发展到2000年的1253万m2，年均产销量为250万m2。若按每户使用2 m2的集热器，到2000年中国至少有500万用户使用太阳能集热器作为家庭用热水的主要渠道。除此之外，随着社会的发展，人民生活水平的提高，空调和冰箱被广泛地应用。因为当前被普遍应用的空调和冰箱都采用氟利昂制冷，但是氟利昂对大气臭氧层的破坏作用，对人类的生存提出了挑战。所以利用太阳能来进行制冷，达到绿色、环保的目的是当今世界众多科研人士的努力方向。把太阳能热水器和太阳能制冷有效的结合起来，达到太阳能资源的综合利用，在一边提供热水的同时，一边制冷是一个全新的思维，现在我们在实验室里已经让它成为现实［1～3］。
1 太阳能热水器冰箱复合机实验装置
该装置构建思想如下：将吸附式制冷的吸附床直接装入太阳能热水器的热水箱内，从而在白天太阳能热水器系统的集热器所收集的太阳能热量，既可加热热水箱的水，又可加热吸附床，加热吸附床将会导致吸附床内的吸附剂解吸制冷剂；而到晚上，将热水箱内的热水用尽或放入另一保温水箱内供用户使用，同时将冷水放入装有吸附床的水箱内，吸附床由于受到冷水的直接冷却，温度很快降低至所要求温度。此时，让吸附床内的吸附剂吸附白天解吸出来的制冷剂而产生制冷效果，系统所得到的冷量可通过蓄冷装置在需要时向用户提供冷量。图1是该装置的系统简图。
图1 太阳能热水器冰箱复合机实验装置
1．热水箱；2．热水；3．吸附床；4，7，10．阀门；5．冷凝器；
6．贮液罐；8．绝热箱；9．蒸发器；11．真空管集热器
2 热水器冰箱复合机实验结果和分析
为了对该装置的性能有一个全面的了解，找出该装置的最优工况，先用电加热模拟太阳能。对太阳能集热器而言，通常集热器接受的平均太阳能辐射能量为500 W／m2，故选用1500 W的电加热器来模拟3 m2的集热器所收集的能量。在电加热器的电路上安装上了一个控温器，为了改变吸附床的最高解吸温度，来观察该装置的制冷COP随最高解吸温度的变化。分别将水温控制在92℃，81℃，72℃，吸附床温度则相应控制在85℃，73℃，66℃，得到的实验数据如表1至表3所示。表1 实验1原始参数的数据记录
 表2 实验2原始参数的数据记录
 表3 实验3原始参数的数据记录
 实验1水温控制在92℃，吸附床平均温度为85℃，冰箱内放入水9 kg，热水箱内放入水120 kg(为了具有可比性，以后两组实验热水箱内水均为120 kg），系统共运行22.6 h，耗电16.95 kW.h，得到92℃热水120 kg，－1.5℃冰9kg。系统循环运行过程中相关的原始参数如表1所示。
实验2水温控制在81℃，吸附床平均温度为73℃，冰箱内放入水6 kg，热水箱内放入水120 kg，系统共运行22.8 h，耗电12.36 kW.h，得到81℃热水120 kg，冰箱内温度－1.2℃。系统循环运行过程中相关的原始参数如表2所示。
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