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房间空调器的热力学完善度分析
通过对定速与转速可控房间空调器能效标准的分析,发现两类房间空调器的能效划分标准、划分等级以及制冷运行室外温度发生时间均有不同的规定.因此对国内市场上的定速房间空调器制冷量和制冷循环的能效比(EER)、转速可控房间空调器制冷量和制冷季节能效比(SEER)、以及定速房间空调器与转速可控房间空调器的能效等级现状等方面进行了调研统计.利用热力学完善度对两类房间空调器能效等级进行计算,发现2008版转速可控房间空气调节器的能效等级的热力学完善度偏低,根据热力学完善度相一致的原则,提出转速可控房间空调器新的能效标准等级的建议.
Abstract：
According to analysis on the energy efficiency standards of the constant speed room air conditioner and the variable speed type, differences between the two kinds of air conditioners exist in division standard, grades of energy efficiency and outdoor temperature starting refrigeration. Therefore, a survey was made about cooling capacity and EER as well as energy efficiency grades of the constant and variable speed room air conditioners. The thermodynamic perfectibility of the two types of room air conditioners was calculated for the performance evaluation. The calculation results show that energy efficiency standard of variable speed room air conditioners in 2008 is lower than that of constant room air conditioners. A new energy efficiency standard of the variable speed air conditioner is suggested in accordance with the consistent thermodynamic perfectibility.
作者单位：
天津大学机械工程学院 中低温热能高效利用教育部重点实验室 天津 300072
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热力完善度
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工作温度相同的实际制冷循环的制冷系数Ε与逆卡诺循环制冷系数`Ε_0`的比值，称为热力完善度，常用符号Η表示，即Η=`Ε/Ε_0`。它可用来说明制冷循环接近工作温度相同的逆卡诺循环的程度，所以也是制冷循环的一个技术经济指标。其中两个工作温度分别是低温热源和高温热源的绝对温度。
它与制冷系数的意义不同。制冷
热力完善度
系数与工作温度等许多因素有关，因此对于工作温度不同的制冷循环，只能根据循环的热力完善度的大小来判断循环的经济性的好坏。从数值上看，制冷系数可以大于1也可以小于1，而热力完善度始终小于1。这是因为理想的可逆循环实际上是不可能达到的。[1]
热力完善度 η=Eo/Ec
εc=(h2-h1)/(h1-h4)
G. 伽莫夫 / 暴永宁 译、吴伯泽 校 /．《从一到无穷大科学中的事实和臆测》：科学出版社，2002下载费用：5 皮蛋 &
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太阳能热电空调理论研究与性能分析 太阳能热电空调理论研究与性能分析 杜海龙，齐朝晖， 匡骁 (中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙410075) 针 _ ●●…。。。。。。’。。。。。。’。。。’。。。。。。’。。。’。。。。。。。’。。。。。。。。。。。’。。。’。。。。’。。。。。。。。。。。。。’●● ： 摘要：从能源利用及环境保护角度出发，设计了一种全新的太阳能热电空调，介绍了它的系： ：统组成特点、工作原理，并分析了影响其性能的因素。 ： ： 关键词：太阳能； 热电制冷； 空调器 ： ’●● 中图分类号：献标识码：A 文章编号：1 006—— 引言 经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，使 空调的使用越来越广泛，对于原本已经面临窘境的能 源供应提出了更加严峻的考验。此外，当前制冷系统 中使用的制冷剂定的破坏作用，传统的制冷技术由于大量使用以上 两类制冷剂而面临新的抉择，在寻找替代工质的同时， 人们也把目光投向了新的制冷方法的研究。 热电制冷具有无运动部件、无污染、无噪音、寿命 长、结构简单、体积小、可靠性高、负荷可调性强、效率 不随体积变化、直流供电、可反向加热等独特的优点。 太阳能具有资源丰富、取之不尽、用之不竭、无需开采 和运输、不会污染环境和破坏生态平衡等优点，经光电 转换得到的电能不但与热电制冷直流供电模式形成了 匹配，而且综合改善了热电制冷转换效率，降低了对原 有电力能源供应方式的过于依赖所带来的潜在威胁， 扩展了能源供应品种。 据此，为利用热电制冷在环境友好性、制冷迅速 性、应用灵活性等方面的优势，并充分利用太阳能这 一可再生的绿色能源，本文设计一种太阳能驱动的热电 空调器。 1 工作原理及系统构成 1．1太阳能热电空调工作原理 热电制冷是利用热电效应而取得，主要是帕尔帖 效应在制冷技术上的应用。半导体材料因具有显著的 热电效应、较高的热电制冷效率而广泛应用于热电制 冷中，对半导体热电偶通以直流电即可达到制冷或产 热的目的。太阳能热电空调系统正是利用半导体的热 电制冷效应，并将由太阳能光电转换装置所提供的直 流电供给热电堆，从而达到制冷、供热空调的目的。 1．2太阳能热电空调系统构成 该系统由太阳能光电转换设备、控制器、辅助电 源、储能设备、半导体制冷装置等构成，见图1。 白天，正常 日照下太阳能光 电转换设备接受 太阳光照射，通 过光电转换效应 将太阳光转变为 电能。输出直流 电，一部分可以 直接供给半导体 空调，另一部分 图1太阳能热电空调系统示意图 1一太阳能光电设备2一控制器3一蓄电池 4一整流器5一公共电网6一热端散热设备 7一半导体热电堆8一冷端换热肋片 9一空调送风风机 1入储能设备储存，以备夜晚及非正常日照下的使用。 此外还可以将公共电网用电经整流后作为辅助供电。 控制器使整个系统的能量供给始终处于匹配状态。 半导体制 冷装置由多块 热电偶组成，包 括装有散热装 置的热端和装 有送风风机的 冷端，冷端置于 空调环境间内， ，，I … 图2热电空调器结构示意图… 维普资讯 。散热装置置于空调环境外，向 外界散热。热电空调器的结构示意参见图2。 2理论性能分析 ． 2．1半导体制冷装置性能分析 衡量半导体制冷元件制冷效率的主要指标是制冷 系数，它反映了制冷量与消耗的电能的比值，即： ： ： 1 2丽㈩ 式中； 』、『一输入功率，w； 。， 一P型、，V／K； ， 一半导体元件冷、热端的绝对温度，K； 端之间的导热系数，W／(m ·K)； ，一电流，A； 尺一电阻，Q。 由式(1)可见，半导体制冷效率受到许多因素的影 响，存在着最佳使用条件。当 、 一定时，对式(1)中 的电流求导，令 =0，可得最大制冷系数 及对应 的最佳电流，n： ( 一 ) 一 ‘2) ，0： (3) 一— =T 一 =、／ 瓦 式中优值系数Z= (4) 1( + ) 2．1．1热电材料对制冷装置性能的影响 在式(2)中 ／( 一 )是理想制冷循环的效率，则 ( 一 ／ )／( +1)相当于热力学中衡量热力循环完 善程度的指标一热力完善度叼。可见，优值系数的提高 使得热力完善度 ，7及制冷系数8也随之提高。国内热 电元件的优值系数相当一段时间内维持在(2．5～3．o)x 10 K(见表1)，这使得热电制冷系数较低，对比同样 工况下半导体制冷与蒸汽压缩式制冷，发现半导体制 冷与压缩制冷性能有一定差距。 要使半导体制冷的经济性达到与压缩式制冷相当 的水平，则优值系数须达到13~10 ／K，所以改善热电 材料的性能是提高半导体制冷系数的方向。 表1热电器件用半导体材料的特性参数 表2半导体制冷与压缩式制冷的性能比较 性能 半导体制冷压缩制冷理论循环 压缩制冷实际循环 工质冷系数8 1．126 6．445 6．33 4．86 4．80 热力学完善度 ，％ 14．18 81．1 79．7 61．15 60．42 注：Z=O 004／K，空调工况：0~C，t =5℃ 因每种热电材料有各自的适宜工作范围，习惯上 也常用优值系数与温度之积( )这一无量纲量来描 述材料的热电性能。近年来Z 值的研究有了重大突 破，如“声子玻璃电子晶体”块体材料、低维热电材料、 氧化物热电材料等几种，材料的 值在300可达到 =3，打破了近40年来 =1的限制。相 信随着材料科学的迅猛发展，高热电性能的材料不久 就会问世，随之而来的便是热电制冷效率的显著提高。 2．1．2送风温差、传热温差对制冷装置性能的影响 通常空调环境与外界温差仅为3～15℃，而半导体 制冷采用空调工况设计时( 一 )达35K，其中有20K 以上是用于送风和传热温差。因此提高 和减小( 一 )成为提高其效率的有效办法。表3比较了改变送风 温差及( )后半导体制冷 、 值的变化。 表3改变送风温差及( 一 )时半导体制冷￡、’，的值 可见，如将送风温差、传热温差减小5可使 得最大制冷系数从1．777提高到3．295，制冷效率提高 57．8％～192．6％。 表3数据是在优值系数取为最佳，传热条件设为 理想状态下计算得到的，实际中因为接触热阻、元器件 漏热、材料性能随温度变化等因素是较难达到的。 2．1．3散热方式对制冷装置性能的影响 从热力学分析，在热电制冷过程中焦耳效应将电 l 23 维普资讯 ，傅立叶导热为存在有限温差传热， 两者都是不可逆过程；此外制冷器件热端温度与环境 温度也存在有限温差，因而热端的散热过程也是导致 可用能下降的不可逆过程，并使制冷效率降低。 热端换热系数越大越好，较大的换热系数可降低 热端温度，还可以同时减小热端散热时的可用能损失 和提高冷端制冷效果。故在半导体制冷中，采用合理 的散热方式是十分必要的。 Q =Q。+N= () (5) Qo=p．一 )l= L 厶 J ( 一 ) (6) 式中Q 一热端散热量，w； Ⅳ一系统消耗电功率，w； n——P—凰， 一热端、冷端传热系数，W／(m ·K)； 凡， 一热端、冷端换热面积，m ； ， 一外界环境温度、空调环境 温度，K。 由式(5)、式(6)可见，当K、时，可获得较高的 、较低的 、较大 的 。但 、，值不可能无限扩大，其值 与散热方式有关。在热电空调中冷端可 以采用强制对流换热方式，强化热端散 热成为改善制冷性能的重点。表4对比 了在相同工况下几种热端散热方式的 性能。 由表4可见，对于热端散热水冷是 表4相同工况下热端散热方式性能比较 度 、 ，以满足空调环境对负荷的需求。当冷、热端换 热系数一定时，空调工作电流的选取存在另一个最佳 值， 。。 因为工作电流的提高，一方面带来冷端制冷量的 增加，使得冷端温度有下降趋势；另一方面又带来焦耳 热的增加并导致热端温度的上升，使得冷端温度又有 升高趋势。这两种趋势存在一个平衡点，所以对应有一 个最佳工作电流， 。。这种趋势的拟合使得电流对制冷 量影响近似为抛物线关系。 2．2太阳能光电装置对空调性能的影响 太阳辐照度的大小，直接决定了太阳能光电装置 的输出功率，同时也影响太阳能半导体制冷系统的工 作性能。当半导体制冷系统的结构确定后，半导体制冷 元件的输入功率决定了系统的工作电流的大小。图3 给出了太阳辐照度与系统工作电流及制冷量的关系。 由图3a)可知工作电流起初与辐照度呈抛物线变 14 量 0 0 20o 400 600 800 1000 太阳辐照度／W／m"2 太阳辐照度 ／m a) b) 图3太阳辐照度对空调系统的影响 a)太阳辐照度与系统工作电流的关系b)太阳辐照度与系统制冷量的关系 效果最佳的，但采用水冷也必将影响空调的尺寸及使 用维修。热管冷却换热效果明显优于强制对流空气冷 却，但与水冷相比仍有差距，另外热管换热器结构紧 凑、形式多样、布置灵活，但热电空调应用这种散热方 式其经济性不高。 2．1．4工作电流对制冷装置性能的影响 在前文中当 和 一定时，我们导出一个与最 佳制冷系数 一对应的最佳电流，0。热电空调工作并 非在某一固定不变工况下，随着工况的改变、负荷的 变化，我们需要通过调节工作电流来调节冷、热端温 化关系，之后按线性规律变化。热端温度越低，温差越 小则系统制冷量越大；随太阳辐照度的变化，系统制冷 量呈抛物线规律，辐照度存在使系统获得较大制冷量 时辐照度的范围。可见辐照度对工作电流及制冷量的 关系满足前文中工作电流对系统性能的分析。 当一天中太阳辐照最强时，也是空调负荷最高之 时。太阳能光电装置能够为空调系统提供可靠的工作 电流，外加太阳能光电装置的直流供电，使得太阳能与 空调系统问达到了很好的性能匹配。 2．3系统综合制冷系数￡分析 目前应用较为广泛的太阳能电池光电转换效率在 1 1％～15％之间，结合本文在较为理想状况下的算得的 半导体热电空调的效率，得到太阳能热电空调系统的 综合制冷系数8=0．2～0．5。这与制冷系数e=O，05～0．08 的太阳能吸附制冷相比对太阳能的利用更为灵活主动 和充分，效率的优势更是显而易见。 维普资讯 。 (1)热电材料的性能与成本限制了热电空调的发 展与应用，要使热电空调的经济性达到与压缩式制冷 相当的水平，优值系数须达到13。 (2)降低送风温差、传热温差，减少接触热阻，强化 热端散热可以得到理想的系统制冷效率；如将送风温 差、传热温差减小5可使得制冷系数从1~777提 高到3．295，效率提高57．8％～192．6％，对热端冷却的三 种方式中采用热端水冷方式拥有最佳的冷却效果。 (3)在空调系统中当热电制冷装置结构一定时，工 作电流的选取存在一个最佳值。 (4)太阳辐照对系统性能的影响呈动态变化，但太 阳能光电装置直流供电模式与热电装置达到了较好的 匹配。 本文仅对太阳能热电空调做了理论的研究与分 析，对于改善热电空调系统效率的措施：减少接触热 阻、强化热端散热、确定最佳工作电流、空调性能非稳 态分析、光电转换装置与热电制冷装置的匹配等问题， 参考文献： [1]张华俊，陶文铨，冯倩莹．风冷热电空调器的研制半导体学报， 0～223． [2]徐德胜，刘贻苓，何导体制冷与应用技术[M]．上海：上海交 通大学出版社，1999． [3]许志浩，陈桔．半导体制冷在空调中应用的研究[~996， (3)：25～27． [4】代彦军，王如竹，倪靓．太阳能半导体冰箱试验研究与性能分析 太阳能学报，4～758． [5]任欣，张鹏．有限散热强度下半导体制冷器性能的实验研究[ 温工程，2003，(4)：57—62． [6]马国远．半导体电动汽车空调系统的研究[998，(3)： 5～10． [7]宋福元，张富珍，孙宝芝 热电制冷装置在船用空调系统中的应用 应用科技，～50． (8】吴业正，韩宝琦．制冷原理及设备西安：西安交通大学出版社， 1997． 收稿日期： 修回日期： U ， 10075，of is is 者简介： 杜海龙(1982一)，男，河南人，硕士研究生。 (上接第36页) U 』．Ti(00134，．00130，on c by on he of it be to ut at is n of on of in 者简介： 于静(1981一)，女，山东人，硕士研究生。 ． I 25 维普资讯
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关&键&词： 太阳能 太阳能空调 PDF 理论研究 太阳能热电
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太阳能热电空调理论研究与性能分析 杜海龙，齐朝晖， 匡骁 (中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙410075) 针 _ ●●…。。。。。。’。。。。。。’。。。’。。。。。。’。。。’。。。。。。。’。。。。。。。。。。。’。。。’。。。。’。。。。。。。。。。。。。’●● ： 摘要：从能源利用及环境保护角度出发，设计了一种全新的太阳能热电空调，介绍了它的系： ：统组成特点、工作原理，并分析了影响其性能的因素。 ： ： 关键词：太阳能； 热电制冷； 空调器 ： ’●● 中图分类号：献标识码：A 文章编号：1 006—— 引言 经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，使 空调的使用越来越广泛，对于原本已经面临窘境的能 源供应提出了更加严峻的考验。此外，当前制冷系统 中使用的制冷剂定的破坏作用，传统的制冷技术由于大量使用以上 两类制冷剂而面临新的抉择，在寻找替代工质的同时， 人们也把目光投向了新的制冷方法的研究。 热电制冷具有无运动部件、无污染、无噪音、寿命 长、结构简单、体积小、可靠性高、负荷可调性强、效率 不随体积变化、直流供电、可反向加热等独特的优点。 太阳能具有资源丰富、取之不尽、用之不竭、无需开采 和运输、不会污染环境和破坏生态平衡等优点，经光电 转换得到的电能不但与热电制冷直流供电模式形成了 匹配，而且综合改善了热电制冷转换效率，降低了对原 有电力能源供应方式的过于依赖所带来的潜在威胁， 扩展了能源供应品种。 据此，为利用热电制冷在环境友好性、制冷迅速 性、应用灵活性等方面的优势，并充分利用太阳能这 一可再生的绿色能源，本文设计一种太阳能驱动的热电 空调器。 1 工作原理及系统构成 1．1太阳能热电空调工作原理 热电制冷是利用热电效应而取得，主要是帕尔帖 效应在制冷技术上的应用。半导体材料因具有显著的 热电效应、较高的热电制冷效率而广泛应用于热电制 冷中，对半导体热电偶通以直流电即可达到制冷或产 热的目的。太阳能热电空调系统正是利用半导体的热 电制冷效应，并将由太阳能光电转换装置所提供的直 流电供给热电堆，从而达到制冷、供热空调的目的。 1．2太阳能热电空调系统构成 该系统由太阳能光电转换设备、控制器、辅助电 源、储能设备、半导体制冷装置等构成，见图1。 白天，正常 日照下太阳能光 电转换设备接受 太阳光照射，通 过光电转换效应 将太阳光转变为 电能。输出直流 电，一部分可以 直接供给半导体 空调，另一部分 图1太阳能热电空调系统示意图 1一太阳能光电设备2一控制器3一蓄电池 4一整流器5一公共电网6一热端散热设备 7一半导体热电堆8一冷端换热肋片 9一空调送风风机 1入储能设备储存，以备夜晚及非正常日照下的使用。 此外还可以将公共电网用电经整流后作为辅助供电。 控制器使整个系统的能量供给始终处于匹配状态。 半导体制 冷装置由多块 热电偶组成，包 括装有散热装 置的热端和装 有送风风机的 冷端，冷端置于 空调环境间内， ，，I … 图2热电空调器结构示意图… 维普资讯 。散热装置置于空调环境外，向 外界散热。热电空调器的结构示意参见图2。 2理论性能分析 ． 2．1半导体制冷装置性能分析 衡量半导体制冷元件制冷效率的主要指标是制冷 系数，它反映了制冷量与消耗的电能的比值，即： ： ： 1 2丽㈩ 式中； 』、『一输入功率，w； 。， 一P型、，V／K； ， 一半导体元件冷、热端的绝对温度，K； 端之间的导热系数，W／(m ·K)； ，一电流，A； 尺一电阻，Q。 由式(1)可见，半导体制冷效率受到许多因素的影 响，存在着最佳使用条件。当 、 一定时，对式(1)中 的电流求导，令 =0，可得最大制冷系数 及对应 的最佳电流，n： ( 一 ) 一 ‘2) ，0： (3) 一— =T 一 =、／ 瓦 式中优值系数Z= (4) 1( + ) 2．1．1热电材料对制冷装置性能的影响 在式(2)中 ／( 一 )是理想制冷循环的效率，则 ( 一 ／ )／( +1)相当于热力学中衡量热力循环完 善程度的指标一热力完善度叼。可见，优值系数的提高 使得热力完善度 ，7及制冷系数8也随之提高。国内热 电元件的优值系数相当一段时间内维持在(2．5～3．o)x 10 K(见表1)，这使得热电制冷系数较低，对比同样 工况下半导体制冷与蒸汽压缩式制冷，发现半导体制 冷与压缩制冷性能有一定差距。 要使半导体制冷的经济性达到与压缩式制冷相当 的水平，则优值系数须达到13~10 ／K，所以改善热电 材料的性能是提高半导体制冷系数的方向。 表1热电器件用半导体材料的特性参数 表2半导体制冷与压缩式制冷的性能比较 性能 半导体制冷压缩制冷理论循环 压缩制冷实际循环 工质冷系数8 1．126 6．445 6．33 4．86 4．80 热力学完善度 ，％ 14．18 81．1 79．7 61．15 60．42 注：Z=O 004／K，空调工况：0~C，t =5℃ 因每种热电材料有各自的适宜工作范围，习惯上 也常用优值系数与温度之积( )这一无量纲量来描 述材料的热电性能。近年来Z 值的研究有了重大突 破，如“声子玻璃电子晶体”块体材料、低维热电材料、 氧化物热电材料等几种，材料的 值在300可达到 =3，打破了近40年来 =1的限制。相 信随着材料科学的迅猛发展，高热电性能的材料不久 就会问世，随之而来的便是热电制冷效率的显著提高。 2．1．2送风温差、传热温差对制冷装置性能的影响 通常空调环境与外界温差仅为3～15℃，而半导体 制冷采用空调工况设计时( 一 )达35K，其中有20K 以上是用于送风和传热温差。因此提高 和减小( 一 )成为提高其效率的有效办法。表3比较了改变送风 温差及( )后半导体制冷 、 值的变化。 表3改变送风温差及( 一 )时半导体制冷￡、’，的值 可见，如将送风温差、传热温差减小5可使 得最大制冷系数从1．777提高到3．295，制冷效率提高 57．8％～192．6％。 表3数据是在优值系数取为最佳，传热条件设为 理想状态下计算得到的，实际中因为接触热阻、元器件 漏热、材料性能随温度变化等因素是较难达到的。 2．1．3散热方式对制冷装置性能的影响 从热力学分析，在热电制冷过程中焦耳效应将电 l 23 维普资讯 ，傅立叶导热为存在有限温差传热， 两者都是不可逆过程；此外制冷器件热端温度与环境 温度也存在有限温差，因而热端的散热过程也是导致 可用能下降的不可逆过程，并使制冷效率降低。 热端换热系数越大越好，较大的换热系数可降低 热端温度，还可以同时减小热端散热时的可用能损失 和提高冷端制冷效果。故在半导体制冷中，采用合理 的散热方式是十分必要的。 Q =Q。+N= () (5) Qo=p．一 )l= L 厶 J ( 一 ) (6) 式中Q 一热端散热量，w； Ⅳ一系统消耗电功率，w； n——P—凰， 一热端、冷端传热系数，W／(m ·K)； 凡， 一热端、冷端换热面积，m ； ， 一外界环境温度、空调环境 温度，K。 由式(5)、式(6)可见，当K、时，可获得较高的 、较低的 、较大 的 。但 、，值不可能无限扩大，其值 与散热方式有关。在热电空调中冷端可 以采用强制对流换热方式，强化热端散 热成为改善制冷性能的重点。表4对比 了在相同工况下几种热端散热方式的 性能。 由表4可见，对于热端散热水冷是 表4相同工况下热端散热方式性能比较 度 、 ，以满足空调环境对负荷的需求。当冷、热端换 热系数一定时，空调工作电流的选取存在另一个最佳 值， 。。 因为工作电流的提高，一方面带来冷端制冷量的 增加，使得冷端温度有下降趋势；另一方面又带来焦耳 热的增加并导致热端温度的上升，使得冷端温度又有 升高趋势。这两种趋势存在一个平衡点，所以对应有一 个最佳工作电流， 。。这种趋势的拟合使得电流对制冷 量影响近似为抛物线关系。 2．2太阳能光电装置对空调性能的影响 太阳辐照度的大小，直接决定了太阳能光电装置 的输出功率，同时也影响太阳能半导体制冷系统的工 作性能。当半导体制冷系统的结构确定后，半导体制冷 元件的输入功率决定了系统的工作电流的大小。图3 给出了太阳辐照度与系统工作电流及制冷量的关系。 由图3a)可知工作电流起初与辐照度呈抛物线变 14 量 0 0 20o 400 600 800 1000 太阳辐照度／W／m"2 太阳辐照度 ／m a) b) 图3太阳辐照度对空调系统的影响 a)太阳辐照度与系统工作电流的关系b)太阳辐照度与系统制冷量的关系 效果最佳的，但采用水冷也必将影响空调的尺寸及使 用维修。热管冷却换热效果明显优于强制对流空气冷 却，但与水冷相比仍有差距，另外热管换热器结构紧 凑、形式多样、布置灵活，但热电空调应用这种散热方 式其经济性不高。 2．1．4工作电流对制冷装置性能的影响 在前文中当 和 一定时，我们导出一个与最 佳制冷系数 一对应的最佳电流，0。热电空调工作并 非在某一固定不变工况下，随着工况的改变、负荷的 变化，我们需要通过调节工作电流来调节冷、热端温 化关系，之后按线性规律变化。热端温度越低，温差越 小则系统制冷量越大；随太阳辐照度的变化，系统制冷 量呈抛物线规律，辐照度存在使系统获得较大制冷量 时辐照度的范围。可见辐照度对工作电流及制冷量的 关系满足前文中工作电流对系统性能的分析。 当一天中太阳辐照最强时，也是空调负荷最高之 时。太阳能光电装置能够为空调系统提供可靠的工作 电流，外加太阳能光电装置的直流供电，使得太阳能与 空调系统问达到了很好的性能匹配。 2．3系统综合制冷系数￡分析 目前应用较为广泛的太阳能电池光电转换效率在 1 1％～15％之间，结合本文在较为理想状况下的算得的 半导体热电空调的效率，得到太阳能热电空调系统的 综合制冷系数8=0．2～0．5。这与制冷系数e=O，05～0．08 的太阳能吸附制冷相比对太阳能的利用更为灵活主动 和充分，效率的优势更是显而易见。 维普资讯 。 (1)热电材料的性能与成本限制了热电空调的发 展与应用，要使热电空调的经济性达到与压缩式制冷 相当的水平，优值系数须达到13。 (2)降低送风温差、传热温差，减少接触热阻，强化 热端散热可以得到理想的系统制冷效率；如将送风温 差、传热温差减小5可使得制冷系数从1~777提 高到3．295，效率提高57．8％～192．6％，对热端冷却的三 种方式中采用热端水冷方式拥有最佳的冷却效果。 (3)在空调系统中当热电制冷装置结构一定时，工 作电流的选取存在一个最佳值。 (4)太阳辐照对系统性能的影响呈动态变化，但太 阳能光电装置直流供电模式与热电装置达到了较好的 匹配。 本文仅对太阳能热电空调做了理论的研究与分 析，对于改善热电空调系统效率的措施：减少接触热 阻、强化热端散热、确定最佳工作电流、空调性能非稳 态分析、光电转换装置与热电制冷装置的匹配等问题， 参考文献： [1]张华俊，陶文铨，冯倩莹．风冷热电空调器的研制半导体学报， 0～223． [2]徐德胜，刘贻苓，何导体制冷与应用技术[M]．上海：上海交 通大学出版社，1999． [3]许志浩，陈桔．半导体制冷在空调中应用的研究[~996， (3)：25～27． [4】代彦军，王如竹，倪靓．太阳能半导体冰箱试验研究与性能分析 太阳能学报，4～758． [5]任欣，张鹏．有限散热强度下半导体制冷器性能的实验研究[ 温工程，2003，(4)：57—62． [6]马国远．半导体电动汽车空调系统的研究[998，(3)： 5～10． [7]宋福元，张富珍，孙宝芝 热电制冷装置在船用空调系统中的应用 应用科技，～50． (8】吴业正，韩宝琦．制冷原理及设备西安：西安交通大学出版社， 1997． 收稿日期： 修回日期： U ， 10075，of is is 者简介： 杜海龙(1982一)，男，河南人，硕士研究生。 (上接第36页) U 』．Ti(00134，．00130，on c by on he of it be to ut at is n of on of in 者简介： 于静(1981一)，女，山东人，硕士研究生。 ． I 25 维普资讯
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