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文獻翻譯 題 目 一個小型太陽能蒸發(fā)冷 卻器的設計與性能分析 學生姓名 專業(yè)班級 學 號 院 （系） 指導教師(職稱) 完成時間 一個小型太陽能蒸發(fā)冷卻器的設計與性能分析 一個小型太陽能蒸發(fā)冷卻器的設計與性能分析 Hossein Lotfizadeh1 and Mohammad Layeghi2 (1)Young Researchers Club, Karaj Branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran (2)Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran Hossein Lotfizadeh Email: lotfizadeh.hossein@yahoo.com Received: 9 July 2012Accepted: 12 February 2013Published online: 26 February 2013 摘要 在本文中，設計，制造，和一個簡單而創(chuàng)新的太陽能蒸發(fā)冷卻器性能分析的過程進行了說明。本次調(diào)查旨在評估一個非常小的冷卻器以最小的能源消耗（10瓦）的性能。太陽能蒸發(fā)冷卻器是出于各種簡單的電氣和機械部件。冷卻器是在一個指定體積的房間進行測試，510×310×320立方厘米。為了評估該冷卻器的性能，連續(xù)5天在房間的不同位置，測定和比較空氣溫度。結(jié)果表明，在夏季該冷卻器的性能是相對合理的。然而，提高它的性能可以采用高性能的冷卻襯墊和太陽能電池板。這個簡單的蒸發(fā)冷卻器得益于制造過程簡便，成本效益和高便攜性。 關鍵詞 太陽能蒸發(fā) 冷卻器設計性能 分析實驗 16 引言 近年來太陽能蒸發(fā)冷卻器在家庭，農(nóng)業(yè)和工業(yè)上的應用已經(jīng)被證明是經(jīng)濟系統(tǒng)（2005戴維斯）。這些冷卻器可以設計和制造各種尺寸和容量并且容易安裝。蒸發(fā)冷卻器特別適合安裝在低濕度區(qū)域中。隨著社會和經(jīng)濟不斷的發(fā)展，人們的愿望也在不斷增加想設計一個的系統(tǒng)，冷卻房間或建筑物的空氣，使用空調(diào)提供一個舒適的溫度和濕度。瞄準需求，需要考慮許多因素，并提供一個最佳解決能耗的方案。蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)是一種最常用的冷卻系統(tǒng)。在二十世紀的美國，從1906開始，蒸發(fā)冷卻器有很多人從事研究，（齊薇格1906年）。他建議使用常規(guī)的墊，增加水和空氣之間通過的接觸面。一個典型的設計包括一個儲水器，和使水循環(huán)通過常規(guī)墊的泵，和一個使空氣穿過墊和所需的空間的風扇。 蒸發(fā)冷卻器在國內(nèi)有廣泛的使用范圍，有小型便攜式和大型工業(yè)通風系統(tǒng)式，這些消耗大量能源。在過去幾年中不斷增加的能源成本已經(jīng)使節(jié)能理念作為行業(yè)中最重要的研究領域之一。另外，能源消耗是直接關系到環(huán)境的污染和導致全球變暖。上述問題的增加為使用可再生能源提供了動力。太陽能是一種可再生能源的形式，在地球上許多地區(qū)可已使用，并且可以在不同的設備中使用。 近年來，在很多地方太陽能都被用來作為一個具有成本效益的解決方案，它是清潔，無噪聲，可再生和環(huán)境友好的能源。太陽能系統(tǒng)提供了一個開創(chuàng)性的愿景，以陽光為動力的世界（萊格特2009）。因此，太陽能可以被利用在世界各地的各個層面。 1839年，法國物理學家Antoine-Cesar Becquerel開始研究太陽能電池技術的發(fā)展。根據(jù)大英百科全書，第一個太陽能電池大約在1883年被Charles Fritts發(fā)明，他使用的結(jié)點是具有一層極薄的金色硒涂層。 1941年，Russell Ohl發(fā)明了硅太陽能電池。 1954年，三位美國研究人員Gerald Pearson, Calvin Fuller, 和 Daryl Chapin，設計了一個硅電池使太陽能量轉(zhuǎn)換效率增加了6％，并發(fā)明了第一個太陽能電池板（Perlin 2004）。其他的科學家和工程師們隨后沿用以前的方法來提高太陽能電池的性能 蒸發(fā)冷卻是一個簡單的，小型能源密集型和環(huán)境友好型的空調(diào)技術（ASHRAE 2003）。幾千年前伊朗發(fā)明了風井在屋頂上的形式是空氣冷卻的早期形式（ Kheirabadi 1991）。住宅空調(diào)出現(xiàn)之前，在炎熱干燥的夏季它是唯一一種可讓家庭內(nèi)部舒適的機械裝置（ Karpiscak和Marion 1991）。隨著科技的進步，對蒸發(fā)冷卻器的不同方面進行了研究，一些冷卻器的顯著特點都涵蓋于大量的科研文章中。麥克雷恩交叉和銀行開發(fā)了濕面式換熱器綜合模型，可應用于各種蒸發(fā)冷卻器（ 1989）。Dai和Sumathy 研究了以濕紙蜂窩構(gòu)成包裝材料的橫流式直接蒸發(fā)冷卻器，結(jié)果表明，關于優(yōu)化空氣通道的最佳長度和性能有一些操作特征的改進可以作為代表（2002）。 有大量的研究工作關于蒸發(fā)冷卻技術在建筑中的應用。貝列比等人提出了一種用于上漿的被動蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)和利用塔建筑被動蒸發(fā)原理，影響下沉氣流的建筑模型（2006）。鮑曼等人研究了被動倒灌風蒸發(fā)冷卻（PDEC），減少了在炎熱干燥氣候中的能源消耗（1997）。一個新的EC Joule 對PDEC在非住宅建筑沉淀的應用進行了描述。Khandelwal et al.研究降低建筑中央空調(diào)全年能耗通過潛在的先進的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)（2011）。大學圖書館是一種典型的三層建筑。著名的建筑模擬軟件， TRNSYS，對建筑進行熱負荷計算和建筑的動態(tài)模擬。HerreroMartín提出了一種半間接蒸發(fā)冷卻器的實驗研究，關于于建筑空調(diào)系統(tǒng)的能量回收裝置（2009）。Al-Turki和Zaki 研究了間歇噴建筑物屋頂?shù)慕ㄖ湄摵傻挠绊懀?991）。在屋頂?shù)臐駶櫰?，間歇逐步噴涂變化的屋頂?shù)臒犴憫峭ㄟ^引入一個等效的以氣象條件為藍本，屋頂?shù)奶炜蛰椛浜驼舭l(fā)的影響的假想溫度。在歐洲北部的溫帶海洋性氣候條件下Costelloe和Finn提出的實驗研究的結(jié)果在水一方，打開熱效應，間接蒸發(fā)冷卻試驗實現(xiàn)低溫（1–4 K）的方法（2007）。Jaber和Ajib設計了間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)降低能耗，并且不產(chǎn)生熱舒適性的負面影響和在國家層面上降低的石油進口賬單和減少有害氣體排放到環(huán)境中達到國際水平（2011）。 許多制冷系統(tǒng)消耗電能高，導致用電高峰負荷。這將要求建造更多的發(fā)電廠，因此，他們有責任提升電力的平均成本（Santamouris和Asimakopoulos2001）。Schulz發(fā)明了一種新的太陽能蒸發(fā)冷卻器改裝套件，以減少電力的供給量和操作這種共同蒸發(fā)冷卻器的成本（2000）。因此，該冷卻器采用太陽光而產(chǎn)生能量減少了使用商業(yè)供應的能量。 在本文中，對設計，制造，和一個簡單的創(chuàng)新的直流（DC）供電的太陽能蒸發(fā)冷卻器性能分析的過程進行了說明。該冷卻器提出的根本目的是被太陽兼容和環(huán)境友好型。冷卻器可用于一個小房間的房子或辦公室的空氣冷卻。冷卻器是在以評估其性能在指定的房間進行測試。在夏天空氣的溫度在房間的不同位置連續(xù)測量和比較。結(jié)果表明，在夏季該冷卻器的性能是相對合理的。 太陽能蒸發(fā)冷卻器的建議 圖1表示出了太陽能蒸發(fā)冷卻器的配置。它由八個部分組成：水族箱泵（6 V DC），水貯存器（40×40平方厘米），常規(guī)焊盤，水分配線，計算機風扇（8×8平方厘米），電池，太陽能電池板（10瓦），以及太陽能控制充電器。冷卻器的主體有體積42×42×50立方厘米是用鍍鋅鐵皮。人們普遍認為美麗的設計是制造基地的最重要因素之一，所以木鑲嵌覆蓋冷卻器的主體的外部區(qū)域，使其更優(yōu)選。如該圖所示，冷卻器位于一個凳子，以便在各種情況下使用。 蓄水池泵 水在冷卻器中循環(huán)使用同時來浸泡焊盤的。人們普遍認為，泵是冷卻系統(tǒng)的中心。泵的作用是連續(xù)提供循環(huán)水。為了實現(xiàn)這一目標，我們需要一個合適的泵。有不同的蒸發(fā)冷卻器使用不同尺寸的泵。既然是需要的最低能量消耗，水族館泵工作于6 V DC。在冷卻器中，蓄水池的泵被放置在底部，并在工作時循環(huán)的水。為了防止在空氣中堵塞，解決的辦法是連續(xù)地吸水。因此，由橡膠制成并充滿水的盒子被安裝到作為一個阻尼器和應對泵的振動。因為它可以看出，如圖1所示，泵很容易通過一個軟管連接到下蓄水池。接著，將泵的輸出連接到所述配電線，以完成泵的操作。 儲水器 兩個蓄水池都在冷卻器中使用。一個是位于孔冷卻器的頂部負責配水。為了有組織地細心和精心的在焊盤中劃分水，洞是由激光切割機創(chuàng)建的。兩個蓄水池是用樹脂玻璃，因為它是透明的，它可以立即用膠水連接。其他蓄水池位于冷卻器的底部收集返回的水。后面的部分搭載了一臺尺子，用于測量水位和水的消耗，同時測試冷卻器。由于水在循環(huán)，所以在儲水層測試，他們不得不進行密封。因此，蓄水池的不同部分用膠密封儲水層。 常規(guī)的焊盤片 這些天來，影響蒸發(fā)冷卻器的性能和操作是因為冷卻器焊盤片有不同的形狀和材料。自1945年以來傳統(tǒng)的焊盤片已被用于不同的制造商（Essick1945）。該專利已幫助設計人員，使他們的蒸發(fā)冷卻器的效率更高。在本研究中，我們以指示他們?nèi)绾文苓m應太陽能蒸發(fā)冷卻器進行常規(guī)焊盤進行測試。開始由單一的常規(guī)焊盤測試，然后通過分別把冷卻器內(nèi)具有約10厘米的距離相等的兩個和三個常規(guī)焊盤。如該圖2所示。前者含有1個單片位于冷卻器后部這一內(nèi)部區(qū)域，后者包含3個單片。 水的配電線路 在圖中1所示，水中線路從蓄水池底部連接到蓄水池的頂部。 水的循環(huán)通過一個軟管非常適合的完成。由于蓄水池是有機玻璃制成，Mitreapel快速膠水被選為其固定頂端水庫和蓄水池的輸出泵。 計算機的風扇 計算機風扇通常使較冷的空氣進入機箱內(nèi)并排出熱空氣從而保持組件在安全工作溫度范圍。在1997年中央處理單元冷卻落實到計算機。設計者試圖操作提高計算機風扇的速度，以減少噪音和能量消耗。四個電腦風扇（12 V，0.2A DC）被安裝在太陽能蒸發(fā)冷卻器的前部。如圖1所示，風扇以彼此相同的距離放置來使涼爽均勻的空氣進入室內(nèi)。電腦風扇充分協(xié)助我們介紹獨特的太陽能蒸發(fā)冷卻器的優(yōu)點。 太陽能電池板 一種太陽能電池，通過光電轉(zhuǎn)換過程將光的能量直接轉(zhuǎn)換成電能。在多年的過程中，許多科學家都竭盡所能，以提高太陽能電池的效率。有許多在發(fā)展的類型的太陽能電池技術，但是它們中的一些最常用的，如晶體硅，薄膜濃縮器，和熱光電太陽能電池的技術。如該圖3所示 ，晶體硅板（10瓦）用于含有正極和負極兩極太陽能的蒸發(fā)冷卻器。 正極存放于頂側(cè)，而負極存放于底部。電場是由2極負責產(chǎn)生電力能。該電以直流在面板中傳輸。太陽能電池板是位于房間的窗前，吸收直射陽光。 電池 當太陽下山可以儲存能量，所以電池是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中最重要的因素。如該圖4所示。，LEOCH（鉛酸）電池（DJW12-12.12 V，12AH）被用于太陽能發(fā)電系統(tǒng)中。電池在需要的時候尤其是在一天，有沒有強烈的陽光下儲存能量。 太陽能充電控制器 所有的使用電池的太陽能發(fā)電系統(tǒng)需要太陽能充電控制器。太陽能充電控制器的作用是控制能量由太陽能電池板到電池中。太陽能充電控制器的基本任務是調(diào)節(jié)電池電壓，并打開電路時電池電壓上升到一個良好設定的水平，停止充電。它也用于防止反向電流流過。因此，它是太陽能發(fā)電系統(tǒng)完成的一個重要因素。如圖4所示，太陽能充電控制器用于冷卻器中來調(diào)節(jié)電池電壓。 太陽能蒸發(fā)冷卻器測試 蒸發(fā)冷卻器一般分類是根據(jù)冷卻器相對于建筑物的位置。通常情況下，有三類： （ 1 ）上升氣流（地面安裝） ，（ 2 ）側(cè)面（屋檐或窗口安裝） ，和（ 3 ）下沉氣流（車頂） 。在本研究中，第二類（側(cè)面）在三種形式的焊盤，其中包括一個單一的焊盤，雙焊盤，和一個三聯(lián)焊盤（圖2）被用來進行測試。為了測試太陽能蒸發(fā)冷卻器的實驗數(shù)據(jù)，并相互比較，不同的溫度下測定的溫度包含T 1, T 2, T 3, T 4, T in, T out,和 T wb (T 1, T 2, T 3, and T 4) 分別表示空氣溫度接近每一面墻的右上，右下，左上，和左下方。 T in, T out和 T wb 分別顯示的冷卻器內(nèi)部和外部的濕球溫度，這是用來計算冷卻器效率的。如該圖 5所示。，冷卻器被放在了房間（ 510 × 310 ×320毫升）中，窗口的前面（ 310 ×335 CM2） 隨后，房間的覆蓋保溫墻壁被編為1至4號。每面墻上都被分為四個熱區(qū)，在靠近墻壁的地方測量空氣溫度分布。圖6所示出，房間編號的墻面。當太陽直接照射透過窗戶，太陽能蒸發(fā)冷卻器是在相同的外界溫度和相同的實驗時間進行測試。重要的是要確保該實驗數(shù)據(jù)的準確性。因此，在指定的溫度下進行，以證明在冷卻器的運行是正常和精心測定的。 結(jié)果與討論 溫度變化 太陽能蒸發(fā)冷卻器從下午12:00到下午4:00中的每個小時進行了測試。正如前面提到的，圖6所示，為房間編號的墻壁。 首先，每面墻上的空氣溫度（T 1，T2，T 3和T4）都進行了測量。數(shù)字溫度計安裝在四個提及領域的墻壁上。為顯示它們之間的差異，下面的圖形數(shù)據(jù)嘗試說明鄰近每個墻壁的三種形式的焊盤片的空氣溫度的變化（圖7）。分別顯示每面墻壁的數(shù)據(jù) 上面的圖表中可以看出從中午12點至下午3點氣溫增加，之后下午3:00，溫度降低。還有一點，我們想提出的是，在安裝有三層焊盤與單一的焊盤和雙焊盤相比，降低溫度有明顯的效果。這是很容易發(fā)現(xiàn)負責遞減溫度的三層焊盤的地表蒸發(fā)情況。 耗水量 在本研究中，太陽能蒸發(fā)冷卻器的耗水量也被測量并與結(jié)果進行比較。圖11顯示的用水量從下午12:00到下午4:00。因為它是在圖中所示，用水量上升從中午12點至下午3:00和下降從下午3:00到下午4:00和前面討論過的道理一樣。此外，它顯示了一個三層焊盤增加耗水量與單個焊盤和雙焊盤相比較。很明顯增加的表面是蒸發(fā)上升的主因 蒸發(fā)冷卻的熱力學 該實驗是在平均空氣溫度和空氣的相對濕度分別為37.5℃和37.45％之間時完成的。因為它在上面的圖中可以看出，該冷卻器能在5.4-7.9℃，根據(jù)熱力學第一定律，冷卻空氣至絕熱飽和過程。（圖12，Sonntag et al，2003） 太陽能蒸發(fā)冷卻器的效率 蒸發(fā)冷卻器的效率，可以使用下面的公式來計算（Koca et al. 1991; Al-Sulaiman 2002; Gunhan et al. 2007; Kittasetal.2001） 其中測試部分T in 和T out分別表示空氣的入口和出口球溫度，T wb是濕球溫度。 當然，冷卻器'飽和效率取決于內(nèi)部溫度（T in）和外部溫度的冷卻器（T out）。在此溫度進行測量，并代入上面的方程，作為結(jié)果。因為它可以看出，在圖13中，由于溫度升高，冷卻器效率從中午12點至下午4:00下降。此外，如圖13所示，太陽能蒸發(fā)冷卻器在使用三層焊盤具有最高的效率。 誤差分析 在這項研究中，錯誤分析指三個因素，包括溫度，水的消耗，和冷卻器的效率。指示錯誤分析，一種方法應予以考慮。一組數(shù)字的平均值被定義為所有通過他們的數(shù)目整除的數(shù)的總和。在數(shù)學語言中，如果有N（在本文中，N =5）觀測和x代表任意一個觀察，然后算術平均，我們指定的符號X，由（Bevington and Keith 2003）給出 樣本標準差s是分散的被廣泛接受的定量度量。對于特殊情況下的所有數(shù)據(jù)點都具有相等的權(quán)重，樣本的標準差由下面的方程定義（Barford 1967） 標準偏差的定義由上面的方程所提供，測量值中的任何一個隨機的不確定性的值于計算S。直觀地說，平均值的預期的測量值比以下單獨測量中任何一個都具有隨機不確定性。它可以表明一組測量值σ米，當所有的測量具有相等的統(tǒng)計權(quán)重，平均值的標準偏差是由（Beers 1953）給出 對錯誤的分析表示，利用上述所有公式。由于大量的數(shù)據(jù)，最后的結(jié)果涉及到每一個部分表示于表1，2和3 結(jié)論 在本文中描述了一個設計，制造，和簡單的創(chuàng)新的直流供電的太陽能蒸發(fā)冷卻器性能分析的過程。本研究的目的是評估一個在典型的室溫下小型消耗能量最小的用于冷卻的空氣冷卻器的性能（ 10瓦） 。太陽能蒸發(fā)冷卻器的各種簡單的電氣和機械部件已經(jīng)做出來了。在這里，我們描述了它可能有什么用并且不浪費大量的能源。冷卻器已在指定的房間，體積510 × 310 × 320立方厘米進行過測試。為了評估該冷卻器的性能，在夏天連續(xù)在房間不同位置的空氣溫度進行測量和比較。實驗結(jié)果表明，在夏季該冷卻器的性能是相對合理的。然而，它可以采用高性能的冷卻襯墊和太陽能電池板提高性能。三焊盤冷卻器比單焊盤或雙焊盤更有效率。冷卻器的最重要的優(yōu)勢是它制造工藝容易，成本效益，便攜性和安裝易用性。 參考文獻 [1]Al-Sulaiman, F. 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