浅谈太阳能制冷技术的发展及应用

美高梅手机官方网站,(1)制冷空调系统仿真
  (2)制冷空调系统的CFCs替代
  (3)制冷系统的新型控制方法
  以动态分布参数及参数间定量耦合的观点建立对象数学模型,用人工智能技术与经典数值仿真相结合进行仿真优化,并做实验验证。结合CFC替代,形成各种绿色工质的制冷、空调系统的仿真优化程序包,可预测各种制冷空调系统的性能参数,为制冷、空调对象的计算机辅助设计奠定基础。
  经过十七年的持续研究,形成特色,把模型、仿真、优化、控制八字结合起来,充实了新学科“制冷系统热动力学”,并已取得一批具有国际水平的研究成果。把制冷空调系统设计方法更新、CFC工质替代及节能三个热点问题结合起来,提出了解决方法,并在汽车空调、家用空调、冰箱等工业上应用,得到肯定并获得显著经济效益。
  近年来,在国内外发表二百余篇论文,四次获国家教委、上海市科技进步一、二等奖。参加国际学术会议十次以上,受机械工业出版社优秀著作出版基金资助,出版了本学术方向的专著“制冷系统热动力学”,作为一门学科交叉的新学科,已领先于国内并产生了较大的国际影响。除学术上的交流以外,美国的Ford公司、Carrier公司及德国Liebherr公司均先后和我们科研合作,并已先后完成,得到好评,并获得连续合作的机会。同时也培养了一批年轻学科带头人,已培养硕士生三十余名、博士生十六名,博士后二名,进修教师四人。

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要:太阳能制冷是近几年发展起来的一种新型太阳能利用技术,利用太阳能进行制冷可以有效降低常规制冷方法而带来的巨额能源消耗,并减轻由于燃烧化石能源发电所带来的环境污染。目前太阳能制冷技术研究的热点是太阳能吸收式制冷、太阳能喷射式制冷和太阳能吸附式制冷。关键词:太阳能吸收式制冷;吸附式制冷;喷射式制冷1
引言利用可再生能源和其它余热可有效缓解世界范围内的能源紧张和环境污染问题,太阳能是一种清洁、可再生能源,长期以来一直受到科技界的重视。利用太阳能制冷与空气调节是太阳能应用的一个重要方面,是一个极具发展前景的领域,也是当今制冷界技术研究的热点。时至今日,制冷研究者已在太阳能制冷这一领域进行了大量的研究工作,提出了各种不同的制冷方法并取得了初步进展,实现太阳能制冷有两条途径:一是太阳能光电转换,以电制冷,如光电制冷,热电制冷;二是光热转换,以热制冷,如吸收式制冷、喷射式制冷、吸附式制冷;光电转换的制冷方法由于成本较高所以研究较多实际推广应用较少,而以热制冷由于它的廉价备受青睐。以热制冷的方向有三种:分别是太阳能吸收式制冷、太阳能喷射式制冷和太阳能吸附式制冷,这三种制冷方法都已分别进入试验和应用阶段。太阳能制冷之所以能成为制冷技术研究的热点是因为它具有自己独特的优点。首先是节能,国际上用于民用空调所耗电能占民用总电耗的50%,而太阳能是取之不尽,用之不竭的,太阳能制冷用于空调,将大大的减小电力消耗,节约能源;其次是环保,根据《蒙特利尔议定书》,目前压缩式制冷机主要使用的CFC
类工质因为对大气臭氧层有破坏作用应停止使用,太阳能制冷一般采用非氟烃类的物质作为制冷剂,臭氧层破坏系数和温室效应系数均为零,适合当前环保要求,同时减少燃烧化石能源发电带来的环境污染。2
各种形式的太阳能制冷技术2.1 太阳能吸收式制冷技术2.1.1
太阳能吸收式制冷原理和特点吸收式制冷是利用溶液浓度的变化来获取冷量的装置,即制冷剂在一定压力下蒸发吸热,再利用吸收剂吸收制冷剂蒸汽。系统简图如图1
所示。自蒸发器出来的低压蒸汽进入吸收器并被吸收剂强烈吸收,吸收过程中放出的热量被冷却水带走,形成的浓溶液由泵送入发生器中被热源加热后蒸发产生高压蒸汽进入冷凝器冷却,而稀溶液减压回流到吸收器完成一个循环。它相当于用吸收器和发生器代替压缩机,消耗的是热能。热源可以利用太阳能、低压蒸汽、热水、燃气等多种形式。吸收式制冷系统的特点与所使用的制冷剂有关,常用于吸收式制冷机中的制冷剂大致可分为水系、氨系、乙醇系和氟里昂系四个大类。水系工质对是目前研究最热门的课题之一,对它的研究主要是针对现今大量生产的商用LiBr
吸收式制冷机依然存在的易结晶、腐蚀性强及蒸发温度只能在零度以上等缺陷。氨系工质对中包括了最为古老的氨水工质对和近期开始受重视的以甲氨为制冷剂的工质对,由于氨水工质对具有互溶极强、液氨蒸发潜热大等优点,它至今仍被广泛用于各类吸收式制冷机。人们对氨水工质对的研究主要是针对它的一些致命的缺陷,如:COP
较溴化锂小、工作压力高、具有一定的危险性、有毒、氨和水之间沸点相差不够大、需要精馏等。吸收式空调采用溴化锂或氨水制冷机方案,虽然技术相对成熟,但系统成本比压缩式高,主要用于大型空调,如中央空调等。

图 1 太阳能吸收式制冷系统图

图 2 太阳能单效单吸式制冷系统图

2.1.2
太阳能吸收式制冷的研究现状及发展太阳能吸收式制冷是最早发展起来的,起源于1932
年,但因成本高,效率低,没什么商业价值。后来随着科技的进步,吸收式制冷研究逐渐得到了发展。由于
1992
年世界性能源危机的影响,吸收制冷受到了发达国家的重视,吸收式制冷产业也得到了普及和发展。太阳能吸收式制冷由于利用太阳能,所以其发生温度低,即便采用特殊的集热器,也只有
100℃多一些。因此,其制冷循环方式都是采用单效方式。再细分下去,有单效单级和单效双级两种。迄今为止,国外的太阳能制冷空调系统通常都采用热水型单级吸收式溴化锂制冷机。该类制冷机在热源温度足够高及冷却水温度比较低的场合,性能良好;若热源温度降低而冷却水温度较高,它的效率将大大下降,甚至不能正常制冷。因此国外太阳能空调制冷系统普遍采用高温运行的方式,有的甚至在
120℃—130℃下运行,需要采用聚光式集热器,这就影响了太阳能制冷空调的推广使用。单级吸收式制冷机还有一个很大的缺点,就是热源的可利用温差小,一般只有6℃—8℃,为了适应低温余热和太阳能的利用,W.B.Ma
等人对双级溴化锂—水吸收式制冷机进行了理论分析和初步的实验研究,指出双级溴化锂—水吸收式制冷机可有效利用太阳能,有着广阔的市场前景。这种新型的两级吸收式制冷机有两个显著的特点:一是所要求的热源温度低,在75℃到
85℃之间都可运行,当冷凝水温为 32℃时,COP
值可达到0.38;二是热源的可利用温差大,热源出口温度低至
64℃时。此系统对热源温度有较宽的适应范围,有利于制冷机在较低的太阳辐射强度和不稳定的太阳能输入情况下,适应其引起的温度波动,实现稳定的运行。陈滢等人提出了一种新型的单效双级吸收式制冷循环,该循环采用增大热源温差的思路,增加了一个发生器和一个换热器。模拟计算表明,其COP
值可达到 0.42—0.62 之间,热源出口温度可降到
55℃。采用单效双级制冷循环虽然COP
值高,但其系统复杂,初投资高。因此陈光明等人又提出了采用热变器原理的单效单级循环。新循环比传统循环多了一个压缩机。其系统循环如图2
所示:从发生器出来的制冷剂蒸汽分为两路,一路送入冷凝器,一路经压缩机压缩后,又回到发生器换热,再进入冷凝器。这里压缩机实际上起到了热变换器的作用。由于进入冷凝器和发生器的热负荷降低,所以系统的
COP
值增加了。这个循环虽然巧妙,但在实际应用中难以保证压缩机的正常运行。2.2
太阳能吸附式制冷技术2.2.1
吸附式制冷原理和特点吸附式制冷系统由吸附床、冷凝器、蒸发器和节流阀等构成,如图3
所示:工作过程由热解吸和冷却吸附组成,基本循环过程是利用太阳能或者其他热源,使吸附剂和吸附质形成的混合物(或络合物)在吸附床中发生解吸,放出高温高压的制冷剂气体进入冷凝器,冷凝出来的制冷剂液体由节流阀进入蒸发器。制冷剂蒸发时吸收热量,产生制冷效果,蒸发出来的制冷剂气体进入吸附发生器,被吸附后形成新的混合物(或络合物),从而完成一次吸附制冷循环过程。基本循环是一个间歇式的过程,循环周期长,COP
值低,一般可以用两个吸附床实现交替连续制冷,通过切换集热器的工作状态及相应的外部加热冷却状态来实现循环连续工作。

图 3 太阳能吸附式制冷系统图

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