太阳能喷射/电压缩联合制冷系统性能研究

论文摘要

随着能源危机的日益加剧,太阳能作为一种环保清洁能源越来越受到人们的重视,在太阳能利用技术中,太阳能喷射制冷系统以其结构简单,运动部件少,成本低等优点在空调制冷领域的应用越来越广泛。本文提出了一种多功能的太阳能喷射/电压缩联合制冷系统,对其系统特性进行了分析和实验研究,建立了太阳能喷射制冷系统的性能仿真模型：.提出了基于室外温度和太阳辐射分区的控制发生温度的系统运行控制策略,主要研究工作如下：1、太阳能喷射制冷受气候条件的制约,单一的太阳能喷射制冷系统难以实现全天侯、稳定的供冷和供热,针对此,提出了一种新型太阳能喷射/电压缩联合制冷系统,解决了单纯依靠常规太阳能喷射制冷系统所难以实现的制冷量与空调负荷间的供需平衡问题。2、基于太阳能喷射制冷系统工作原理,编制了喷射系数计算程序,建立了太阳能喷射制冷系统热力性能计算模型。利用上述计算模型,进行了7种制冷剂在太阳能喷射制冷系统中的应用分析,指出在相同条件下,系统COP由大到小的顺序依次为R407c、R290、R152a、R134a、R600a、R141b和R123,最终从环保和安全两方面考虑选择了R134a作为系统用制冷剂；并结合郑州地区的一栋典型建筑分析了太阳能喷射/电压缩联合制冷系统在该建筑中的应用,指出整个制冷季节,太阳能喷射制冷系统可以提供该建筑物8：00-16：00时刻所需冷负荷的42%左右。3、针对本文所建立的太阳能喷射制冷系统实验装置,建立了蒸发器、冷凝器、发生器、喷射器和太阳能集热系统等主要部件的稳态计算模型,在各部件模型基础上,建立了R134a太阳能喷射制冷系统的稳态仿真模型,计算和分析了发生器热水进口温度和流量、太阳辐射值变化时的系统性能。模型计算结果与实验结果的变化趋势相同,吻合较好。4、设计并搭建了太阳能喷射/电压缩联合制冷系统性能测试实验平台。以R134a为工质,通过实验揭示了相关因素对系统COP、喷射系数和制冷量等的影响。实验研究了太阳能喷射制冷系统的逐时性能；实验研究了太阳能喷射/电压缩两级串联制冷时的系统性能。实验研究表明,当发生温度、蒸发温度和临界冷凝温度分别介于350K-358.5K之间、280K-285K之间和305K-311K之间时,系统的COP在0.14-0.24之间波动,系统平均EER可达3.0以上,系统可以提供5℃-15℃的冷冻水,给出了系统临界冷凝温度的计算关联式。研究指出,系统在不同蒸发温度和冷凝温度范围内工作时,存在一个最佳发生热量工作区；两级串联制冷实验研究表明,当发生温度为353K,蒸发温度为283K时,室外温度在299K-304K之间时,与电压缩单独制冷相比,EER平均提高11.8%,最大提高14.62%。5、提出了基于室外温度和太阳辐射分区的控制发生温度的太阳能喷射/电压缩联合运行控制策略,给出了控制运行流程图。研究表明,相同太阳辐射和集热面积情况下,控制策略下运行时,太阳能喷射制冷系统的平均COP依次增加10.82%、33.38%和14.42%；制冷量依次增加25.36%、39.21%和13.63%；太阳能喷射/电压缩联合制冷系统与电压缩系统单独工作时的系统性能对比表明,联合制冷系统可以明显降低系统的一次能源消耗量,平均EER依次增加14.23%、28.44%和15.7%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 太阳能空调系统形式
• 1.3 太阳能喷射制冷系统的研究现状
• 1.3.1 单一太阳能喷射制冷系统研究
• 1.3.2 复合形式的太阳能喷射制冷系统研究
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 新型太阳能喷射/电压缩联合制冷系统性能分析
• 2.1 系统技术特点和构造形式
• 2.2 太阳能喷射/电压缩联合制冷系统的理论分析
• 2.2.1 太阳能喷射制冷系统
• 2.2.2 电压缩系统的热力分析
• 2.3 太阳能喷射制冷在空调系统中的应用分析
• 2.3.1 系统制冷剂的选择计算
• 2.3.2 太阳能喷射在制冷空调中的应用分析
• 3 太阳能喷射制冷系统仿真计算
• 3.1 蒸发器模型
• 3.1.1 蒸发器数学模型
• 3.1.2 蒸发器仿真程序编制
• 3.2 冷凝器模型
• 3.2.1 冷凝器数学模型
• 3.2.2 冷凝器仿真程序编制
• 3.3 发生器模型
• 3.4 喷射器模型
• 3.5 太阳能集热器模型
• 3.6 节流机构和工质泵模型
• 3.7 太阳能喷射制冷系统仿真模型
• 3.7.1 太阳能喷射制冷系统各部件的耦合关系
• 3.7.2 太阳能喷射制冷系统的算法设计
• 3.8 系统模拟结果与分析
• 3.8.1 水温和流量对系统性能的影响
• 3.8.2 太阳能辐射对系统性能的影响
• 4 太阳能喷射/电压缩综合实验平台设计与建设
• 4.1 实验系统设计
• 4.1.1 实验装置设计及选型
• 4.1.2 数据采集及测量系统
• 4.2 实验研究内容和方法
• 4.3 实验误差分析
• 4.3.1 实验数据处理
• 4.3.2 误差分析
• 5 太阳能喷射/电压缩联合制冷系统实验
• 5.1 相关因素对太阳能喷射制冷系统性能的影响
• 5.2 太阳能喷射制冷系统逐时运行特性实验
• 5.3 太阳能喷射/电压缩联合制冷系统性能实验
• 5.4 太阳能喷射制冷系统仿真模型验证
• 6 太阳能喷射/电压缩联合制冷系统运行控制策略研究
• 6.1 系统性能分析
• 6.2 控制策略研究
• 6.2.1 太阳能喷射制冷系统运行判断控制策略
• 6.2.2 冷冻水系统运行控制策略
• 6.2.3 制冷系统运行控制策略
• 6.3 运行案例分析
• 7 结论与展望
• 7.1 主要研究工作及结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 博士期间发表的论文及从事的科研工作
• 附录1 测试对象—别墅（郑州）负荷
• 附录2 两相区换热关联式