增大热源温差型太阳能制冷系统

论文摘要

太阳能空调系统是近年太阳能热利用技术领域研究的重点,但一般存在着系统较为复杂,集热器效率不高,制冷机造价较高等缺点。本文所设计的增大热源温差型太阳能制冷系统为解决此问题提供了一种方案。本文首先介绍了这种循环的具体流程及循环原理,建立了该循环的计算模型,用Excel中的VBA编程对各变量（包括中间压力,热源进口温度,冷媒水进口温度,冷却水进口温度,串并联等因素）对循环的影响进行了计算,并优选了循环中各变量或参数的取值范围。最后本文结合整个太阳能循环系统,介绍了利用本循环的太阳能系统模型,分析了系统的集热器效率及整体效率。在深入研究用于太阳能制冷的各种溴化锂吸收式制冷循环的基础上,对循环中溶液的流程进行了改进:把从低压吸收器出来的溶液与高压吸收器出来的溶液进行混合后先送入低压发生器,部分浓缩后再进入高压发生器。这种循环的好处在于可降低进入低压发生器溶液的初始浓度,因此可降低低压发生器中的蒸发压力及溶液（进而加热热水）的出口温度,从而增大热源热水温降。本文所设计的循环可降低热源热水的进口温度,增大其温降水平。热水温降幅度可达37℃,比目前温降较大的1.x循环还要增大7℃,从而达到了充分利用热水的目的。通过对所建立的模型的反复计算及分析,优选的设计参数为:中间压力:2279-2386Pa（17.1-17.9mmHg）;热源进口温度:85℃-95℃;冷媒水进口温度:15℃-18℃;冷却水进口温度:18℃-32℃。计算结果表明,中间压力逐渐增加时,循环的COP不断增大;总的传热面积先减小又稍有增大,同时热源单耗及冷却水流量都大大减小;但中间压力增大到一定程度后循环就无法继续,故中间压力的取值范围为2279-2386Pa（17.1-17.9mmHg）。热源温度增大时,循环的热力系数COP是不断变大的,热源单耗变低,所需总传热面积变小。可见热源温度越高系统性能越好,所以在条件允许的情况下让热水进口温度越高越好。冷媒水进口温度升高时,循环的COP值增大;循环总传热面积稍微变小;热源单耗及冷却水流量也都会略有减小;故在条件允许的情况下,冷媒水进口温度较高时对循环有利。冷却水进口温度越低,则循环的COP越高,在该温度变化范围内可以高出0.18左右,循环的总传热面积会也会减小,而且冷却水流量及热源单耗也会减少不少,所以在条件许可的情况下,应尽量降低冷却水进口温度。结果还表明,冷却水流程宜采用先进入冷凝器再依次进入低压吸收式（低吸）和高压吸收器（高吸）的串联方式,这是因为冷凝温度对应的饱和压力决定了高发中的压力并影响发生的初终温度,较低的冷凝压力及温度可降低发生器中溶液的饱和压力及温度,从而降低加热热水的出口温度,增大其可利用温差。本文在热源进口温度、冷却水进出口温度、制冷量和冷媒水进出口温度都不变的情况下,通过计算把本文所设计的循环与1.x级循环进行了比较,结果表明,虽然本文所设计循环的COP稍有减小（约0.1左右）,冷却水流量增大了10%左右;但该循环的换热器总面积最大可减小7%,可使机组的整体结构更紧凑,成本更低;热水流量最大可降低10%,热水出口温度降低了7℃。所以虽然这种循环牺牲了部分COP,但增大了热源的可利用温差,向实用化的方向更迈进了一步。最后本文结合整个太阳能循环系统,介绍了利用本循环的太阳能系统模型,分析了系统的整体效率。该太阳能空调的总效率最大可达到31.4%,其热力完善度在24%左右变化。本系统降低了太阳能集热器的回水温度,因此可提高集热器的集热能力及集热效率（该循环的集热器效率最高可达61.5%）。通过与1.x系统的比较可以看出,本文所设计的太阳能制冷系统中的集热器可以获得更高的效率（比1.x级的约大2%）,故而可以更加充分的利用太阳能集热器。虽然该循环的总效率要稍差于1.x循环（约小5%）,同时热力完善度也要小3%左右,但该循环为增大热水利用温差提供了一种可能性,在利用集热器方面具有很好的优越性,同时系统具有更小的总换热面积,所需要的热水流量也减小,有一定的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1.课题背景介绍
• 1.1 太阳能的利用
• 1.2 太阳能制冷的研究现状
• 1.2.1 各个循环
• 1.2.2 相关研究
• 1.2.3 相关应用
• 1.3 本文要做的主要工作
• 2 系统流程及计算分析
• 2.1 增大热源温差型制冷循环流程的设计及循环原理
• 2.2 增大热源温差型制冷循环计算模型
• 2.2.1 流程的热力计算
• 2.2.2 各设备的传热面积计算
• 2.2.3 程序结构及框图
• 2.2.4 循环所用到的溴化锂溶液的及水的各状态参数计算
• 2.2.4.1 溴化锂水溶液温度、质量分数、焓关系式
• 2.2.4.2 溴化锂水溶液的平衡方程
• 2.2.4.3 溴化锂溶液的结晶温度方程
• 2.2.4.4 溴化锂溶液的密度与温度和浓度关系方程
• 2.2.4.5 水蒸汽的饱和压力
• 2.2.4.6 过热水蒸汽的比焓
• 2.3 增大热水温差型溴冷机循环的计算结果与优选分析
• 2.3.1 各变量对该循环的影响
• 2.3.1.1 中间压力变化对循环的影响
• 2.3.1.2 冷却水串、并联流程的比较
• 2.3.1.3 热源进口温度变化对循环的影响
• 2.3.1.4 冷媒水进口温度变化对循环的影响
• 2.3.1.5 冷却水进口温度变化对循环的影响
• 2.3.1.6 中间压力和热源进口温度同时变化对循环的影响
• 2.3.1.7 冷媒水进口温度和热源进口温度同时变化对循环的影响
• 2.3.1.8 冷却水进口温度和热源进口温度同时变化对循环的影响
• 2.3.2 采用优选参数的循环
• 2.3.3 增大热源温差型溴冷机循环与1.x循环的比较
• 2.3.3.1 两循环流程比较
• 2.3.3.2 两循环各指标比较
• 2.3.4 本章小结
• 3.利用太阳能的增大热源温差型制冷循环
• 3.1 利用太阳能的增大热源温差型制冷循环的系统模型
• 3.2 集热器
• 3.3 系统的能量转换效率
• 3.4 利用太阳能的增大热源温差型循环与1.x的比较
• 3.5 本章小结
• 4.结论
• 4.1 全文主要工作及结论
• 4.2 论文不足
• 参考文献
• 致谢
• 硕士在读期间发表论文情况
• 学位论文评阅及答辩情况表