太阳能吸收式制冷系统的设计毕业设计(编辑修改稿)

太阳能吸收式制冷系统的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

5 翻译部分 英文原文 ..................................................................................................................... 47 中文译文 ..................................................................................................................... 56 致 谢 ............................................................................................................................. 63 中国矿业大学徐海学院 20xx 届本科生毕业设计 1 1 绪论 课题研究背景 当今社会经济一直都处在高速发展中，世界人口数量急剧增加，人类对煤炭、石油等化石燃料的依赖性巨大，环境污染与能源危机日益严峻，能源与环境问题一直制约着国民经济的发展，中国乃至全世界已经把开发新能源与可再生能源作为国家可持续发展能源基本战略的重要组成部分。 特别是发展中国家，越来越注重节能减排、开发环保清洁能源、推广可再生能源。 而且将其作为能源战略计划的重中之重。 节能与环保是我国经济可持续发展的关键所在， “十一五 ”期间，我国出台的能源政策规定，我国将全面推行可持续发展的能源战略，要求年平均节能率达到%，主 要污染物排放总量减少 10%，可再生能源占一次性能源消费总量的比重增量达 %，并推行节能和可再生能源的税收优惠政策。 为了应对全球气候变暖，20xx 年 2 月 28 日，国家主席胡锦涛宣布了《中华人民共和国可再生能源法（草案）》于 20xx 年 1 月 1 日起正式实施。 20xx 年 11 月 25 日，国务院总理温家宝召开国家会议决定，到 2020 年我国单位国内生产总值 CO2 排放量比 20xx 年降低 40%45%；会议上还决定，我国要对可再生资源大力开发，积极推进对核电的发展，至 2020年，我国的非化石能源占一次能源消费的比重达 15%左右 [1]。 目的在于合理改善中国现在的能源消费结构，减轻急剧增长的能源需求与环境污染和能源大量消耗之间的矛盾。 太阳能作为一种既清洁又环保的可再生能源，具有取之不尽、用之不竭、清洁无污染、安全性能良好等特点。 我国太阳能资源储备丰富，太阳光辐射到地面的光照强度最高可达 800MW/s，如果将 %辐射到地面的太阳能按 5%的转换效率转换为电能，我国每年的发电标煤耗将降低 17000 亿吨。 这对于我国来说，既是机遇也是挑战，如何合理最大化的利用太阳能资源这已成为我国能源战略的关键所在。 随着人们生活水平的提高，夏天对空调等制冷产品的依赖性较大，传统的制冷空调一般以氟类制冷剂为主，使用这类制冷剂易对臭氧层造成破坏，不利于环境保护。 传统空调又以电能提供动力，这使化石燃料等传统能源使用进一步增加，既浪费了大量资源，又对环境造成了污染。 因此，使用新型制冷剂和使用非常规中国矿业大学徐海学院 20xx 届本科生毕业设计 2 能源提供动力已成为空调制冷系统节能减排工作的关键。 太阳能的利用 太阳能利用简史 人类利用太阳能历史悠久，中华民族的祖先是人类利用太阳能最早、最杰出的先驱。 早在西周时期，就有 “阳燧取火 ”一说，由于当时生产力与科学技术发 展水平低下，太阳能利用始终处于自然利用的初级阶段，主要用于晾晒等 [2]。 20 世纪，随着现代工业的迅速发展，化石燃料的大量燃用使得生态环境日益破坏，人们才开始对太阳能利用逐步重视，进入应用现代科学技术利用太阳能的阶段。 1997 年，美国宣布称，至 20xx 年以太阳能为主的可再生能源要发展到占全国能源构成的20%；日本制定 “阳光计划 ”，加大对太阳能利用技术的研发；欧洲某些国家建成了许多太阳能利用研究实验基地，发展太阳能工业； 1970 年，我国开始对太阳能利用器件研究，将太阳能利用列入国家计划行列。 经过 30 多年的研究开 发，取得众多成果，使现代太阳能技术飞速发展，为 21 世纪更好地利用太阳能奠定了技术基础。 太阳能利用基本方式 （ 1）光热利用 将太阳能辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热量加以利用。 目前使用最广泛的太阳能收集装置主要有聚焦集热器、平板集热器、真空管集热器。 （ 2）太阳能发电 未来太阳能大规模利用主要用来发电，包括光 热 电转换和光 电转换两种，前者一般利用太阳能集热器吸收热量再加热水形成蒸汽推动汽轮发电机发电。 后者利用具有光生伏打效应的太阳能电池将太阳能直接转变为电能。 （ 3）光化利用 利用太阳能直接分解水制氢的化学转换方式。 太阳能吸收式制冷原理 吸收式制冷是利用两种物质所组成的二次元溶液作为工质来运行的。 这两种物质在同一压力下有不同的沸点，其中沸点较高的为吸收剂，沸点较低的为制冷剂。 吸收式制冷就是利用溶液的浓度随其温度和压力的变化而变化这一物理性质，中国矿业大学徐海学院 20xx 届本科生毕业设计 3 将制冷剂与溶液分离，通过制冷剂的蒸发而制冷，又通过溶液实现对制冷剂的吸收，这种制冷方式利用吸收剂的浓度变化来完成制冷剂的循环。 在工业生产和生活中，常用的吸收式制冷机有氨水吸收式与溴化锂吸收式两种。 氨水吸收式以氨为制冷剂，水为吸收剂，可 用来制取 0℃ 以下的低温。 但氨有刺激性臭味，对人体有害，而且系统热力系数较低，装置复杂，体积庞大，金属和冷却水的消耗量较大，除工艺过程之外，一般很少应用，主要应用于化工行业。 目前，应用最为广泛的是以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂，以制取 0℃ 以上冷媒水为目的的溴化锂吸收式冷水机组。 而所谓的太阳能吸收式制冷，就是利用太阳能集热器将水加热，为吸收式制冷机的发生器提供其所需的热媒水，从而使吸收式制冷机正常运行，达到制冷的目的。 在多种太阳能制冷方式中，太阳能溴化锂吸收式制冷是目前最成熟的方式 [3]。 吸收式制冷分类 氨 水吸收式制冷 氨 水吸收式制冷利用热能作为补偿并利用溶液的特性来完成制冷循环。 在氨 水吸收式制冷中，氨作为制冷剂，水作为吸收剂，在相同压力下，水与氨的汽化温度比较接近，在发生器中蒸发出来的氨蒸汽会携带较多水蒸汽，为提高机组经济性就必须采用分凝和精馏设备。 在氨 水吸收式制冷机运行过程中，当氨水溶液在发生器内受到热媒水的加热后，溶液中的氨不断汽化；随着氨不断汽化，发生器内的氨水溶液浓度不断降低，进入吸收器；氨蒸汽进入冷凝器后被冷却水降温冷凝，变成高压低温的液态氨；当冷凝器内的液态氨 通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的。 在此过程中，低温氨蒸汽进入吸收器后被稀氨水溶液吸收，稀溶液变成浓溶液之后由循环泵送回发生器完成整个制冷循环。 溴化锂吸收式制冷 在溴化锂吸收式制冷中，水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。 溴化锂水溶液是由溴化锂和水这两种成分组成，溴化锂水溶液的沸点不仅与压力有关，而且与溶液的浓度有关。 在溴化锂吸收式制冷机运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内收到热媒水的加热后，溶液中的水不断汽化；随着水的不断汽化，发生器内的中国矿业大学徐海学院 20xx 届本科生毕业设计 4 溴化锂水溶液浓度不断上升，进入吸收器；水蒸汽进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水凝结降温，变成高压低温的液态水；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急剧膨胀汽化并吸收蒸发器内的冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；低温水蒸汽进入吸收器，被吸 收器内的溴化锂溶液吸收，循环泵将浓度逐步降低的溶液送回发生器完成整个循环，如此循环不息连续制取冷量。 由于溴化锂稀溶液在吸收器内已被冷却，温度较低，为了节省加热稀溶液的热量，提高装置热效率，系统中往往会添加一个换热器，让发生器流出的高温浓溶液与吸收器流出的低温稀溶液进行热交换，提高稀溶液进入发生器的温度 [4]。 吸收式制冷发展历史 吸收式制冷技术的发展已有 200 多年历史，早在 18 世纪，人类就开始利用吸收式制冷来获取冰块。 1859 年，法国 Ferdinand Carre 就发明了氨 水工质对吸收式制冷机，用于制冰和食物冷藏。 19 世纪初德国 Borsig研制出制冷温度可达零下 50℃的双级氨水吸收式制冷机。 1925 年瑞典科学家开发出直燃型吸收式制冷机并应用于冷库中。 1935 年，美国推出单元空调机，实现了吸收式制冷机小型化与家庭化。 1945 年，美国 Carrier 公司研制出制冷量 523kW 的溴化锂水溶液单效吸收式制冷机， 1961 年美国又研制出双效制冷机。 溴化锂吸收式制冷机的问世为其在世界范围内的推广利用奠定了基础。 1950 年之后，日本从美国引进技术，并加以改造，于 1962 年研制出单效机和双效机， 日本在相关领域一直处于世界领先。 20 世纪60 年代，我国也开始致力于吸收式制冷技术研究，经过将近半个世纪的努力，我国在这方面技术水平也处于世界前列，并成为溴化锂中央空调产量最大的国家。 吸收式制冷技术研究现状 单效溴化锂吸收式制冷是最简单的太阳能制冷方式，驱动热源可采用 MPa 的蒸汽或 85150℃ 的热水，但几乎所有的太阳能单效溴化锂制冷机组是采用热水驱动。 单效溴化锂制冷机组的 COP 并不高，但其可充分利用低品位的热能，如废热，余热、太阳能等，故从能源利用的角度来说，太阳能单效溴化锂制冷 机组是节能的。 太阳能吸收式制冷系统的试验和测试研究绝大多数是在一些可获得财力支持的大学或相关的研究机构进行。 O. Marc 和 Jean Philippe Praene 等先后报道了一个中国矿业大学徐海学院 20xx 届本科生毕业设计 5 安装在南半球热带留尼汪岛上圣皮埃尔大学里的 30kW 的太阳能单效溴化锂吸收式制冷机 [5]。 该套系统共有 4 个阵列布置的集热器，但没有辅助热源，当制冷系统不能提供足量的制冷量时，采用吊扇辅助降温。 工作时集热器进出口温差约为10℃ ，平均出口温度为 70℃ ，从上午 8 时至 11 时教室平均温度为 26℃ ，从 11 时至 16 时，温度低于 25℃。 但热水温度达 75℃ 时，制冷剂未达到额定制冷量，其最大制冷量只达到 60%。 20xx 年的测试试验中因为三月份的太阳辐射较强， COP近。 这套系统主要用来确定一种收集数据和评估 SHC 系统性能的方法。 Francis Agyenim 等测试了一个安装在英国卡迪夫大学里的家用规模的 的太阳能单效吸收式制冷系统，该系统采用真空管集热器，集热流体是 Tyfocor，在太阳能辐射平均峰值 800kW/m2 时 COP 为 ，冷水温度达到 7℃ ，该测试证明了家用规模的太阳能制冷系统是可行的 [6]。 Ahmed Hamza 介绍了安装于德国奥博豪森市的带有冷却塔的 的太阳能单效溴化锂吸收式制冷系统，也由真空管集热器构成，在运行期间，制冷机的 COP 为 [7]。 设计并安装了位于西班牙南部的阿尔梅里亚大学太阳能研究中心的太阳能辅助空调系统 ,其太阳能集热器是并联安装的平板型集热器，在蓄热水箱和制冷机之间串联安装了 100kW 的辅助加热器，该制冷机额定制冷量为 70kW，该制冷机 COP 超过。 在夏季 COP 达到 ，月平均制冷量在 40kW 左右 [8]。 王如竹研究了安装在中国济南的一座绿色建筑物里的带有复合抛物面型集热器的溴化锂吸收式制冷机，该制冷机集热面积为 105m2，集热温度可达到 130℃ ，当热水温度为 125℃ 时集热效率为 50%，该制冷机组能提供 15℃ 的冷水，其太阳能利用率为 19%[9]。 汤勇等研究了超声波对吸收式制冷系统溴化锂溶液中冷剂水的沸腾传质过程的影响。 发现使用超声强化可有效提高太阳能驱动的溴化锂吸收式制冷机的制冷效率，降低制冷系统所需最低驱动热源温度，且不会影响系统的稳定运行 [10]。 溴化锂吸收式制冷系统特点 溴化锂吸收式制冷系统的优点 第一，以热能为动力，无需耗用大量电能，而且对热能的要求不高。 能利用各种低品位热能和废气、废热，如高于 20kPa 的饱和蒸汽、各种排气、高于 75℃中国矿业大学徐海学院 20xx 届本科生毕业设计 6 的热水、地热、太阳能等，有利于热源的综合利用，因此运转费用低。 若利用各种废气、废热来在制冷，则几乎不需要花费运转费用，便能获得大量的冷源，具有很好的节电效果，经济性高。 第二，整个制冷机组除功率较小的屏蔽泵外，没有其他运动部件，振动小、噪声低，运行比较安静，特别适用于医院、办公大楼、家庭等场合。 第三，以溴化锂溶液为工质，制冷系统又在真空下 运行，无臭、无毒、无爆炸危险，安全可靠，被认为是环境友好的制冷设备。 第四，安装方便，对安装基础的要求低，因为机组运行时振动小，所以无需特殊的基座。 可安装在室内、室外、屋顶。 安装时只需作一般校平，接上汽、水管道和电源便可。 第五，制造简单，操作、维护保养方便，机组中几乎都是热交换设备，制造比较容易。 由于机组性能稳定，对外界条件变化的适应性强，因而操作比较简单。 机组的维修保养工作主要在保持所需的气密性。 溴化锂吸收式制冷系统的局限性 第一，在有空气的情况下，溴化锂溶液对普通碳钢有较强的腐蚀性，这不仅影响机组的寿命，并影响机组的性能和正常运行。