【正文】 20xx 年 2 月 28 日，國家主席胡錦濤宣布了《中華人民共和國可再生能源法（草案）》于 20xx 年 1 月 1 日起正式實施。我國太陽能資源儲備豐富，太陽光輻射到地面的光照強度最高可達 800MW/s，如果將 %輻射到地面的太陽能按 5%的轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換為電能，我國每年的發(fā)電標煤耗將降低 17000 億噸。因此，使用新型制冷劑和使用非常規(guī)中國礦業(yè)大學徐海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 2 能源提供動力已成為空調(diào)制冷系統(tǒng)節(jié)能減排工作的關(guān)鍵。 1997 年，美國宣布稱，至 20xx 年以太陽能為主的可再生能源要發(fā)展到占全國能源構(gòu)成的20%；日本制定 “陽光計劃 ”，加大對太陽能利用技術(shù)的研發(fā)；歐洲某些國家建成了許多太陽能利用研究實驗基地，發(fā)展太陽能工業(yè)； 1970 年，我國開始對太陽能利用器件研究，將太陽能利用列入國家計劃行列。 （ 2）太陽能發(fā)電 未來太陽能大規(guī)模利用主要用來發(fā)電，包括光 熱 電轉(zhuǎn)換和光 電轉(zhuǎn)換兩種，前者一般利用太陽能集熱器吸收熱量再加熱水形成蒸汽推動汽輪發(fā)電機發(fā)電。這兩種物質(zhì)在同一壓力下有不同的沸點，其中沸點較高的為吸收劑，沸點較低的為制冷劑。但氨有刺激性臭味，對人體有害，而且系統(tǒng)熱力系數(shù)較低，裝置復雜，體積龐大，金屬和冷卻水的消耗量較大，除工藝過程之外，一般很少應用，主要應用于化工行業(yè)。 吸收式制冷分類 氨 水吸收式制冷 氨 水吸收式制冷利用熱能作為補償并利用溶液的特性來完成制冷循環(huán)。 溴化鋰吸收式制冷 在溴化鋰吸收式制冷中，水作為制冷劑，溴化鋰作為吸收劑。 吸收式制冷發(fā)展歷史 吸收式制冷技術(shù)的發(fā)展已有 200 多年歷史，早在 18 世紀，人類就開始利用吸收式制冷來獲取冰塊。 1935 年，美國推出單元空調(diào)機，實現(xiàn)了吸收式制冷機小型化與家庭化。 20 世紀60 年代，我國也開始致力于吸收式制冷技術(shù)研究，經(jīng)過將近半個世紀的努力，我國在這方面技術(shù)水平也處于世界前列，并成為溴化鋰中央空調(diào)產(chǎn)量最大的國家。 O. Marc 和 Jean Philippe Praene 等先后報道了一個中國礦業(yè)大學徐海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 5 安裝在南半球熱帶留尼汪島上圣皮埃爾大學里的 30kW 的太陽能單效溴化鋰吸收式制冷機 [5]。 20xx 年的測試試驗中因為三月份的太陽輻射較強， COP近 。 設計并安裝了位于西班牙南部的阿爾梅里亞大學太陽能研究中心的太陽能輔助空調(diào)系統(tǒng) ,其太陽能集熱器是并聯(lián)安裝的平板型集熱器，在蓄熱水箱和制冷機之間串聯(lián)安裝了 100kW 的輔助加熱器，該制冷機額定制冷量為 70kW，該制冷機 COP 超過 。發(fā)現(xiàn)使用超聲強化可有效提高太陽能驅(qū)動的溴化鋰吸收式制冷機的制冷效率，降低制冷系統(tǒng)所需最低驅(qū)動熱源溫度，且不會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行 [10]。 第二，整個制冷機組除功率較小的屏蔽泵外，沒有其他運動部件，振動小、噪聲低，運行比較安靜，特別適用于醫(yī)院、辦公大樓、家庭等場合。安裝時只需作一般校平，接上汽、水管道和電源便可。 溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的局限性 第一，在有空氣的情況下，溴化鋰溶液對普通碳鋼有較強的腐蝕性，這不僅影響機組的壽命，并影響機組的性能和正常運行。 第三，由于直接利用熱能，機組的排熱負荷較大，對冷卻水的水質(zhì)要求也較高。 中國礦業(yè)大學徐海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 7 利用熱力學基本原理對系統(tǒng)的性能指標：熱力系數(shù)、熱力完善度、熱源單耗進行分析計算。溴化鋰晶體極易溶于水，因為水沸點與溴化鋰晶體沸點相差很大，所以溴化鋰水溶液在沸騰時產(chǎn)生的蒸汽均為水蒸汽。 中國礦業(yè)大學徐海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 10 各狀態(tài)點參數(shù)選擇與計算 給定參數(shù)選擇 表 常見給定參數(shù)與確定原則 參數(shù) 確定原則 制冷量 根據(jù)用戶需求設定所需制冷量 冷卻水進口溫度 通常設置為 32℃，也可根據(jù)特殊要求設定 加熱熱源參數(shù) 對于單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)通常選用表壓為 的飽和蒸汽或溫度高于 85℃的熱水 （ 1）系統(tǒng)制冷量 Q 系統(tǒng)設定制冷量 Q=7kW （ 2） 蒸發(fā)器出口冷風溫度 出口冷風溫度根據(jù)用戶要求選定，本設計綜合考慮用戶要求以及制冷溫度富裕量，選取冷間空氣溫度為 。 序號 名稱 狀態(tài)點 溫度 ℃ 壓力 Pa 濃度 % 焓值 kJ/kg 1 蒸發(fā)器中冷劑水 1 14 1597 0 2 蒸發(fā)器中冷劑蒸汽 1′ 14 1597 0 3 吸收器出口稀溶液 2 43 / 4 冷凝器中冷劑水 3 43 8639 0 5 冷凝器中冷劑蒸汽 3′ 43 8639 0 6 發(fā)生器出口濃溶液 4 75 / 7 吸收器進口濃溶液 6 / / / 8 溶液熱 交換器出口稀溶液 7 57 / 9 溶液熱 交換器出口濃溶液 8 58 / 10 發(fā)生器內(nèi)沸騰溶液 5 / / / 11 吸收器中噴淋溶液 9 46 / 中國礦業(yè)大學徐海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 16 圖 蒸發(fā)器熱量平衡圖 根據(jù)熱平衡方程： kJ/kg （ 2）冷凝器單位熱負荷 如圖 所示， 發(fā)生器內(nèi)發(fā)生 狀態(tài)為 的冷劑蒸汽量 D，比焓 ，經(jīng)過冷 凝器內(nèi)的冷卻水冷 卻后凝結(jié)為冷劑水，冷卻所帶走的熱量 。 圖 吸收器熱量平衡圖 根據(jù)熱平衡方程： （ 5）溶液熱交換器單位熱負荷 中國礦業(yè)大學徐海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 19 圖 溶液熱交換器熱量平衡圖 如圖 所示，忽略溶液熱交換器換熱過程中存在的熱量損耗，依據(jù)熱量平衡關(guān)系式： 溶 液 熱 交 換 器 的 熱 負 荷 為 ， 則 熱 負 荷 為 ： 熱平衡相對誤差計算 若忽略機組泵消耗功率的影響，以及機組與外界環(huán)境熱損失的影響，將整個機組視為一個熱力系統(tǒng)，則發(fā)生器和蒸發(fā)器是從外界吸收熱量分別為 和 ，冷凝器與吸收器中冷卻水所吸收的熱量分別為 和 。 在一定條件下，熱力系數(shù)值越大，則表明該制冷循環(huán)系統(tǒng)的經(jīng)濟性越高。 ， 熱力完善度 : 中國礦業(yè)大學徐海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 21 熱源單耗 對于用熱水熱量來作為熱源的溴化 鋰吸收式制冷系統(tǒng)，經(jīng)常用熱水單耗 來衡量制冷系統(tǒng)運行的性能指標?！?)， 為存在熱量損失的修正系數(shù)， （ 2）蒸發(fā) 器出口冷風流量 中國礦業(yè)大學徐海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 22 物性參數(shù) , kJ/(kg平板集熱器吸熱板上一般覆蓋有深色的選擇性吸收涂層；一般使用平板玻璃作為透明蓋板覆蓋流體布置方式 a b 應用范圍 逆流 / 順流 / 叉流 兩流體都為交叉流動 一流體為交叉流動 中國礦業(yè)大學徐海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 24 吸熱板，從而保護吸熱板以及阻止吸熱板溫度升高后向周圍環(huán)境散熱。這種改進形式的太陽能集熱器，管內(nèi)不再走水， 不會發(fā)生因一只管破損而影響整個系統(tǒng)運行的情況，運行可靠性大大提高。取徐州地區(qū)夏季的平 均 太 陽 輻 射 強度 ，考慮到管道熱損失的影響，取富裕量即平均加熱水溫 90℃ ，環(huán)境溫度 ℃ 。選用鹽城新奧源不銹鋼水箱廠生產(chǎn)的型號為 OL7 的不銹鋼保溫水箱，具體參數(shù)為：容積 7T，內(nèi)徑 2m，外徑 ，高度 。 發(fā)生器設計為固定管板式管殼式換熱器，銅管與管板的連接選用貼脹加密封焊技術(shù)，使用這種工藝可以有效的保證其密封性能。 殼體內(nèi)徑 式中： 考慮到溴化鋰溶液走殼程，溶液在加熱過程中會汽化出大量水蒸汽，所以實際殼體內(nèi)徑預留 20%的冗余長度。本設計選用弓形折流板，設計規(guī)范中指明弓形切口最佳大小一般為 20%，弓形切口過大或者過小都會降低管束的換熱性能；實際工程應用中折流板之間的距離為 40%50%的殼體內(nèi)徑最優(yōu)；中國礦業(yè)大學徐海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 29 各弓形折流板相互呈 180176。 ℃ 考慮到套管 式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，制造簡單，價格便宜，本設計選用套管式 換熱器作為冷凝器，內(nèi)管為 ?32，外管為 ?382mm 的無縫鋼管，內(nèi)管走冷卻水，外管走制冷劑。其結(jié)構(gòu)緊湊，使用與維護都比較方便。 盤管一圈周長約為 ，管子約盤繞 8 圈 蒸發(fā)器的設計 換熱量 , 冷 風 進 口 的 溫度 ℃ ，冷風出口溫度℃ ，冷風流量 ,水的蒸發(fā)溫度 ℃ ，變?yōu)?14℃ 的飽和水蒸汽。本設計中弓形切口率選 20%，對應的弧度為 ；折流板之間的距離為 50%殼體內(nèi)徑，即 ；根據(jù) GB1511999 中規(guī)定，折流板厚度選 3mm。管殼式換熱器設計規(guī)范還指出，單根管道長度與殼體直徑之比要在 320之間，該設計滿足設計規(guī)范要求。）排列，此種排列方法結(jié)構(gòu)緊湊，易于清洗 [12]。 發(fā)生器的設計 換熱量 , 熱水的進口溫度 ℃ ，熱水的出口溫度℃ ，發(fā)生器中濃溶液的出口溫度 ℃ ，稀溶液的進口溫度℃ ，加熱熱水的流量 中國礦業(yè)大學徐海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 26 溫差修正系數(shù) 的值取決于兩個無量綱參數(shù) P 及 R，可定義為： 式中下標 2 表示殼側(cè)和管側(cè)，上標 “ 〞 ”和 “ ′ ”表示進口和出口。太陽能集熱器產(chǎn)生的熱水將流進蓄熱水箱，再經(jīng)過蓄熱水箱將熱水供給發(fā)生器。徐州地區(qū)緯度為 176。但是其管內(nèi)走水，在運行過程中一只管破損將使整個系統(tǒng)停止工作?！?) = = m3/h 其中吸收器冷卻水流量 m3/h 冷凝器冷卻水流量 m3/h （ 4）發(fā)生泵流量 發(fā)生泵的流量為溴化鋰稀溶液的循環(huán)量，根據(jù) ， ℃ ，查得 kg/m3 （ 5）吸收泵流量 制冷系統(tǒng)為了強化內(nèi)部吸收作用使用吸收泵加壓經(jīng)噴嘴霧化噴淋，吸收泵的流量受再循環(huán)量影響。 溴化鋰機組的熱源單耗越低，說明機組運行時所需的熱水越少，機組的經(jīng)濟性越好。 對于溴化鋰吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)，在理想狀態(tài)下，即理論循環(huán)，忽略了制冷機組制冷工質(zhì)對在狀態(tài)變化過程中產(chǎn)生的摩擦，散熱及過程進行不徹底等損失，但工質(zhì)對在節(jié)流、絕熱吸收、閃發(fā)過程都是不可逆的，存在不可逆損失；在發(fā)生器、吸收器等內(nèi)部，溶液溫度上升或者下降過程存在著不同程度的傳熱溫差，存在傳熱過程的不可逆，所以溴化鋰 吸收式 制 冷循環(huán)是不可逆的，機組的熱力系數(shù)小于卡諾循環(huán)熱力系數(shù)。 中國礦業(yè)大學徐海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 20 性能指標計算 熱力系數(shù) 溴化鋰吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)工作時，系統(tǒng)向環(huán)境釋放的冷量與系統(tǒng)所需要吸收的熱量之比，稱之為熱力系數(shù)，即性能系數(shù) COP。發(fā)生器出口的溴化鋰濃溶液的量為 ,濃度 ，比焓 。 （ 4）冷凝器冷卻水和吸收器冷卻水入口溫度 取 （冷凝器和吸收器冷卻水采用并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式） 選取參數(shù)確定 表 常見選取參數(shù)與確定原則 參數(shù) 確定原則 蒸發(fā)溫度 蒸發(fā)器溫度通常較冷間空氣的出口溫度低 蒸發(fā)壓力 蒸發(fā)壓力是和蒸發(fā)溫度所對應的飽和水蒸汽壓力，可由相應的計算公式計算，也可由相對應的物性參數(shù)圖表查得 吸收器壓力 通常為較蒸發(fā)壓力低 （ ） 中國礦業(yè)大學徐海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 11 吸收器中冷卻水與冷凝器中冷卻水出口溫度 對于單效吸收式制冷機組而言，冷卻水總溫升通常為； 吸收器和冷凝器的熱負荷之比，單效機組通常為，當采用并聯(lián)冷卻方式運行時，吸收器中的冷卻水與冷凝器中的冷卻水溫升大致相同 冷凝溫度 通常較冷凝器中的冷卻水出口溫度高 冷凝壓力 為冷凝器中的冷凝溫度所對應的飽和水蒸汽壓力，可由相應的計算公式計算，也可由相應的物性參數(shù)圖表查得 發(fā)生壓力 近似為冷凝壓力 吸收器出口溴化鋰稀溶液濃度 由吸收器內(nèi)的壓力和溴化鋰稀溶液的出口溫度所共同確定，溴化鋰稀溶液的出口溫度通常比吸收器中冷卻水的出口溫度高 ，通常的濃度范圍為 發(fā)生器出口溴化鋰濃溶液濃度 由發(fā)生器內(nèi)的壓力和溴化鋰濃溶液的出口溫度所共同確定，溴化鋰濃溶液的出口溫度通常比熱源溫度低，也可根據(jù)吸收器出口稀溶液濃度和循環(huán)系統(tǒng)的放汽范圍確定 單效制冷機組的溶液熱交換器溫度 通常比吸收器中溴化鋰稀溶液出口溫度高 （ 1）蒸發(fā)溫度 取 ， 為冷間空氣溫度和制冷劑的蒸發(fā)溫度之差，一般為 查飽和水和飽和水蒸汽圖，可知 （ 2）吸收器壓力 取 ， 為蒸發(fā)壓力和吸收器壓力之差 中國礦業(yè)大學徐海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 12 （ 3）冷凝器中冷卻水的出口溫度 取 ， 為冷凝器中冷卻水總溫升 （ 4）吸收器中冷卻水的出口溫度 吸收器中冷卻水出口與冷凝器中冷卻水出口并聯(lián) （ 5）冷凝溫度 取 ， 為冷凝溫度和冷凝器中冷卻水出口溫度差 （ 6）發(fā)生壓力 查飽和