【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 5 翻譯部分 英文原文 ..................................................................................................................... 47 中文譯文 ..................................................................................................................... 56 致 謝 ............................................................................................................................. 63 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 課題研究背景 當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)一直都處在高速發(fā)展中，世界人口數(shù)量急劇增加，人類對(duì)煤炭、石油等化石燃料的依賴性巨大，環(huán)境污染與能源危機(jī)日益嚴(yán)峻，能源與環(huán)境問題一直制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)乃至全世界已經(jīng)把開發(fā)新能源與可再生能源作為國(guó)家可持續(xù)發(fā)展能源基本戰(zhàn)略的重要組成部分。特別是發(fā)展中國(guó)家，越來越注重節(jié)能減排、開發(fā)環(huán)保清潔能源、推廣可再生能源。而且將其作為能源戰(zhàn)略計(jì)劃的重中之重。 節(jié)能與環(huán)保是我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在， “十一五 ”期間，我國(guó)出臺(tái)的能源政策規(guī)定，我國(guó)將全面推行可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略，要求年平均節(jié)能率達(dá)到%，主 要污染物排放總量減少 10%，可再生能源占一次性能源消費(fèi)總量的比重增量達(dá) %，并推行節(jié)能和可再生能源的稅收優(yōu)惠政策。為了應(yīng)對(duì)全球氣候變暖，20xx 年 2 月 28 日，國(guó)家主席胡錦濤宣布了《中華人民共和國(guó)可再生能源法（草案）》于 20xx 年 1 月 1 日起正式實(shí)施。 20xx 年 11 月 25 日，國(guó)務(wù)院總理溫家寶召開國(guó)家會(huì)議決定，到 2020 年我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值 CO2 排放量比 20xx 年降低 40%45%；會(huì)議上還決定，我國(guó)要對(duì)可再生資源大力開發(fā)，積極推進(jìn)對(duì)核電的發(fā)展，至 2020年，我國(guó)的非化石能源占一次能源消費(fèi)的比重達(dá) 15%左右 [1]。目的在于合理改善中國(guó)現(xiàn)在的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，減輕急劇增長(zhǎng)的能源需求與環(huán)境污染和能源大量消耗之間的矛盾。太陽能作為一種既清潔又環(huán)保的可再生能源，具有取之不盡、用之不竭、清潔無污染、安全性能良好等特點(diǎn)。我國(guó)太陽能資源儲(chǔ)備豐富，太陽光輻射到地面的光照強(qiáng)度最高可達(dá) 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(guó)每年的發(fā)電標(biāo)煤耗將降低 17000 億噸。這對(duì)于我國(guó)來說，既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，如何合理最大化的利用太陽能資源這已成為我國(guó)能源戰(zhàn)略的關(guān)鍵所在。 隨著人們生活水平的提高，夏天對(duì)空調(diào)等制冷產(chǎn)品的依賴性較大，傳統(tǒng)的制冷空調(diào)一般以氟類制冷劑為主，使用這類制冷劑易對(duì)臭氧層造成破壞，不利于環(huán)境保護(hù)。傳統(tǒng)空調(diào)又以電能提供動(dòng)力，這使化石燃料等傳統(tǒng)能源使用進(jìn)一步增加，既浪費(fèi)了大量資源，又對(duì)環(huán)境造成了污染。因此，使用新型制冷劑和使用非常規(guī)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 能源提供動(dòng)力已成為空調(diào)制冷系統(tǒng)節(jié)能減排工作的關(guān)鍵。 太陽能的利用 太陽能利用簡(jiǎn)史 人類利用太陽能歷史悠久，中華民族的祖先是人類利用太陽能最早、最杰出的先驅(qū)。早在西周時(shí)期，就有 “陽燧取火 ”一說，由于當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力與科學(xué)技術(shù)發(fā) 展水平低下，太陽能利用始終處于自然利用的初級(jí)階段，主要用于晾曬等 [2]。 20 世紀(jì)，隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，化石燃料的大量燃用使得生態(tài)環(huán)境日益破壞，人們才開始對(duì)太陽能利用逐步重視，進(jìn)入應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)利用太陽能的階段。 1997 年，美國(guó)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(guó)能源構(gòu)成的20%；日本制定 “陽光計(jì)劃 ”，加大對(duì)太陽能利用技術(shù)的研發(fā)；歐洲某些國(guó)家建成了許多太陽能利用研究實(shí)驗(yàn)基地，發(fā)展太陽能工業(yè)； 1970 年，我國(guó)開始對(duì)太陽能利用器件研究，將太陽能利用列入國(guó)家計(jì)劃行列。經(jīng)過 30 多年的研究開 發(fā)，取得眾多成果，使現(xiàn)代太陽能技術(shù)飛速發(fā)展，為 21 世紀(jì)更好地利用太陽能奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 太陽能利用基本方式 （ 1）光熱利用 將太陽能輻射能收集起來，通過與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱量加以利用。目前使用最廣泛的太陽能收集裝置主要有聚焦集熱器、平板集熱器、真空管集熱器。 （ 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(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。后者利用具有光生伏打效應(yīng)的太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋? （ 3）光化利用 利用太陽能直接分解水制氫的化學(xué)轉(zhuǎn)換方式。 太陽能吸收式制冷原理 吸收式制冷是利用兩種物質(zhì)所組成的二次元溶液作為工質(zhì)來運(yùn)行的。這兩種物質(zhì)在同一壓力下有不同的沸點(diǎn)，其中沸點(diǎn)較高的為吸收劑，沸點(diǎn)較低的為制冷劑。吸收式制冷就是利用溶液的濃度隨其溫度和壓力的變化而變化這一物理性質(zhì)，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 將制冷劑與溶液分離，通過制冷劑的蒸發(fā)而制冷，又通過溶液實(shí)現(xiàn)對(duì)制冷劑的吸收，這種制冷方式利用吸收劑的濃度變化來完成制冷劑的循環(huán)。在工業(yè)生產(chǎn)和生活中，常用的吸收式制冷機(jī)有氨水吸收式與溴化鋰吸收式兩種。氨水吸收式以氨為制冷劑，水為吸收劑，可 用來制取 0℃ 以下的低溫。但氨有刺激性臭味，對(duì)人體有害，而且系統(tǒng)熱力系數(shù)較低，裝置復(fù)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(yīng)用，主要應(yīng)用于化工行業(yè)。目前，應(yīng)用最為廣泛的是以水為制冷劑、溴化鋰溶液為吸收劑，以制取 0℃ 以上冷媒水為目的的溴化鋰吸收式冷水機(jī)組。而所謂的太陽能吸收式制冷，就是利用太陽能集熱器將水加熱，為吸收式制冷機(jī)的發(fā)生器提供其所需的熱媒水，從而使吸收式制冷機(jī)正常運(yùn)行，達(dá)到制冷的目的。在多種太陽能制冷方式中，太陽能溴化鋰吸收式制冷是目前最成熟的方式 [3]。 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(bǔ)償并利用溶液的特性來完成制冷循環(huán)。在氨 水吸收式制冷中，氨作為制冷劑，水作為吸收劑，在相同壓力下，水與氨的汽化溫度比較接近，在發(fā)生器中蒸發(fā)出來的氨蒸汽會(huì)攜帶較多水蒸汽，為提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性就必須采用分凝和精餾設(shè)備。在氨 水吸收式制冷機(jī)運(yùn)行過程中，當(dāng)氨水溶液在發(fā)生器內(nèi)受到熱媒水的加熱后，溶液中的氨不斷汽化；隨著氨不斷汽化，發(fā)生器內(nèi)的氨水溶液濃度不斷降低，進(jìn)入吸收器；氨蒸汽進(jìn)入冷凝器后被冷卻水降溫冷凝，變成高壓低溫的液態(tài)氨；當(dāng)冷凝器內(nèi)的液態(tài)氨 通過節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)，急速膨脹而汽化，并在汽化過程中大量吸收蒸發(fā)器內(nèi)冷媒水的熱量，從而達(dá)到降溫制冷的目的。在此過程中，低溫氨蒸汽進(jìn)入吸收器后被稀氨水溶液吸收，稀溶液變成濃溶液之后由循環(huán)泵送回發(fā)生器完成整個(gè)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。溴化鋰水溶液是由溴化鋰和水這兩種成分組成，溴化鋰水溶液的沸點(diǎn)不僅與壓力有關(guān)，而且與溶液的濃度有關(guān)。在溴化鋰吸收式制冷機(jī)運(yùn)行過程中，當(dāng)溴化鋰水溶液在發(fā)生器內(nèi)收到熱媒水的加熱后，溶液中的水不斷汽化；隨著水的不斷汽化，發(fā)生器內(nèi)的中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 溴化鋰水溶液濃度不斷上升，進(jìn)入吸收器；水蒸汽進(jìn)入冷凝器，被冷凝器內(nèi)的冷卻水凝結(jié)降溫，變成高壓低溫的液態(tài)水；當(dāng)冷凝器內(nèi)的水通過節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)，急劇膨脹汽化并吸收蒸發(fā)器內(nèi)的冷媒水的熱量，從而達(dá)到降溫制冷的目的；低溫水蒸汽進(jìn)入吸收器，被吸 收器內(nèi)的溴化鋰溶液吸收，循環(huán)泵將濃度逐步降低的溶液送回發(fā)生器完成整個(gè)循環(huán)，如此循環(huán)不息連續(xù)制取冷量。由于溴化鋰稀溶液在吸收器內(nèi)已被冷卻，溫度較低，為了節(jié)省加熱稀溶液的熱量，提高裝置熱效率，系統(tǒng)中往往會(huì)添加一個(gè)換熱器，讓發(fā)生器流出的高溫濃溶液與吸收器流出的低溫稀溶液進(jìn)行熱交換，提高稀溶液進(jìn)入發(fā)生器的溫度 [4]。 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(jì)，人類就開始利用吸收式制冷來獲取冰塊。 1859 年，法國(guó) Ferdinand Carre 就發(fā)明了氨 水工質(zhì)對(duì)吸收式制冷機(jī)，用于制冰和食物冷藏。 19 世紀(jì)初德國(guó) Borsig研制出制冷溫度可達(dá)零下 50℃的雙級(jí)氨水吸收式制冷機(jī)。 1925 年瑞典科學(xué)家開發(fā)出直燃型吸收式制冷機(jī)并應(yīng)用于冷庫中。 1935 年，美國(guó)推出單元空調(diào)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了吸收式制冷機(jī)小型化與家庭化。1945 年，美國(guó) Carrier 公司研制出制冷量 523kW 的溴化鋰水溶液?jiǎn)涡帐街评錂C(jī)， 1961 年美國(guó)又研制出雙效制冷機(jī)。溴化鋰吸收式制冷機(jī)的問世為其在世界范圍內(nèi)的推廣利用奠定了基礎(chǔ)。 1950 年之后，日本從美國(guó)引進(jìn)技術(shù)，并加以改造，于 1962 年研制出單效機(jī)和雙效機(jī)， 日本在相關(guān)領(lǐng)域一直處于世界領(lǐng)先。 20 世紀(jì)60 年代，我國(guó)也開始致力于吸收式制冷技術(shù)研究，經(jīng)過將近半個(gè)世紀(jì)的努力，我國(guó)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(guó)家。 吸收式制冷技術(shù)研究現(xiàn)狀 單效溴化鋰吸收式制冷是最簡(jiǎn)單的太陽能制冷方式，驅(qū)動(dòng)熱源可采用 MPa 的蒸汽或 85150℃ 的熱水，但幾乎所有的太陽能單效溴化鋰制冷機(jī)組是采用熱水驅(qū)動(dòng)。單效溴化鋰制冷機(jī)組的 COP 并不高，但其可充分利用低品位的熱能，如廢熱，余熱、太陽能等，故從能源利用的角度來說，太陽能單效溴化鋰制冷 機(jī)組是節(jié)能的。 太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的試驗(yàn)和測(cè)試研究絕大多數(shù)是在一些可獲得財(cái)力支持的大學(xué)或相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行。 O. Marc 和 Jean Philippe Praene 等先后報(bào)道了一個(gè)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 安裝在南半球熱帶留尼汪島上圣皮埃爾大學(xué)里的 30kW 的太陽能單效溴化鋰吸收式制冷機(jī) [5]。該套系統(tǒng)共有 4 個(gè)陣列布置的集熱器，但沒有輔助熱源，當(dāng)制冷系統(tǒng)不能提供足量的制冷量時(shí)，采用吊扇輔助降溫。工作時(shí)集熱器進(jìn)出口溫差約為10℃ ，平均出口溫度為 70℃ ，從上午 8 時(shí)至 11 時(shí)教室平均溫度為 26℃ ，從 11 時(shí)至 16 時(shí)，溫度低于 25℃ 。但熱水溫度達(dá) 75℃ 時(shí)，制冷劑未達(dá)到額定制冷量，其最大制冷量只達(dá)到 60%。 20xx 年的測(cè)試試驗(yàn)中因?yàn)槿路莸奶栞椛漭^強(qiáng)， COP近 。這套系統(tǒng)主要用來確定一種收集數(shù)據(jù)和評(píng)估 SHC 系統(tǒng)性能的方法。 Francis Agyenim 等測(cè)試了一個(gè)安裝在英國(guó)卡迪夫大學(xué)里的家用規(guī)模的 的太陽能單效吸收式制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用真空管集熱器，集熱流體是 Tyfocor，在太陽能輻射平均峰值 800kW/m2 時(shí) COP 為 ，冷水溫度達(dá)到 7℃ ，該測(cè)試證明了家用規(guī)模的太陽能制冷系統(tǒng)是可行的 [6]。 Ahmed Hamza 介紹了安裝于德國(guó)奧博豪森市的帶有冷卻塔的 的太陽能單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)，也由真空管集熱器構(gòu)成，在運(yùn)行期間，制冷機(jī)的 COP 為 [7]。 設(shè)計(jì)并安裝了位于西班牙南部的阿爾梅里亞大學(xué)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(jī)之間串聯(lián)安裝了 100kW 的輔助加熱器，該制冷機(jī)額定制冷量為 70kW，該制冷機(jī) COP 超過 。在夏季 COP 達(dá)到 ，月平均制冷量在 40kW 左右 [8]。 王如竹研究了安裝在中國(guó)濟(jì)南的一座綠色建筑物里的帶有復(fù)合拋物面型集熱器的溴化鋰吸收式制冷機(jī)，該制冷機(jī)集熱面積為 105m2，集熱溫度可達(dá)到 130℃ ，當(dāng)熱水溫度為 125℃ 時(shí)集熱效率為 50%，該制冷機(jī)組能提供 15℃ 的冷水，其太陽能利用率為 19%[9]。湯勇等研究了超聲波對(duì)吸收式制冷系統(tǒng)溴化鋰溶液中冷劑水的沸騰傳質(zhì)過程的影響。發(fā)現(xiàn)使用超聲強(qiáng)化可有效提高太陽能驅(qū)動(dòng)的溴化鋰吸收式制冷機(jī)的制冷效率，降低制冷系統(tǒng)所需最低驅(qū)動(dòng)熱源溫度，且不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行 [10]。 溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)特點(diǎn) 溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 第一，以熱能為動(dòng)力，無需耗用大量電能，而且對(duì)熱能的要求不高。能利用各種低品位熱能和廢氣、廢熱，如高于 20kPa 的飽和蒸汽、各種排氣、高于 75℃中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 的熱水、地?zé)?、太陽能等，有利于熱源的綜合利用，因此運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。若利用各種廢氣、廢熱來在制冷，則幾乎不需要花費(fèi)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，便能獲得大量的冷源，具有很好的節(jié)電效果，經(jīng)濟(jì)性高。 第二，整個(gè)制冷機(jī)組除功率較小的屏蔽泵外，沒有其他運(yùn)動(dòng)部件，振動(dòng)小、噪聲低，運(yùn)行比較安靜，特別適用于醫(yī)院、辦公大樓、家庭等場(chǎng)合。 第三，以溴化鋰溶液為工質(zhì)，制冷系統(tǒng)又在真空下 運(yùn)行，無臭、無毒、無爆炸危險(xiǎn)，安全可靠，被認(rèn)為是環(huán)境友好的制冷設(shè)備。 第四，安裝方便，對(duì)安裝基礎(chǔ)的要求低，因?yàn)闄C(jī)組運(yùn)行時(shí)振動(dòng)小，所以無需特殊的基座?？砂惭b在室內(nèi)、室外、屋頂。安裝時(shí)只需作一般校平，接上汽、水管道和電源便可。 第五，制造簡(jiǎn)單，操作、維護(hù)保養(yǎng)方便，機(jī)組中幾乎都是熱交換設(shè)備，制造比較容易。由于機(jī)組性能穩(wěn)定，對(duì)外界條件變化的適應(yīng)性強(qiáng)，因而操作比較簡(jiǎn)單。機(jī)組的維修保養(yǎng)工作主要在保持所需的氣密性。 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(duì)普通碳鋼有較強(qiáng)的腐蝕性，這不僅影響機(jī)組的壽命，并影響機(jī)組的性能和正常運(yùn)行。