基于低品位能源梯級利用的吸附制冰與空調(diào)聯(lián)供系統(tǒng)研究
本文關(guān)鍵詞：基于低品位能源梯級利用的吸附制冰與空調(diào)聯(lián)供系統(tǒng)研究 出處：《上海交通大學(xué)》2015年碩士論文 論文類型：學(xué)位論文
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【摘要】：隨著化石能源的不斷衰竭,以及日趨嚴重的臭氧層破壞,全球變暖等環(huán)境問題的日益突出使得制冷空調(diào)領(lǐng)域朝著節(jié)能環(huán)保方向不斷發(fā)展創(chuàng)新。目前,低品位熱能(太陽能,空氣或工業(yè)廢熱中所蘊含的能量)大量存在于生活中,如何有效利用低品位熱能具有愈加重要的意義。本文研究采用新型吸附制冷技術(shù),將物理吸附制冷技術(shù)與化學(xué)吸附制冷技術(shù)相結(jié)合,在低品位熱源的驅(qū)動下同時實現(xiàn)制冰與空調(diào)兩種工況的輸出,從而提高了低品位能源利用效率。吸附式制冷技術(shù)通常采用的制冷劑不會破壞臭氧層,是環(huán)保型制冷劑,同時可以在低于100℃熱源下驅(qū)動,因此吸附式制冷技術(shù)吻合了當(dāng)前能源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的方針,是利用低溫余熱實現(xiàn)制冷的一種有效方式。為了充分有效利用低品位熱能,本文研究了基于能源梯級利用的吸附聯(lián)供制冷系統(tǒng),從理論和實驗兩個角度分析了吸附冷凍與空調(diào)聯(lián)供系統(tǒng)的可行性。在該聯(lián)供系統(tǒng)中,第一級采用化學(xué)吸附制冷循環(huán),為了實現(xiàn)熱源溫度低于100℃條件下的吸附冷凍,設(shè)計了一個新型的兩級吸附制冷機組。系統(tǒng)采用氯化鈣復(fù)合吸附劑作為中溫鹽,采用氯化鋇復(fù)合吸附劑作為低溫鹽,基質(zhì)采用膨脹石墨。利用吸附與再吸附過程相結(jié)合,實現(xiàn)兩級的解吸,從而達到低溫冷凍的效果。對兩級吸附制冰機組的性能進行了測試,結(jié)果表明,在熱源溫度為70℃,冷凝溫度為25℃時,兩級吸附制冰機組可以達到-15℃制冷溫度。當(dāng)熱水溫度在70~90℃,循環(huán)時間在13~43min,冷卻水溫度在25℃,平均蒸發(fā)溫度在-15~0℃時,cop的范圍為0.08~0.20,scp的范圍為110~226w/kg,冷量火用效率的范圍為0.08~0.31。為了進一步充分利用低品位熱能,在聯(lián)供系統(tǒng)的第二級中采用物理吸附制冷循環(huán)技術(shù),采用silica-gel/water作為吸附工質(zhì)對。為提高系統(tǒng)cop,第二級系統(tǒng)中采用回?zé)峄刭|(zhì)技術(shù)。在低品位熱源的驅(qū)動下,對聯(lián)供系統(tǒng)進行了測試,結(jié)果表明,當(dāng)熱源溫度為70~90℃,冷凝溫度為25℃,聯(lián)供系統(tǒng)的cop為0.13~0.28,與熱源溫度為90℃,蒸發(fā)溫度為-15℃的第一級系統(tǒng)相比較,聯(lián)供系統(tǒng)的cop提高了130%。在熱源溫度為70℃時,聯(lián)供系統(tǒng)制冷功率為4.56kw,熱源溫度為90℃時,系統(tǒng)制冷功率提高了77%。在上述典型工況下,聯(lián)供系統(tǒng)的低品位熱能利用效率為0.31~0.42,與熱源溫度為90℃下的第一級循環(huán)相比提高了93%,與第二級循環(huán)相比提高了78%。在以上聯(lián)供系統(tǒng)測試基礎(chǔ)上,開發(fā)研制了新型復(fù)合吸附劑來優(yōu)化吸附制冷系統(tǒng)的傳熱性能,研究中復(fù)合吸附劑采用硫化膨脹石墨作為吸附基質(zhì),按一定比例混合,研制了一種新型氯化鈣復(fù)合吸附劑,研究中測試了氯化鈣/復(fù)合吸附劑的非平衡吸附性能。研究表明:當(dāng)冷凝溫度為25~35oc,蒸發(fā)溫度為-10~15oc時,密度為400kg/m3、質(zhì)量分數(shù)為80%的氯化鈣/硫化膨脹石墨復(fù)合吸附劑樣品的吸附量變化范圍是0.4015kg/kg~0.4585kg/kg,與采用膨脹石墨為基質(zhì)的復(fù)合吸附劑相比變化不明顯。研究測試中的新型復(fù)合吸附劑的吸附/解吸時間約為3300s,與采用普通膨脹石墨相比,循環(huán)時間縮短了33%。在冷凝溫度為30oC條件下,密度為400kg/m3、質(zhì)量分數(shù)為80%氯化鈣/硫化膨脹石墨復(fù)合吸附劑的最大SCP(單位質(zhì)量吸附劑制冷功率)為65.75 W/kg,與采用普通膨脹石墨相比,SCP提高了48%。在以硫化膨脹石墨作為基質(zhì)的復(fù)合吸附劑基礎(chǔ)上,構(gòu)造了吸附床虛擬換熱器,引入火積耗散理論來分析吸附床系統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)性能,采用單元管吸附床模型分析了吸附床在循環(huán)過程中的火積耗散率。分別給出了在不同驅(qū)動熱源和不同換熱性能系數(shù)下吸附床系統(tǒng)火積耗散率隨循環(huán)時間的變化曲線;引入了火積平均傳熱溫差來分析吸附床系統(tǒng)的傳熱性能,分析了在不同驅(qū)動熱源下吸附床系統(tǒng)火積耗散和火積平均傳熱溫差隨換熱性能系數(shù)的變化曲線。研究結(jié)果表明,吸附床在冷熱交變過程中,系統(tǒng)切換瞬間的火積耗散量占到了總火積耗散量的80%以上,而采用回?zé)峥梢杂行p小火積的耗散。研究還表明,在高熱源溫度與低導(dǎo)熱系數(shù)的條件下,采用回?zé)岱绞娇梢杂行Ы档突鸱e耗散并減小火積平均溫差,從而提升吸附床系統(tǒng)的傳熱性能。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB657
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，本文編號：1411922
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