太陽能熱能輔助蒸汽壓縮式製冷循環理論與實驗研究

《太陽能熱能輔助蒸汽壓縮式製冷循環理論與實驗研究》是依託上海交通大學，由代彥軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：太陽能熱能輔助蒸汽壓縮式製冷循環理論與實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：代彥軍
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

針對實現太陽能製冷效應穩定性和高效化難題，提出太陽能熱能利用與蒸汽壓縮製冷循環耦合的太陽能熱能輔助製冷新方法。與傳統太陽能製冷方式相比，提高了單位太陽能集熱面積對應製冷轉換效率，克服了太陽能製冷受輻射間歇性影響不能連續高效製冷的限制。項目研究將揭示太陽能熱能直接作用於蒸汽壓縮製冷循環，在動態運行模式下，輔助壓縮機實現節能的能量轉換過程機理；構建太陽能熱能驅動吸收製冷與蒸汽壓縮製冷循環匹配耦合，實現運行節能的最佳化方案；建立基於太陽能製冷效應的集熱循環熱效率因子分析模型，和太陽能熱能輔助蒸汽壓縮製冷循環涉及的集熱溫度、環境溫度和製冷溫度三熱源條件下的系統熱力學模型，研究系統變工況動態運行特性，分析獲得集熱器、壓縮機、換熱器和吸收器等部件結構和運行參數和最優匹配關係。研究工作有望發展一種太陽能製冷新方法，對於促進太陽能工程學與工程熱力學的交叉融合發展，利用太陽能緩解夏季空調用電負荷都有積極意義。

結題摘要

太陽能空調具有很好的季節匹配性，夏季太陽輻射越好時系統製冷量越大，規模化套用能夠有效緩解夏季空調用電負荷。但太陽輻射能量密度較低且受天氣影響較大，太陽能空調存在間歇性和不穩定性等問題；另一方面，很多場合太陽能裝置安裝空間有限，一定程度上限制了其推廣套用。提高太陽能空調循環效率，減小集熱器安裝面積；實現多能互補，解決其運行穩定性，是太陽能空調發展的主要瓶頸。圍繞上述問題，本文提出太陽能驅動風冷吸收式製冷與蒸汽壓縮空調耦合循環，實現太陽能空調高效化和穩定性，利用太陽能製冷改善蒸汽壓縮製冷循環效率，利用電驅動蒸汽壓縮循環結合實現太陽能空調系統的穩定性。 本文提出了風冷吸收式製冷與蒸汽壓縮式空調之間的過冷卻式和復疊式兩種耦合循環方式，揭示了其能量耦合機理，論證了通過耦合方式可以充分利用較低溫度水平的太陽能熱能，拓寬太陽能熱能的溫度利用範圍，實現節約壓縮機電能和提高太陽能製冷轉換效率雙重目的。 為解決太陽能空調系統長時間運行的連續性和穩定性問題，本文基於吸收式與蒸汽壓縮式系統冷量與熱量的同步耦合方式，提出了蒸汽壓縮式熱泵驅動溴化鋰濃度差蓄冷的新循環。新循環在蓄冷過程中除熱泵系統外無需其他形式的能量輸入，蓄冷過程不受環境條件影響和制約。蓄冷能量密度大且熱損小，相同的體積下可以蓄存的冷量增加且可以進行長時間的儲存。通過該循環可以實現削峰填谷，保證太陽能空調系統長周期運行的連續性和經濟性。 建立了風冷吸收式與蒸汽壓縮式製冷循環及相關耦合系統的理論模型。搭建了風冷吸收式溴化鋰制冷機實驗台，並進行了不同運行工況下的性能測試。在此基礎上提出採用絕熱閃蒸流程改進風冷溴化鋰吸收式製冷的新循環，避免了二次換熱損失，降低了對熱源溫度需求，從而提高COP。在此基礎上，進一步搭建了相關實驗系統對耦合循環及熱泵驅動濃度差蓄冷系統進行了實驗研究。結果顯示，在熱源水溫為70℃-90℃之間時，復疊式耦合系統可以將COP由2.66提高至4.28-6.97，與蒸汽壓縮空調循環獨立運行時相比增加60.9%-162.0%。 最後，基於實驗結果和系統仿真模型，對風冷溴化鋰吸收式製冷系統的參數最佳化以及與太陽能集熱器類型的匹配進行了分析。