太陽能吸收式空調(diào)及供熱綜合系統(tǒng)的初步研究-機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化畢業(yè)論文

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文論文 題目 題目 太陽能吸收式空調(diào)及供熱綜合系統(tǒng)太陽能吸收式空調(diào)及供熱綜合系統(tǒng) 的初步研究的初步研究 院院 系 系 機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 專專業(yè) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班班級(jí) 級(jí) 110223 學(xué)學(xué)生 生 王雪翠王雪翠 學(xué)學(xué)號(hào) 號(hào) 110223127 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 張?jiān)戚x張?jiān)戚x 2015 年 6 月 15日 I 摘摘 要要 太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)主要由太陽集熱器和吸收式制冷機(jī)兩部分構(gòu)成 太陽能吸 收式制冷 利用建筑物屋頂建立大量太陽能集熱裝置 把熱量集聚起來構(gòu)建太陽能空調(diào) 及供熱系統(tǒng) 太陽能空調(diào)系統(tǒng)利用太陽能集熱器產(chǎn)生熱水 夏天通過溴化鋰吸收式制冷 機(jī)制冷 供空調(diào)使用 系統(tǒng)可全年提供生活用熱水 冬天可用作取暖 太陽能空調(diào)系統(tǒng) 適用于集中供熱和中央空調(diào) 溴化鋰空調(diào)以熱能為動(dòng)力 電能耗用較少 且對(duì)能源要求不 高 能利用各種低勢(shì)熱能和廢氣 廢熱以及地?zé)?太陽能等 有利于地源的綜合利用 具有很好的節(jié)電 節(jié)能效果 經(jīng)濟(jì)性好 本設(shè)計(jì)采用溴化鋰吸收式制冷機(jī)和熱管式真空集熱器 吸收式制冷機(jī)所采用的二元 溶液為溴化鋰和水 當(dāng)太陽能不足時(shí) 采用燃?xì)鉅t和太陽能聯(lián)合取暖 太陽能吸收式空 調(diào)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)夏季制冷 冬季取暖 全天提供生活熱水等功能 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 太陽能空調(diào)溴化鋰集熱器制冷機(jī) 供熱系統(tǒng) II Abstract Solar collectors and absorption chiller is composed of two parts of solar absorption air conditi oning systems solar absorption refrigeration the roof of the building to create a large number o f solar heat collection device the heat accumulated construction of solar air conditioning and hea ting system solar air conditioning system using solar collector to produce hot water summer b y the lithium bromide absorption refrigeration the use of air conditioning refrigeration the syste m can provide hot water for daily life can be used for heating in winter The solar energy air con ditioning system for central heating and air conditioning The lithium bromide central air conditi oning to heat energy electric energy consumption is less and the energy demand is not high Ca n use a variety of low potential energy and waste gas waste heat geothermal solar energy whic h is conducive to the comprehensive utilization of ground source With energy saving energy sav ing effect is very good the economy is good This design uses a lithium bromide absorption type refrigerating machine and vacuum heat pi pe type solar collector absorption refrigeration the two element solution used for lithium bromid e and water when the solar energy is insufficient the gas stove and the sun Combined heating C an not only be used as refrigeration of solar absorption refrigeration system heating in winter to provide domestic hot water and other functions Key Words Solar energyAir ConditionerLithium bromideHeat collector RefrigeratorHeating system III 主主 要要 符符 號(hào)號(hào) 表表 T溫度 集熱器安裝傾角 安裝地的緯度 Gc工質(zhì)液體的 流量 比熱 值 兩種換熱流體的最大溫差 Q熱負(fù)荷 a傳熱管的放熱系數(shù) 傳熱管壁厚 r熱阻 熱導(dǎo)率 f傳熱管表面積 噴淋溶液濃度 L傳熱管長(zhǎng)度 W噴淋溶液量 n傳熱管數(shù) m流程數(shù) IV 目目 錄錄 摘要摘要 I Abstract II 主主 要要 符符 號(hào)號(hào) 表表 III 1 1緒論緒論 1 1 1 概述 1 1 2 太陽能吸收式空調(diào)及供熱綜合系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1 3 本論文研究的意義 2 1 4 本論文的主要內(nèi)容 2 2 2 太陽能空調(diào)及供熱綜合系統(tǒng)的基本原理太陽能空調(diào)及供熱綜合系統(tǒng)的基本原理 3 2 1 太陽能集熱器工作原理 3 2 2 太陽能制冷制熱的基本原理 3 2 2 1 太陽能空調(diào)工質(zhì)的選擇 3 2 2 2 制熱原理 4 2 2 3 吸收式制冷機(jī)的基本原理 4 2 3 太陽能空調(diào)運(yùn)用的技術(shù)理論 5 2 4 設(shè)計(jì)方案分析 6 2 5 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 2 5 1 太陽能與建筑物結(jié)合 7 2 5 3 儲(chǔ)熱水箱 9 2 5 4 儲(chǔ)冷水箱 9 V 2 5 5 輔助燃油鍋爐 9 2 5 6 自動(dòng)控制系統(tǒng) 9 3 3太陽能吸收式空調(diào)采光面積的計(jì)算太陽能吸收式空調(diào)采光面積的計(jì)算 11 3 1 集熱器安裝條件 11 3 2 集熱器面積的計(jì)算 11 4 4 制冷機(jī)組主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制冷機(jī)組主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 4 1 吸收器設(shè)計(jì) 13 4 2 蒸發(fā)器設(shè)計(jì) 16 4 3 發(fā)生器的設(shè)計(jì) 19 4 4 冷凝器的設(shè)計(jì) 20 5 5 結(jié)論與展望結(jié)論與展望 22 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 23 致謝致謝 25 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 26 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 獨(dú)創(chuàng)性聲明畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 獨(dú)創(chuàng)性聲明 27 附錄附錄 28 附錄 1 外文翻譯及原文 28 附錄 2 零件圖 28 1緒論 第 1 頁 1 1緒論緒論 1 11 1 概述概述 制冷和空調(diào)裝置大多采用有溫室效應(yīng)和破壞臭氧層的人工合成物質(zhì)作為工質(zhì) 在當(dāng)今 能源短缺的背景下 高耗能的空調(diào)裝置 嚴(yán)重制約著它的發(fā)展 因此 制冷和空調(diào)中的 節(jié)能和環(huán)保問題越來越引起人們的關(guān)注 采用太陽能作為驅(qū)動(dòng)能源 溴化鋰溶液作為工 質(zhì)的太陽能制冷與空調(diào)技術(shù) 完全符合當(dāng)今節(jié)能和環(huán)保的要求 在太陽輻射較強(qiáng)的夏天 可啟動(dòng)低溫溴化鋰吸收式制冷機(jī) 充分地利用夏天的太陽能資源 1 21 2 太陽能吸收式空調(diào)及供熱綜合系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀太陽能吸收式空調(diào)及供熱綜合系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 太陽能吸收式制冷技術(shù)最早出現(xiàn)在 20 世紀(jì)上半葉 由于成本高而效率低而未受到重 視 隨著能源危機(jī)的爆發(fā)以及環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻 太陽能吸收式制冷由于利用可再生 能源且不污染環(huán)境 受到更多的關(guān)注 第一臺(tái)太陽能吸收式制冷機(jī)組是美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)的 Farbe 教授于 1957 年開發(fā)的 該機(jī)組使用 NH3 H2O 吸收式制冷機(jī)和聚光集熱器 冷卻水為 21攝氏度的地下水 COP約 為 0 45左右 1966 年澳大利亞昆士蘭大學(xué)的 Sheridan 等人使用 LiBr H2O吸收式制冷機(jī)和 平板集熱器開發(fā)了太陽能空調(diào)系統(tǒng) 該系統(tǒng)為面積 122m2太陽房提供間歇式制冷 除此 之外影響比較大的示范項(xiàng)目主要有 20世紀(jì) 70 年代中期 科威特科學(xué)研究院開發(fā)的兩臺(tái)大型太陽能吸收式制冷機(jī)組 其 中包括 1983年完成的科威特國(guó)防部辦公樓項(xiàng)目 該系統(tǒng)直到 1995年還在使用 與相同冷 量的壓縮式機(jī)組相比 該系統(tǒng)總耗電量能夠節(jié)省 25 40 是世界上最早實(shí)際應(yīng)用的太 陽能溴化鋰吸收式制冷項(xiàng)目 墨西哥以及約旦在 80年代中期也先后建成了太陽能驅(qū)動(dòng) LiBr H2O 吸收式制冷系統(tǒng) 兩套系統(tǒng)使用的均是太陽能平板集熱器 COP 能夠達(dá)到 0 5 0 75 由于約旦和墨西哥處在 低緯度地區(qū) 日照強(qiáng)烈 集熱器熱水出口溫度能達(dá)到 90 攝氏度以上 實(shí)驗(yàn)研究表明 即 使室外溫度高達(dá) 42 46 攝氏度 也能維持室內(nèi)溫度 26 28攝氏度以及 50 左右的相對(duì)濕 度 歐洲是太陽能利用最廣泛的地區(qū) 盡管太陽能吸收式制冷系統(tǒng)目前還處在初期的研究 實(shí)驗(yàn)階段 歐洲已安裝了大約 70臺(tái)太陽能吸收式制冷機(jī)組 其中大部分位于德國(guó)和西班 牙 此外 天然氣資源匱乏的日本也非常重視太陽能利用的研究 日本早稻學(xué)的木村 用拋物柱面型聚光集熱器和 LiBr H2O 吸收式制冷機(jī)組進(jìn)行了制冷實(shí)驗(yàn) 1974年 日本通產(chǎn)省制定了 陽光計(jì)劃 建造完成了矢崎 1號(hào)太陽房 使用了 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 2 頁 LiBr H2O 吸收式制冷機(jī)和具有選擇性吸收面的平板集熱器 為占地面積為 143m2住宅制 冷取暖 1975年 3 月建立了 32m2的朝日太陽房 同樣利用太陽能 LiBr H2O吸收式制冷 機(jī)實(shí)現(xiàn)住宅的冷暖調(diào)節(jié) 我國(guó)太陽能制冷方面的研究起步于 80 年代 主要的示范工程有 17 18 1987年在 深圳建立的太陽能溴化鋰吸收式制冷示范工程 該工程使用了多類型的太陽能集熱器 以及兩臺(tái)日本制造的 7KW 溴化鋰吸收式制冷機(jī) 為大約 80m2房間供冷 并為一家酒店 提供熱水 我國(guó)在九五科技攻關(guān)項(xiàng)目的支持下建立了兩座大型示范工程 江門 100KW 太 陽能溴化鋰吸收式制冷項(xiàng)目以及乳山市科普公園 100KW 太陽能供冷 供熱項(xiàng)目 兩個(gè)工 程使用的均是溴化鋰吸收式制冷機(jī) 十五期間 在北京奧運(yùn)會(huì)先導(dǎo)項(xiàng)目的支持下 先后 建立了兩座太陽能制冷系統(tǒng) 即 2004年北京太陽能研究所北苑辦公樓項(xiàng)目以及 2003年北 京天普太陽能集團(tuán)的新能源示范大樓項(xiàng)目 1 31 3 本論文研究的意義本論文研究的意義 傳統(tǒng)空調(diào)制冷機(jī)采用氟利昂制冷劑會(huì)催化分解臭氧 削弱臭氧層對(duì)紫外線的阻擋 威 脅人類健康 傳統(tǒng)空調(diào)的大耗電量引起電力緊張 電力的發(fā)展同時(shí)帶來 CO2廢氣 增加 了大氣溫室效應(yīng)和酸雨等問題 傳統(tǒng)空調(diào)顯然有悖于環(huán)保節(jié)能兩大主題的 那么能否有 方法既環(huán)保節(jié)能又滿足人們對(duì)空調(diào)的需求 回答是 在一定技術(shù)條件下是可以做到的 太陽能吸收式空調(diào)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比 意義重大 1 傳統(tǒng)的壓縮式制冷機(jī)以氟利昂為介質(zhì) 它對(duì)大氣臭氧層有破壞作用 而吸收式制冷 機(jī)以無毒 無害的吸收劑 例如溴化鋰 為介質(zhì) 它對(duì)保護(hù)環(huán)境十分有利 2 同一套太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)可以將夏季制冷 冬季采暖和過渡季節(jié)提供熱水結(jié)合 起來 顯著地提高了太陽能的利用率和經(jīng)濟(jì)性 明顯之處就是節(jié)省了電能 3 太陽能空調(diào)的季節(jié)適應(yīng)性好 太陽輻射和制冷負(fù)載具有一致性 系統(tǒng)制冷能力隨著 太陽輻射能的增加而增大 輻射能越強(qiáng) 熱媒水溫度越高 空調(diào)制冷性能系數(shù)越高 空 調(diào)系統(tǒng)的制冷效率也越高 而這正好與夏季人們對(duì)空調(diào)的迫切需求一致 4 太陽能空調(diào)建立在太陽能熱水應(yīng)用的基礎(chǔ)上 增加的投資是制冷機(jī)部分 而這部分 的投資在常規(guī)空調(diào)方面也是需要的 制冷機(jī)主要部件在真空狀態(tài)下運(yùn)行 無高壓爆炸 危險(xiǎn) 安全可靠 運(yùn)轉(zhuǎn)安靜無噪音 1 41 4 本論文的主要內(nèi)容本論文的主要內(nèi)容 1 根據(jù)額定功率計(jì)算出理論和實(shí)際采光面積 2 廣泛研究目前國(guó)內(nèi)外空調(diào)系統(tǒng)并 合理選擇其中一種 詳細(xì)描繪空調(diào)制冷制熱原理圖 3 對(duì)制冷設(shè)備的四大部分組成 壓縮機(jī) 冷凝器 蒸發(fā)器 節(jié)流裝置 詳細(xì)設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu) 2太陽能空調(diào)及供熱綜合系統(tǒng)的基本原理 第 3 頁 2 2 太陽能空調(diào)及供熱綜合系統(tǒng)的基本原理太陽能空調(diào)及供熱綜合系統(tǒng)的基本原理 2 2 1 1 太陽能集熱器工作原理太陽能集熱器工作原理 太陽能集熱器是一種吸收太陽輻射能量并向工質(zhì)傳遞熱量的裝置 它是一種特殊的熱 交換器 集熱器中的工質(zhì)與遠(yuǎn)距離的太陽進(jìn)行熱交換 太陽能集熱器由帶涂層的吸熱管 吸收太陽輻射熱后溫度升高熱量能很快傳遞給流體通道中的水 透明蓋板 產(chǎn)生溫 室效應(yīng) 使之進(jìn)去的能量大于表面散失的能量而提高溫升 保溫層 減少熱損失 循環(huán)管 儲(chǔ)熱保溫水箱及輔助裝置等組成 普通集熱器盛夏時(shí)熱水溫度可達(dá) 68 88 使用聚光集熱器可使陽光點(diǎn)狀或線狀聚焦可獲得 96 以上的高溫水 2 22 2 太陽能制冷制熱的基本原理太陽能制冷制熱的基本原理 2 2 12 2 1 太陽能空調(diào)工質(zhì)的選擇太陽能空調(diào)工質(zhì)的選擇 在吸收式制冷機(jī)系統(tǒng)中完成吸收 解析循環(huán)的工質(zhì)通常是由兩種沸點(diǎn)不同的物質(zhì)所組 成的二元溶液 其中低沸點(diǎn)的組分作制冷劑 蒸發(fā)劑 高沸點(diǎn)組分作吸收劑 一般又 將吸收劑和制冷劑統(tǒng)稱為 工質(zhì)對(duì) 對(duì)工質(zhì)對(duì)的要求應(yīng)盡量滿足以下要求 1 吸收劑應(yīng)和工質(zhì)組成非共沸溶液 在相同的壓力下吸收劑的沸點(diǎn)應(yīng)比工質(zhì)的高 而且兩者之差越大越好 兩組分沸點(diǎn)相差不大的溶液 在發(fā)生過程中會(huì)相互夾帶 要通 過蒸餾才能除去氣相中吸收劑 這樣就要降低吸收式制冷機(jī)的效率 2 工質(zhì)的臨界溫度高 3 吸收能力大 或者說溶質(zhì)的溶解度大 4 不易結(jié)晶 適合于吸收劑在高濃度下操作 5 工質(zhì)的氣化潛熱大 在工作溫度范圍內(nèi) 冷凝器壓力不過高 蒸發(fā)壓力不過低 6 在工作溫度范圍內(nèi) 冷凝壓力不過高 蒸發(fā)壓力不過低 7 工質(zhì)凝固點(diǎn)低 比容小 8 化學(xué)性能穩(wěn)定 不可燃 無爆炸危險(xiǎn) 無腐蝕 無毒 無刺激性 高溫不分解 對(duì)生態(tài)環(huán)境沒有破壞作用 9 比熱小 導(dǎo)熱系數(shù)高 低粘度 10 價(jià)格低 易于獲得 11 易于發(fā)現(xiàn)或檢驗(yàn)泄露 事實(shí)上找到滿足上面所有要求的工質(zhì)是很困難的 人們只能根據(jù)要求權(quán)衡考 慮選擇比較適合的工質(zhì)對(duì) 因?yàn)樗诤軐挼臏囟确秶鷥?nèi)都有很高的潛能 而且廉價(jià)易得 無毒無味 不燃燒不爆炸 所以是最常見的制冷劑 目前常用的吸收式制冷機(jī)工質(zhì)對(duì)主 要由以氨為工質(zhì)對(duì)的氨 水溶液和以水為工質(zhì)的溴化鋰 水溶液 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 4 頁 氨 水溶液是最早應(yīng)用于吸收系統(tǒng)的工質(zhì)對(duì) 其主要優(yōu)點(diǎn)是吸收能力強(qiáng) 適合零度以下 的低溫?zé)嵩?而且汽化潛熱大 溶液價(jià)格低廉 泄漏時(shí)易被發(fā)現(xiàn) 但是由于制冷劑與吸 收劑沸點(diǎn)相差比較小 需要設(shè)置蒸餾裝置 而且氨氣有毒性 要求的發(fā)生溫度在 120 左 右 所以熱源溫度較低的太陽能空調(diào)一般不采用氨 水溶液作為工質(zhì)對(duì) 溴化鋰 水溶液作為吸收系統(tǒng)最常用的工質(zhì)對(duì) 主要優(yōu)點(diǎn)是 溴化鋰吸水能力強(qiáng) 化 學(xué)物質(zhì)穩(wěn)定 毒性較小 而且溴化鋰與水的沸點(diǎn)相差很大 不需要精餾裝置 而且發(fā)生 溫度低 其缺點(diǎn)是水沸點(diǎn)高 低溫?zé)嵩幢仨氃诹愣纫陨?此外 溴化鋰溶液宜結(jié)晶 高 溫下對(duì)金屬的腐蝕性很強(qiáng) 需要添加緩蝕劑 最高使用溫度在 150 160 左右 溫度再高 溴化鋰 水溶液中的緩蝕劑絡(luò)酸鋰會(huì)分解 因此 對(duì)大多數(shù)的吸收式制冷機(jī) 多采用溴化鋰 水溶液作為工質(zhì)對(duì) 供吸收式制冷機(jī)應(yīng)用的溴化鋰 一般以水溶液的形式供應(yīng) 但應(yīng)滿足以下要求 1 性狀 無色透明液體 2 濃度 不低于 50 3 水溶液 PH 值 8 以上 4 雜質(zhì)最高含量 硫酸鹽 0 1 溶液中不應(yīng)含有二氧化碳 臭氧等不凝性氣體 2 2 22 2 2 制熱原理制熱原理 冬季需制熱時(shí)超導(dǎo)太陽能集熱器吸收太陽輻射能 經(jīng)超導(dǎo)液傳遞到復(fù)合超導(dǎo)能量?jī)?chǔ)存 換器 當(dāng)儲(chǔ)熱系統(tǒng)溫度達(dá)到 40 時(shí) 中央控溫系統(tǒng) 自動(dòng)發(fā)出取暖指令 讓室內(nèi)冷暖分 散系統(tǒng)處于制熱狀態(tài) 經(jīng)出風(fēng)口輸出熱風(fēng) 當(dāng)房間溫度達(dá)到設(shè)定溫度值時(shí) 停止輸出熱 風(fēng) 房間的溫度低于設(shè)定值時(shí) 出風(fēng)口又輸出熱風(fēng) 如此自動(dòng)循環(huán)達(dá)到取暖的目的 各 房間的溫度設(shè)定是獨(dú)立的 互相不影響 如遇到連續(xù)的陰天 太陽能不足時(shí) 燃?xì)鉅t 投入使用 以補(bǔ)充太陽能的不足 2 2 32 2 3 吸收式制冷機(jī)的基本原理吸收式制冷機(jī)的基本原理 吸收式制冷是利用兩種物質(zhì)所組成的二元溶液作為工質(zhì)來進(jìn)行的 這兩種物質(zhì)在同一 壓強(qiáng)下有不同的沸點(diǎn) 其中高沸點(diǎn)的組成部分稱為吸收劑 例如 溴化鋰 沸點(diǎn)為 1265 有吸水性 低沸點(diǎn)的組成部分稱為制冷劑 例如 水 沸點(diǎn)為 100 吸收式制冷機(jī)主要由發(fā)生器 冷凝器 蒸發(fā)器和吸收器四大件構(gòu)成 另加熱交換器 在制冷機(jī)運(yùn)行過程中 真空泵將機(jī)組抽至真空后 當(dāng)溴化鋰水溶液在發(fā)生器內(nèi)受到熱媒 水 由太陽能集熱器提供 加熱后 低壓水不斷汽化 在一般的高溫下對(duì)溴化鋰水溶液 加熱時(shí) 僅產(chǎn)生冷劑水蒸氣 冷劑水蒸氣進(jìn)入冷凝器 被水冷或風(fēng)冷降溫后凝結(jié) 隨 著水的不斷汽化 發(fā)生器內(nèi)的水溶液濃度不斷升高 進(jìn)入吸收器 當(dāng)冷凝器內(nèi)的冷劑水 經(jīng)過節(jié)流閥減壓節(jié)流進(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 使冷媒水出口溫度達(dá)到 6 8 在此過程中 低溫水蒸氣進(jìn)入吸收器 被吸收器內(nèi)的濃溴化鋰溶液吸收 溶液濃度逐步降低 由溶液泵送回發(fā)生器 完成整個(gè) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 5 頁 循環(huán) 簡(jiǎn)單地說溴化鋰機(jī)組是利用水在低壓下相態(tài)的變化冷媒水的目的 溴化鋰機(jī)組利 用了太陽集熱器熱量后 那么它消耗的電能 僅僅是小水泵的電能 而不需要壓縮機(jī)了 在實(shí)際研制過程中一般溴化鋰溶液的濃度不宜超過 62 通過對(duì)溶液循環(huán)量和制冷量的最 佳分配 控制溫度 壓力 濃度等參數(shù)在循環(huán)之間的優(yōu)化配置 以求最大限度的利用熱 源水的熱量 使熱水溫度達(dá)到 68 就可利用 此溫度一般使用平板式太陽集熱器就可滿 足要求 制冷機(jī)的原理圖如圖 2 1 2 1吸收式制冷機(jī)工作原理示意圖 2 32 3 太陽能空調(diào)運(yùn)用的技術(shù)理論太陽能空調(diào)運(yùn)用的技術(shù)理論 太陽能制冷主要依靠吸收式制冷機(jī)和太陽能集熱器兩大部件聯(lián)合運(yùn)行構(gòu)成 在夏季 被集熱器加熱的熱水首先進(jìn)入保溫儲(chǔ)熱水箱 當(dāng)熱水溫度達(dá)到 88 值時(shí) 由儲(chǔ)水箱向制 冷機(jī)提供熱媒水 從制冷機(jī)流出并已降溫的熱水流回太陽能集熱器并再次被加熱成高溫 熱水 制冷機(jī)產(chǎn)生的 8 冷媒水通向空調(diào)箱 以達(dá)到制冷空調(diào)的目的 當(dāng)太陽能不足時(shí)由 燃?xì)鉅t加熱補(bǔ)充熱量以加熱熱媒水至設(shè)計(jì)值 在冬季 集熱器加熱的熱水溫度達(dá)到 60 攝 氏度值時(shí) 儲(chǔ)能水箱向空調(diào)箱提供熱水 以達(dá)到供熱采暖的目的 當(dāng)太陽能不能夠滿足 要求時(shí) 也可通過輔助電能補(bǔ)充熱量 非空調(diào)采暖季節(jié) 將集熱器的熱水直接通向保溫 儲(chǔ)能水箱 就可將冷水加熱以供生活用水了 系統(tǒng)運(yùn)行工況 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 6 頁 夏季制冷 夏季由于室外溫度較高 將蓄熱水箱置于室外 以減少熱量損失 并將 輔助熱源 電加熱 與蓄熱水箱串聯(lián)放置 制冷機(jī)熱水進(jìn)水溫度設(shè)置為 80 輔助熱源 啟動(dòng)溫度為 79 當(dāng)蓄熱水箱的溫度 79 時(shí) 啟動(dòng)電加熱器加熱供水以達(dá)到制冷機(jī)需 要熱水溫度 隨著太陽輻照度的增強(qiáng) 當(dāng)蓄熱水箱溫度超過 80 電輔助加熱停止工作 冬季供熱 對(duì)于室內(nèi)采暖 熱水溫度不適宜高于 60 設(shè)計(jì)供水溫度為 45 供回 水溫差為 12 輔助熱源啟動(dòng)溫度為 44 當(dāng)蓄熱水箱溫度低于 45 輔助熱源開啟加 熱供水至設(shè)定溫度 隨著一天太陽輻照的增強(qiáng) 當(dāng)蓄熱水箱的溫度高于 45 輔助熱源 停止工作 室內(nèi)溫度控制 夏季室內(nèi)制冷工況一般要求室內(nèi)溫度 24 28 冬季供暖工況一般 要求室內(nèi)溫度維持在 16 20 為了使太陽能制冷與供熱綜合系統(tǒng)節(jié)省費(fèi)用 當(dāng)冬夏 季室內(nèi)溫度達(dá)到 20 24 時(shí) 整個(gè)系統(tǒng)停止工作 隨著室外環(huán)境溫度變化 當(dāng)冬夏季 室內(nèi)溫度達(dá)到 16 28 時(shí) 系統(tǒng)重新工作 為了滿足不同用戶對(duì)室內(nèi)溫度的需求 室 內(nèi)環(huán)境溫度可以自由設(shè)定 2 42 4 設(shè)計(jì)方案分析設(shè)計(jì)方案分析 太陽能吸收式制冷系統(tǒng)是一個(gè)各部件相互配合的整體 為了使系統(tǒng)的效率最高 太陽 能集熱器以及溴化鋰吸收式制冷機(jī)的選取必須統(tǒng)一考慮 表一和表二分別列出了幾種比 較常見的中低溫太陽能集熱器以及溴化鋰吸收式制冷機(jī)的一些參數(shù) 表 2 14 種常見的中低溫太陽能集熱器性能參數(shù) 類型溫度范圍 集熱效率 普通平板30 100 21 真空管90 200 38 菲涅爾透鏡260 400 56 拋物面槽型260 400 56 表 2 2溴化鋰吸收式制冷機(jī)性能參數(shù) 2 循環(huán)類型熱源COP 單效0 03 0 15MPa 蒸氣 85 以上熱水0 65 0 7 雙效0 25 0 8MPa 蒸氣 150 以上熱水1 1 1 2 兩級(jí)65 以上熱水 注 直燃機(jī)以及部分使用高壓蒸氣驅(qū)動(dòng)的機(jī)組 COP 值可以高于 1 2 從表一和表二可見 普通平板集熱器雖然可以承壓而且壽命較長(zhǎng) 從工作溫度范圍 低 高溫段集熱器效果較差 兩級(jí)循環(huán)溴化鋰吸收式制冷機(jī) 性能系數(shù)低 結(jié)構(gòu)也比較復(fù) 雜 不適合在此大型中央空調(diào)系統(tǒng)中使用 因此 根據(jù)目前市場(chǎng)上提供的產(chǎn)品及其特點(diǎn) 選定太陽能集熱器與吸收式制冷機(jī)有如下兩種組合 1 熱管式真空管集熱器 單效溴化鋰吸收式制冷機(jī) 據(jù)何梓年 3 實(shí)測(cè) 熱管式真空管 集熱器夏季制冷工況和冬季采暖工況的效率分別為 0 4 和 0 35 溴化鋰吸收式制冷機(jī)選用 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 7 頁 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的熱水單效型 2 拋物面槽型聚光集熱器 雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī) 拋物面槽型聚光集熱器 目前 國(guó)內(nèi)尚沒有成熟的商業(yè)產(chǎn)品 因此參考國(guó)外產(chǎn)品 取其平均集熱效率為 0 55 吸收式制冷 機(jī)采用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的蒸汽雙效型 本設(shè)計(jì)采用溴化鋰吸收式制冷機(jī)和熱管式真空集熱器 吸收式制冷所采用的二元溶 液為溴化鋰和水 當(dāng)太陽能不足時(shí) 采用燃?xì)鉅t和太陽能聯(lián)合取暖 太陽能吸收式空調(diào) 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)夏季制冷 冬季取暖 去年提供生活熱水等功能 如下圖所示為太陽能吸收式空調(diào)及供熱綜合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理 1 太陽能集熱器2 空調(diào)熱水柜3 日用熱水柜4 熱水用戶 5 輔助熱源6 溴化鋰吸收式制冷機(jī) 7 空調(diào)用戶8 冷媒水柜9 冷卻水塔10 冷卻塔 圖 2 太陽能溴化鋰吸收式空調(diào)熱水供暖系統(tǒng)工作原理圖 2 52 5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 5 12 5 1 太陽能與建筑物結(jié)合太陽能與建筑物結(jié)合 本太陽能空調(diào)系統(tǒng)用于普通居民建筑物 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 使太陽能與建筑融為一體 建筑設(shè)計(jì)不但造型美觀 新穎別致 還滿足太陽能集熱器安裝的要求 新建筑物的南立 面采用大斜屋面結(jié)構(gòu) 傾角 35 太陽能空調(diào)系統(tǒng)所需的大部分集熱器都安裝在朝南的 大斜屋面上 從而使集熱器與建筑物相得益彰 2 5 2 熱管式真空管集熱器 真空管太陽能集熱器是在平板型太陽能集熱器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的太陽能集熱裝置 真空管是這種集熱器的核心部件 主要由內(nèi)部的吸熱體和外層的玻璃管所組成 吸熱體 表面沉積有光譜選擇性吸收涂層 吸熱體與玻璃管之間的夾層保持高真空度 可有效地 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 8 頁 抑制真空管內(nèi)空氣的傳導(dǎo)和對(duì)流熱損 并且由于選擇性吸收涂層的低紅外發(fā)射率 可明 顯降低吸熱體的輻射熱損失 因此 真空管集熱器可以較大限度的利用太陽能 即使在 高工作溫度和低環(huán)境溫度的條件下仍具有良好的熱性能 根據(jù)熱吸體材料多的不同 真空管太陽能集熱器可分為玻璃吸熱體真空管和金屬吸熱 體真空管兩大類 其中金屬吸熱體真空管具有工作溫度高 100 400 承壓能力大 耐熱性能好等優(yōu)點(diǎn) 是太陽能中 高溫利用必不可少的集熱部件 是當(dāng)今世界真空管集 熱器發(fā)展的重要方向 金屬吸熱體真空管又包括熱管式真空管 U 形管式真空管 儲(chǔ)熱式 真空管 直通式真空管 內(nèi)聚光式真空管等 由我國(guó)所研制成功的熱管式真空管集熱器具有熱效率高 耐冰凍 啟動(dòng)快 保溫好 承壓高 耐熱沖擊 運(yùn)行可靠 維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn) 是組成高性能太陽能空調(diào)系統(tǒng)的 重要部件 為了使真空管集熱器一天內(nèi)接收到更多的太陽輻射能 本系統(tǒng)真空管采用了 半圓弧狀的彎曲吸熱板 經(jīng)測(cè)試 彎曲吸熱板熱管式真空管集熱器的瞬時(shí)效率的方程為 2 013 078 17356 0 k am k am G TT G TT 表 2 1 式中 Tm 集熱器流體進(jìn)出口平均溫度 Ta 環(huán)境溫度 Gk 太陽輻照度 W m 2 1 熱管冷凝段2 金屬端蓋3 玻璃管4 吸熱板5 熱管蒸發(fā)段6 消氣劑 圖 3 彎曲吸熱板熱管式真空管集熱器結(jié)構(gòu)示意圖 這種集熱器的入射角修正系數(shù)也明顯優(yōu)于平面吸熱板 從而使彎曲吸熱板真空管集熱 器的全天得熱量比平面吸熱板真空管集熱器提高 10 以上 本系統(tǒng)的集熱器陣列由 2160 支熱管式真空管組成 總采光面積 540 總吸熱體面 積 364 這些真空管集熱器共分成 9 排布置 其中 7 排布置在大斜屋面上 2 排布置在 樓頂平面上 為了減少流動(dòng)阻力 集熱器陣列采取了前 4 排并聯(lián) 后 5 排并聯(lián) 然后兩 部分再串聯(lián)起來 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 9 頁 2 5 32 5 3 儲(chǔ)熱水箱儲(chǔ)熱水箱 為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性 使制冷機(jī)的進(jìn)日熱水溫度不受太陽輻照瞬時(shí)變化的直接 影響 太陽能集熱器出日的熱水首先進(jìn)入儲(chǔ)熱水箱 再由儲(chǔ)熱水箱向制冷機(jī)供熱 此外 儲(chǔ)熱水箱還可以把太陽輻射能高峰時(shí)暫時(shí)用不了的能量以熱水的形式儲(chǔ)存起來以備后用 本系統(tǒng)與一般太陽能空調(diào)系統(tǒng)的不同之處在于設(shè)置了大 小兩個(gè)儲(chǔ)熱水箱 大儲(chǔ)熱水箱 容積為 8m 卞要用來儲(chǔ)存多余的熱能 小儲(chǔ)熱水箱容積為 4m 卞要用來保證系統(tǒng)的快速啟 動(dòng) 使每天早晨經(jīng)集熱器加熱的熱水溫度 夏季盡快達(dá)到制冷機(jī)所擊要的運(yùn)行溫度 冬 季盡快達(dá)到采暖所需要的工作溫度 另外 儲(chǔ)熱水箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì) 使其產(chǎn)生明顯的溫度分層 以便最大 限度地利用高溫?zé)崴?同時(shí)也加快了空調(diào)系統(tǒng)的啟動(dòng)速度 2 5 42 5 4 儲(chǔ)冷水箱儲(chǔ)冷水箱 儲(chǔ)冷水箱是根據(jù)建筑物用冷的特點(diǎn)而設(shè)置的 盡竹儲(chǔ)熱水箱可以儲(chǔ)存能量 但它的能 力畢競(jìng)是有限的 將制冷機(jī)產(chǎn)出的低溫冷媒水儲(chǔ)存在容積為 6m 的儲(chǔ)冷水箱內(nèi) 可以更多 地儲(chǔ)存能量 而目低溫冷水利用起來也比較方便 設(shè)置儲(chǔ)冷水箱還有一個(gè)更重要的原因 制冷機(jī)的熱媒水進(jìn)口溫度是 88 左右 冷媒水出口溫度是 8 左右 假設(shè)夏天的環(huán)境溫 度是 30 則儲(chǔ)熱水箱中熱水溫度與環(huán)境溫度的溫差為 58 明顯大于環(huán)境溫度與儲(chǔ)冷 水箱中冷水溫度的溫差 22 這就是說 將接收到的多余太陽輻射能產(chǎn)生冷水儲(chǔ)存在儲(chǔ) 冷水箱中 其熱損失要比以熱水形式儲(chǔ)存在儲(chǔ)熱水箱中低得多 2 5 52 5 5 輔助燃油鍋爐輔助燃油鍋爐 太陽能系統(tǒng)的運(yùn)行不可避免地要受到氣候條件的影響 為了保證系統(tǒng)可以全天候發(fā)揮 空調(diào) 采暖功能 輔助的常規(guī)能源系統(tǒng)是必不可少的 燃油 或燃?xì)?鍋爐具有啟動(dòng)快 污染小 便于自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)因而本系統(tǒng)設(shè)采用了輔助燃油熱水鍋爐 在白天太陽輻照 量不足或夜間需要繼續(xù)用冷或用熱時(shí) 即可通過控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)燃油鍋爐 以確保系 統(tǒng)持續(xù) 穩(wěn)定地運(yùn)行 2 5 62 5 6 自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 本系統(tǒng)的特點(diǎn)就是用太陽能部分地替代常規(guī)能源以達(dá)到空調(diào) 采暖及提供生活用熱水 的日的 因此太陽能系統(tǒng)的啟動(dòng) 富余太陽能的儲(chǔ)存以及太陽能與常規(guī)能源之間的切換 等都顯得尤為重要 而這些功能必須由一套安全可靠 功能齊全的自動(dòng)控制系統(tǒng)來完成 另外 自動(dòng)控制系統(tǒng)還解決了太陽能系統(tǒng)的防過熱和防凍結(jié)問題 夏季 當(dāng)儲(chǔ)熱水箱內(nèi) 的水溫達(dá)到 94 且儲(chǔ)冷水箱內(nèi)的水溫也達(dá)到 7 時(shí) 控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)切換相應(yīng)的閥門 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 10 頁 讓熱水流經(jīng)生活用熱水箱中的換熱器 以降低太陽能系統(tǒng)的溫度 冬季 當(dāng)太陽能系統(tǒng) 回路最低溫度處的溫度達(dá)到 4 時(shí) 控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)開啟循環(huán)水泵一小段時(shí)間 使儲(chǔ)熱 水箱中的熱水流入管路 從而避免回路凍結(jié) 為本系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)由傳感 器 電動(dòng)閥 網(wǎng)絡(luò)控制模塊和操作工作臺(tái)等幾部分組成 3太陽能吸收式空調(diào)采光面積的計(jì)算 第 11 頁 3 3太陽能吸收式空調(diào)采光面積的計(jì)算太陽能吸收式空調(diào)采光面積的計(jì)算 3 13 1 集熱器安裝條件集熱器安裝條件 根據(jù)我國(guó)太陽能資源分布情況 南部屬于太陽能資源較豐富地區(qū) 北部屬于太陽能資 源一般地區(qū) 西安屬于北部 民用建筑主要基本情況調(diào)查 周圍環(huán)境 建筑所處地點(diǎn)緯度 年日照時(shí)間 年太陽輻射強(qiáng)度 年環(huán)境溫度等 建筑功能 最高日熱水量 供水方式 用水溫度 用水點(diǎn)位置等 安裝條件 場(chǎng)地面積 形狀 建筑結(jié)構(gòu)承載力 遮擋情況等 輔助熱源情況 電價(jià) 煤氣價(jià) 設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)建筑物以上綜合因素 依據(jù)規(guī)范 GB50364 2005 表 4 2 6 選擇系統(tǒng)類型 選擇其類型 色澤和安裝位置 應(yīng)與建筑物整體及周圍環(huán)境相協(xié)調(diào) 真空管集熱器具有保溫性能好 低溫?zé)嵝矢?其吸收系數(shù)可達(dá)到 94 96 輻射系數(shù)小 于 6 適合在北方地區(qū)使用 太陽能集熱器的安裝方位和傾角 1 集熱器的安裝方位 根據(jù)規(guī)范 GB50364 2005 第 4 4 7 條 集熱器的安裝方位應(yīng)朝向 正南 如受建筑物條件的制約 也可選擇偏東南或偏西南方向 2 集熱器的安裝傾角可按下式確定 使集熱器全年得熱量最大時(shí) 式中 集熱安裝傾角 安裝地的緯度 當(dāng)使集熱器的集熱效率在夏季最高 安裝傾角可由當(dāng)?shù)鼐暥葴p 10 來確定 即 10 去確定集熱器安裝傾角 當(dāng)使集熱器的集熱效率在冬季最高 安裝傾角可由當(dāng)?shù)鼐暥燃?10 來確定 即 10 去確定集熱器安裝傾角 西安的集熱器安裝傾角 10 34 15 10 44 15 設(shè)計(jì)可按 45 取值 3 23 2 集熱器面積的計(jì)算集熱器面積的計(jì)算 空調(diào)額定總熱功率為 18KW 生活用熱水量每人每天用 150L65 熱水 按 5 人計(jì)算 熱水量 750L 日 蒸發(fā)器冷水出口溫度 8 進(jìn)水溫度 12 發(fā)生器熱源進(jìn)水溫度 88 出口溫度 12 冷卻水進(jìn)水溫度 32 吸收器和冷凝器冷卻水并聯(lián) 采用熱管式真空管集熱器 按全年負(fù)荷最大的夏季空調(diào)及熱水供應(yīng)負(fù)荷配置 假設(shè) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 12 頁 別墅夏季 17 00 次日 8 00 之間 15 小時(shí)內(nèi)空調(diào)由集熱器集熱驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)制冷并通 過蓄冷后在晚間放冷 集熱器日平均效率 0 4 空調(diào)用面積 計(jì)算日晚間空調(diào)用制冷量 Qw tDs 18 15 3600 0 65 631800KJ d 計(jì)算日制冷機(jī)組發(fā)生器理論熱負(fù)荷 Ql Qw 631800 0 689 916981KJ d 計(jì)算日集熱器太陽能輻射量 Qj Ql 916981 0 4 2292453KJ d 計(jì)算日每平方米集熱器太陽能輻射量 Qp Qj s 19MJ d 集熱器計(jì)算采光面積 Sj Qj Qp 1000 2292453 19 1000 120 7m2 生活熱水供應(yīng)用面積 熱水量 750L d 熱水供應(yīng)負(fù)荷 Qf L D T 750 65 10 4 1868 17 27 104KJ d 需采光面積 Sr Qf Qp 17 27 104 0 4 19MJ 22 72m2 集熱器的安裝面積 S Sj Sr 120 7 22 72 1 3 186 4m2 集熱器布置 按 45 傾斜角安裝在別墅屋頂 設(shè)屋頂面積為 200m2 集熱器可安裝面積為 200 cos45 142m2 4制冷機(jī)組主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 13 頁 4 4 制冷機(jī)組主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制冷機(jī)組主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 14 1 吸收器設(shè)計(jì)吸收器設(shè)計(jì) 吸收器位于機(jī)組的低壓腔 其功能是利用發(fā)生器濃縮后的濃溶液 吸收蒸發(fā)器產(chǎn)生的 冷劑蒸汽 以保證低壓腔維持在較低的蒸發(fā)壓力范圍 同時(shí)使溴化鋰溶液濃度降低為稀 溶液 放出的熱量被冷卻水吸收 吸收器主要由噴淋系統(tǒng) 傳熱管 抽氣管組成 其中噴淋系統(tǒng)的性能是吸收器最重要 的部分 直接影響到吸收器的性能 為了使降膜吸收的效果更好 提高吸收器的傳熱 傳質(zhì)效果 必須將溴化鋰溶液均勻分布在傳熱管的外側(cè) 噴淋系統(tǒng)有噴嘴式和淋激式兩 種 本設(shè)計(jì)的溴化鋰機(jī)組吸收式采用管殼式結(jié)構(gòu)的噴淋式熱交換器 吸收器的設(shè)計(jì)主要是其中換熱設(shè)備的熱負(fù)荷計(jì)算和內(nèi)部傳熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 換熱設(shè)備由 于換熱介質(zhì)物理性質(zhì) 傳熱管材質(zhì)與表面結(jié)構(gòu) 介質(zhì)的流速 流動(dòng)方式 噴淋密度等等 的不同 使得傳熱系數(shù)也不盡相同 由于吸收器的吸收過程是傳熱和傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的復(fù) 雜過程 使得其傳熱系數(shù)的計(jì)算更加復(fù)雜 在一般的設(shè)計(jì)計(jì)算中 通常先采用經(jīng)驗(yàn)選取 的傳熱系數(shù) K 值計(jì)算換熱設(shè)備傳熱面積以及確定傳熱管內(nèi)流速 再利用計(jì)算出來的這 些結(jié)構(gòu)參數(shù)反算 K 值 驗(yàn)證其選取是否合理 表 3 為常見溴化鋰制冷機(jī)組的 K 值選取范 圍 管 材 雙效高 壓發(fā)生 器 雙效低 壓發(fā)生 器 單效發(fā) 生器 蒸發(fā)器冷凝器吸收器換熱器回?zé)崞?銅管1200 1600 900 1300 900 1200 2000 2800 3500 5200 800 1200230 600 230 600鋼管700 900 600 800 600 800 2000 2300 1700 3000 400 800 表 3常見溴化鋰制冷機(jī)組的 K 值選取范圍 溴化鋰制冷機(jī)組的各設(shè)備換熱系數(shù) K 值確定之后 可利用索柯夫近似特性方程式計(jì) 算出換熱設(shè)備的傳熱面積 計(jì)算公式如式 1 所示 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 14 頁 KaasLAGc b Gc a Q 1 1 4 1 5 4320 1 27 3 65 0 32 7 65 0 1 Q Q 91724KJ 其中 Gc L 為 流量 比熱 值較大的工質(zhì)液體 Gc s 為 流量 比熱 值較小的工質(zhì)液體 為兩種換熱流體的最大溫差 單位為 Q 為吸收器換熱器的熱負(fù)荷 a b 是與換熱設(shè)備中工質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)相關(guān)的常數(shù) 其中逆流時(shí) a 0 65 叉流時(shí) a 0 45 0 55 b 均為 0 65 吸收器的工質(zhì)流動(dòng)方式為逆流 可將索柯夫近似特性方程轉(zhuǎn)換為吸收器傳熱面積計(jì) 算公式 即式 2 29165 035 09ttttttKa Qa A www a 4 2 41 078 065 03 278 035 04 074 05 4 97412 Aa Aa 320m 2 本文的設(shè)計(jì)采用傳熱性能較好的銅管作為傳熱管 因此根據(jù)表三以及機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)可 以初選 K 值為 1100 綜合機(jī)組內(nèi)部的結(jié)構(gòu)尺寸要求及初步計(jì)算 按照經(jīng)驗(yàn)選擇使用的傳 熱管外徑為 12mm 傳熱管壁厚 1mm 傳熱管長(zhǎng) 有效長(zhǎng)度 400mm 傳熱管內(nèi)冷卻水的流 速為 1m s 當(dāng)換熱器的傳熱管為圓管 且假定內(nèi)外側(cè)都有污垢出現(xiàn)時(shí) 傳熱管傳熱系數(shù) Ka 的數(shù)值可有經(jīng)驗(yàn)公式 3 計(jì)算可得 傳熱系數(shù)的值主要由傳熱管管壁兩側(cè)的傳熱系數(shù)決 定 m i m f f i rir f f Ka 11 1 0 0 4 3 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 15 頁 300 250 2 4 1 000017 04 1 300 400 380 61 0 1 1 1 Ka Ka 4 17 其中 a0為傳熱管外的放熱系數(shù) ai為傳熱管內(nèi)的放熱系數(shù) 這兩項(xiàng)與傳熱系數(shù)數(shù)值 關(guān)系最大 r0為傳熱管外表面的污垢熱阻 ri為傳熱管內(nèi)表面的污垢熱阻 傳熱管外表面 為溴化鋰工質(zhì)溶液 由于溴化鋰溶液添加了多種增強(qiáng)劑以及防腐劑 同時(shí)溴化鋰溶液本 身也會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶 可能在外表面形成一定的污垢熱阻 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可選取為 0 000017m 2 K W 而傳熱管內(nèi)表面主要為凈化后的水 由于本設(shè)計(jì)的冷卻塔位于機(jī)組內(nèi)部 封閉運(yùn)行 有加入了凈化設(shè)備 可假設(shè)傳熱管內(nèi)表面污垢熱阻為 0 f0為傳熱管外表面積 fi為傳熱管內(nèi)表面積 fm為傳熱管內(nèi)外表面的平均面積 為傳熱管壁厚 可由傳熱管結(jié) 構(gòu)尺寸計(jì)算可得 為傳熱管材料的導(dǎo)熱率 傳熱管采用 TP2 無磷銅作為材料 其導(dǎo)熱 率為 380W m K 國(guó)內(nèi)外對(duì)溴化鋰吸收式制冷機(jī)組吸收器的傳熱 傳質(zhì)過程進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)和理論研究表 明 吸收器管外溶液噴淋側(cè)放熱系數(shù) a0影響因素較為復(fù)雜 理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)變 化很大 因此只能在一定范圍內(nèi)使用經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算 當(dāng)噴淋溶液濃度為 55 61 溴化鋰溶液溫度范圍為 40 55 吸收器換熱管外徑為 12 20mm 之間時(shí) 可利用經(jīng)驗(yàn)公 式 4 計(jì)算 615 0 10 10 0 28 1 89 0 3 117163 1 L W 4 4 3002 416 0 732 08 1 172 089 0 3 117163 10 0 4 5 其中 W 為第一排管子上噴淋溶液量 L 為傳熱管的長(zhǎng)度 從上式可以看到 如果提高 W 2L 就可以提高 a0 但是如果 W 2L 過大 循環(huán)量倍率變大 使得混合后的噴淋出口處溴 化鋰濃溶液的濃度下降 同時(shí)吸收泵的負(fù)擔(dān)也增大 吸收器管內(nèi)冷卻水的放熱系數(shù) ai 可由經(jīng)驗(yàn)公式 5 計(jì)算得 其中 tm 為傳熱管內(nèi)水的 平均溫度 w 為冷卻水在傳熱管內(nèi)部的流速 di為傳熱管的內(nèi)徑 單位為 m 2 0 3 0 191230 163 1 i mi d t 4 5 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 16 頁 2 0 3 0 12 0 7 3 35191230 163 1 i i 4 8 利用式 1 計(jì)算完傳熱面積后 利用式 5 可直接計(jì)算出所需的傳熱管根數(shù) 同時(shí)為了提 高傳熱系數(shù) 可利用增加流程數(shù)的辦法來提高介質(zhì)在傳熱管的流速 但是隨著流程數(shù)的 增加 工質(zhì)流動(dòng)阻力的損失也增加 初選流速之后可根據(jù)式 3 計(jì)算 Ld A n i 4 6 30012 014 3 9000 n n 79 6 V dn m i 4 3600 2 4 7 4374 12 014 37 34 793600 2 m m 6 5 經(jīng)計(jì)算傳熱管數(shù)為 79 6 由于傳熱管數(shù) n 必須為整數(shù) 則取傳熱管數(shù)為 80 根 利用 式 6 可算得傳熱管的流程數(shù)為 6 5 由于流程數(shù)也必須為整數(shù)且必須能被管數(shù)整除 本文 中取整為 8 個(gè) 吸收器的傳熱管采用純銅管 管型為光管或高效傳熱管 由于吸熱器運(yùn)行過程中不 只是傳熱過程 還包括蒸汽和溴化鋰溶液的傳質(zhì)過程 因此采用十字花柄可以極大地提 升吸收器傳熱管的傳熱系數(shù) 同時(shí)由于吸收器是制冷機(jī)組中壓力最低的地方 機(jī)組運(yùn)行 產(chǎn)生的不凝性氣體容易在此處積累 因此我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)組在低壓腔上部 設(shè)計(jì)排布了抽 氣管系來排除非凝性氣體 4 24 2 蒸發(fā)器設(shè)計(jì)蒸發(fā)器設(shè)計(jì) 蒸發(fā)器與吸收器的壓力相同 都布置在低壓腔內(nèi) 其作用是利用低壓狀態(tài)下冷劑水蒸 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 17 頁 發(fā)吸熱的原理 來為冷媒水降溫 蒸發(fā)器中的傳熱管可以采用光管或者高效傳熱管 如 肋片管 螺紋管及大波紋管等 蒸發(fā)管在運(yùn)行時(shí) 由于蒸發(fā)壓力很低 一般采用管殼式結(jié)構(gòu)的噴淋式換熱器 發(fā)生器 中產(chǎn)生的蒸汽 進(jìn)入冷凝器凝結(jié)成水 再進(jìn)入節(jié)流器降壓之后進(jìn)入蒸發(fā)器 并集結(jié)在蒸 發(fā)器的下部的盤里 冷劑水泵不停的將蓄水盤的冷劑通過噴淋管送入噴嘴霧化后 再噴 淋在蒸發(fā)器內(nèi)部的傳熱管簇上 噴淋在傳熱管簇上的冷劑水在低壓下蒸發(fā)吸取冷媒水的 熱量 蒸發(fā)器的熱負(fù)荷計(jì)算同樣使用索柯夫近似特性方程 但與式 2 略有不同的是常數(shù) a b 的選取 由于蒸發(fā)器中從冷凝器流入的冷劑水為一元溶液 其蒸發(fā)時(shí)吸收熱量溫度保持 不變 則其中的溫度差為 0 所以 a 值部分不必計(jì)算 蒸發(fā)器中 K 值可以使用式 3 計(jì)算 傳熱管內(nèi)的冷卻水放熱系數(shù)的計(jì)算方式與吸收器相 同 不同的是傳熱管外冷劑水蒸發(fā)側(cè)的放熱系數(shù)計(jì)算 其可有經(jīng)驗(yàn)公式 7 計(jì)算的 其中 C 為比例常數(shù) 其取值與蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)形式相關(guān) Pr 為普朗特常數(shù) 為水的熱導(dǎo)率 v 為 水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù) W 為一排傳熱管上的冷劑噴淋量 L 為傳熱管長(zhǎng)度 為液膜厚度 這些都與蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān) vL W C 1 2 P 3 1 r0 4 8 8 0 6 2 24 0 10346 0 1 32 104 2 1062 64 0 72 本文設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器采用與吸收器直徑相同的傳熱管 管徑為 12mm 長(zhǎng)度為 300mm 經(jīng) 計(jì)算共需 72 根 取整之后 流程數(shù)為 6 每流程傳熱管數(shù)為 12 根 為減少冷劑水蒸氣 的壓力損失 在設(shè)計(jì)中盡量加大了傳熱管的間隙 使得排布方式更有利于蒸氣的散發(fā)進(jìn) 入吸收器當(dāng)中 同時(shí) 為了減少低壓腔的壓力 防止蒸氣將液滴帶入吸收器之中 還設(shè) 置了曲折性擋水板 本文設(shè)計(jì)的擋水板使用聚氯乙烯薄膜 可有效的降低蒸氣的壓力損 失 并能攔截頁面中的水滴 由于蒸發(fā)器與吸收器在同一個(gè)腔體內(nèi) 其布置方式主要有左右平行布置 左中右布 置以及上下布置 如圖 4 所示 其中最常見的為左右布置 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn) 水蒸 氣進(jìn)入吸收器壓力損失小 左中右布置方式更有利于冷劑蒸氣的吸收 但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜 需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的擋液裝置 但是其結(jié)構(gòu)不夠緊湊 會(huì)導(dǎo)致整個(gè)腔體結(jié)構(gòu)變大 不易在本 文設(shè)計(jì)的小型機(jī)組上使用 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 18 頁 圖 4低壓腔內(nèi)的蒸發(fā)器與吸收器布置形式 綜合吸收器和蒸發(fā)器的要求 本文設(shè)計(jì)的低壓腔如圖 5 所示 冷凝水和稀溶液液位計(jì) 可安置在箱體側(cè)面 圖中只留出了安裝孔 未將其畫出 低壓腔內(nèi)吸收器和蒸發(fā)器左右 布置 均為噴淋式換熱器 其中吸收器內(nèi)的噴流器為防止水滴濺出 還安裝有擋板 在 腔體中間安裝有擋液裝置 以防止冷劑水液滴隨冷劑蒸氣進(jìn)入到吸收器內(nèi) 擋液裝置為 型 90 攝氏度薄膜 腔體內(nèi)部的接頭采用標(biāo)準(zhǔn)的 KF 系列接口 方便拆裝 而外部采用 更為耐用的法蘭接頭 在腔體正面裝有兩個(gè)觀察窗 便于觀察腔體內(nèi)部運(yùn)行情況 1 低壓箱腔體2 冷媒水入口3 冷劑水混合噴淋器4 冷媒水出口5 蒸發(fā)器冷卻水入口6 蒸 發(fā)器冷卻水出口7 蒸發(fā)器混合噴淋器8 腔體蓋板9 觀察窗10 蒸發(fā)器11 擋液裝置 12 發(fā)生器13 冷劑水入口14 冷劑水出口15 測(cè)溫盲管16 低壓真空表17 蒸發(fā)器噴淋擋 板18 KF16 真空波紋管若干19 KF16 卡扣若干 圖 5機(jī)組低壓箱三維結(jié)構(gòu)圖 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 19 頁 4 34 3 發(fā)生器的設(shè)計(jì)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 發(fā)生器的功能是使從低壓腔內(nèi)輸送的溴化鋰稀溶液受熱濃縮釋放出水蒸氣 發(fā)生器主 要由以下幾部分構(gòu)成 傳熱管 筒體 隔板 擋液裝置 自動(dòng)溶晶管以及液囊等 發(fā)生 器內(nèi)的換熱設(shè)備是其最重要的組件 為實(shí)現(xiàn)機(jī)組的低溫?zé)嵩打?qū)動(dòng) 本文的設(shè)計(jì)采用了本 課題組開發(fā)的專利技術(shù) 即利用超聲波發(fā)生器的超聲空化效果來加強(qiáng)發(fā)生器內(nèi)的傳熱傳 質(zhì)效果 實(shí)驗(yàn)表明 超聲空化效果在驅(qū)動(dòng)熱源溫度為 65 80 的情況下 能夠提升大于 20 的強(qiáng)化傳質(zhì)效果 而且在一定溫度條件下 當(dāng)驅(qū)動(dòng)熱源水溫度越低時(shí) 這種超聲空化 強(qiáng)化效果就越明顯 同時(shí)為了提升換熱設(shè)備的傳熱性能 本文還在換熱設(shè)備的核心部件傳熱管上采用具有 強(qiáng)化傳熱功能的表面微結(jié)構(gòu) 對(duì)提升換熱設(shè)備的效率顯得尤為重要 本文設(shè)計(jì)的發(fā)生器 采用犁切 擠壓方式加工的高性能三維外翅片管作為傳熱管 可有效的提升低溫?zé)嵩聪碌?傳熱系數(shù) 本文設(shè)計(jì)的發(fā)生器熱負(fù)荷為 14 66KW 采用有效長(zhǎng)度為 300mm 管徑為 12mm 的銅傳熱管 管內(nèi)流速為 2m s 傳熱管內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)可有經(jīng)驗(yàn)公式 8 得 8 0 4 0 r0P023 0 d di 4 9 8 0 6 2 4 0 0 10346 0 12 02 12 0 107 67 62 6023 0 0 90 其中 Pr 為普朗特常數(shù) 為水的熱導(dǎo)系數(shù) 67 7 10 2W m K v 為水的運(yùn)動(dòng)粘度 0 346 10 6m2 s 經(jīng)計(jì)算并取整可得 所需管數(shù)為 90 流程數(shù)為 5 在