（农业生物环境与能源工程专业论文）太阳能—生物质能联合吸收式制冷系统研究.pdf

摘要 我们这个项目得到了郑州市科技局的支持，是郑州市2 0 0 8 年的科技攻关项目( 项目编 号：0 8 3 s g y g 2 4 1 2 3 1 ) 。世界经济的快速发展，需要消耗大量的能源，这与化石能源储量 的有限性形成了矛盾，能源问题已成为世界各国人民面临的最紧迫问题之一；同时由于环境 污染和温室效应，使得人们对环保的重视程度达到了前所未有的高度，那些对臭氧层有破坏、 能够产生温室效应的氯氟烃( c f c s ) 类制冷剂被人们严格限制使用，寻找氯氟烃( c f c s ) 类制冷剂替代物的问题受到世界各国科学家的高度关注。氨水吸收式制冷系统由于其可利用 低品位能源制冷，同时制冷工质是环境友好型的氨，既不破坏臭氧层，又不产生温室效应， 近年来受起国内外研究学者的重视。 我们提出太阳能生物质能联合吸收式制冷方案，将太刚能和生物质能引入到制冷系统 中来。利用太刚能和生物质能联合驱动制冷机运行，不仅有效地：镩约了能源，拓宽了太阳能 和生物质能的利用领域，而且还有利于环境保护。我国农村偏远缺电地区，拥有丰富的太阳 能和生物质能资源，在这些地区推广使用太障l 能生物质能联合吸收式制冷系统，不仅可以 改善当地农民的生活品质，而且不增加传统能耗，同时有利于环境保护，无疑将会有非常广 阔的前景。本文的研究内容及结论如下： ( 1 ) 结合实际生活需要，设计加工了一台1 0 0 l 、2 6 0 w 的小型氨水吸收扩散式冰箱， 采爿j j 氨水作为制冷工质对，氢气作为辅助气体；通过实验，该制冷设备的最人制冷系数c o p 可达0 3 9 ： ( 2 ) 根据太阳能辐射特性和制冷机组的要求，对太r l 能集热器进行选择，并计算了集 热器的面积； ( 3 ) 根据生物质燃烧特性和制冷机组的要求，对生物质能炉具的主要设计参数、结构， 进行确定、设计和计算，研制了一台符合要求的生物质成型燃料炉具； ( 4 ) 对太阡i 能生物质能制冷系统进行组装和优化，并自主研发了自动控制系统，使该 系统能够全天侯、不间断自动运行；对联合制冷系统进行试验，分析了影响系统c o p 的影 响因素，为今后系统的改进设计提供了参考依据； ( 5 ) 通过对整个制冷系统进行试验，得出系统的制冷系数c o p 为0 3 5 、可制得0 以 下低温，试验证明太阳能一生物质能联合吸收式制冷系统能够满足生产、生活需要，在技术 上是可行的。 关键词：太阳能集热器：生物质能；炉具；吸收式制冷；系统设计：试验研究 河南农业火学硕上学位论文 a bs t r a c t s t u d yo nt h ea b s o r p t l o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e mo f s o l a re n e r g ya n db i o e n e r g yu n i o n s u p e r v i s o r ：p r o f l i us h e n g y o n g m a s t e rc a n d i d a t e ：w a n gx i a o - d o n g a b s t r a c t ：t h i sp r o j e c tw a ss u p p o r t e db ys c i e n c ea n dt e c h n o l o g yb u r e a uo f z h e n g z h o uc i t y , i t st h es c i e n c ea n dt e c h n o l o g yr e s e a r c hp r o j e c to fz h e n g z h o uc i t y i n2 0 0 8 ( n o 0 8 3 s g y ( 挖4 1 2 3 1 ) t h ew o r l de c o n o m i c s f a s td e v e l o p m e n tn e e d st o c o n s u m eal a r g ea m o u n to fe n e r g y , w h i c hf o r m e dt h ec o n t r a d i c t i o nw i t ht h ef o s s i l e n e r g yr e s e r v e s sf i n i t e n e s s ，e n e r g yq u e s t i o nh a sb e c o m e do n eo ft h em o s tu r g e n t p r o b l e m si nt h ew o r l d ；m e a n w h i l e ，b e c a u s eo ft h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n dt h e g r e e n h o u s ee f f e c t ，p e o p l eh a sb e e nr e c o g n i s e dt h ei m p o r t a n c eo fe n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o na n dp u tt h i sp r o b l e mo na l lu n p r e c e d e n t e dh e i g h t ，s ot h e s el i k ec f c sh a d b e e ns t r i c t l yl i m i t e dt ou s ew h i c hc o u l dm a k ed e s t r u c t i o nt ot h eo z o n el a y e ra n d p r o d u c et h eg r e e n h o u s ee f f e c t t os e e kf o rt h es u b s i t i t u t eo ft h ec f c s ，t h ev a r i o u s c o u n t r i e s ss c i e n t i s t sh a sb e e np u tt h e i rh i g ha t t e n t i o n s b e c a u s et h ea m m o n i aw a t e r a b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e mc a nu s et h el o w g r a d ee n e r g y , s i m u l t a n e o u s l yt h e w o r k i n gs u b s t a n c ei sa m m o n i aw h i c hi sf r i e n d l yw i t ht h ee n v i r o n m e n t ，n e i t h e r d e s t r o y st h eo z o n el a y e ra n dn o rp r o d u c e st h eg r e e nh o u s ee f f e c t ，s oi tg e t st h e d o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c h i n gs c h o l a r sh i 。曲a t t e n t i o n w ep r o p o s e dt h es o l a re n e r g ya n db i o - e n e r g yu n i o na b s o r p t i o nt y p er e f r i g e r a t i o n p l a n ，w h i c hi n t r o d u c e st h es o l a re n e r g ya n dt h eb i o - e n e r g yi nt h er e f r i g e r a t i o ns y s t e m u s i n gs o l a re n e r g ya n db i o e n e r g yt od r i v er e f r i g e r a t o rm o v e m e n tn o to n l ys a v e dt h e e n e r g ye f f e c t i v e l ya n de x p a n d e dt h eu t i l i z i n ga r e ao fs o l a re n e r g ya n db i o e n e r g y ，b u t a l s ow a sa d v a n t a g e o u st ot h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n t h er u r a la r e a si nc o u n t r y l a c kt h ee l e c t r i c i t y , b u th a st h er i c hr e s o u r c e so fs o l a re n e r g ya n d b i o e n e r g y p r o m o t i n gt h i ss o l a re n e r g yb i o e n e r g yu n i o na b s o r p t i o nt y p er e f r i g e r a t i o ns y s t e mi n t h e s ea r e a sn o to n l yc a ni m p r o v et h el o c a lf a r m e r sl i f eq u a l i t y , b u ta l s on o ti n c r e a s e t h et r a d i t i o n a lt y p ec o n s u m p t i o n ，s i m u l t a n e o u s l yi sa d v a n t a g e o u st ot h e e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n w i t h o u ta n yd o u b t s t h i sm e a s u r e m e n tw i l lh a v et h ev e r y b r i g h tp r o s p e c t n l er e s e a r c h i n gr e s u l t sa n ds u m m a r i z a t i o na r ei l l u s t r a t e d 嬲 f o l l o w i n g ： ( 1 ) d u et ot h ea c t u a ld e m a n d s ，t h i sp a p e rd e s i g n e da n dp r o c e s s e das m a l l a q u a a m m o n i aa b s o r p t i o np r o l i f e r a t i o nr e f r i g e r a t o r ( 1 0 0 l ，2 6 0 w ) ，t h ea q u a a m m o n i a i su s e da st h e w o r k i n gc o u p p l ea n dt h eh y d r o g e n i su s e d 嬲t h ea u x i l i a r y g a s a c c o r d i n gt oe x p e r i m e n t s ，t h em a x i m u mc o po fr e f r i g e r a t i o ne q u i p m e n ti sa b o u t 0 3 9 ( 2 ) a c c o r d i n g t os o l a rr a d i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n d r e f r i g e r a t i o n u n i t r e q u i r e m e n t s ，ic h o o s es o l a rc o l l e c t o ra n dc a l c u l a t et h ea r e ao ft h ec o l l e c t o r ( 3 ) a c c o r d i n gt ot h eb i o m a s sc o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dr e f r i g e r a t i o nu n i t 河南农业大学硕士学位论文 r e q u i r e m e n t s ，a f t e ri d e n t i 研n g ，d e s i g n i n ga n dc a l c u l a t i n gt h em a i nd e s i g np a r a m e t e r s a n ds t r u c t u r eo fb i o m a s ss t o v e ，id e v e l o pab i o m a s sb f i q u e t t ec o m b u s t i o ns t o v et h a t m e e t st h er e q u i r e m e n t s ( 4 ) a f t e ra s s e m b l y i n ga n do p t i m i z i n gt h es o l a r - b i o m a s sr e f r i g e r a t i o ns y s t e m i i n d e p e n d e n tr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tt h ea u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mw h i c hi sc a p a b l e o fa l l d a y , n o n s t o pr u na u t o m a t i c a l l y ie x p e r i m e n to nt h er e f r i g e r a t i o na n da n a l y s e t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so fc o pt op r o v i d ear e f e r e n c ef o rt h es y s t e mi m p r o v e m e n t ( 5 ) a f i e rt e s t i n go nt h er e f r i g e r a t i o ns y s t e m ，lf i n dt h ec o po ft h i ss y s t e mi sa b o u t0 3 5a n di t s t e m p e r a t u r ec a r lb eo b t a i n e da tl o wt e m p e r a t u r eb e l o w0 c t h ee x p e r i m e n ts h o w st h ea b s o r p t i o n r e f r i g e a t i o ns y s t e m o fs o l a ra n d b i o m a s su n i o nc a nm e e tt h e p r o d u c t i o n a n dl i v i n g n e e d s ，e s p e c i a l l yi sf e a s i b l ea b o u tt h et e c h n i q u e k e yw o r d s ：s o l a rc o l l e c t o r ；b i o e n e r g y ；s t o v e ；a b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o n ；s y s t e m d e s i g n ；e x p e r i m e n t a ls t u d y 河南农业大学学位论文独创性声明、使用授权及知识产权归属承诺书 学位论 太阳能一生物质能联合吸收式 学位 文题目制冷系统研究 级别 硕十 学生 王晓东 学科农业生物环境导师 姓名专业与能源工程姓名 刘圣勇教授 学位论文 如需保密，解密时间年月 日 是否保密 独创性声明 本人呈交论文是在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果，除了文中 特别加以标注和致谢的地方外，文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包括为获得河南农业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料，指导教师对此进行了审定。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 研究生签名：王l 越杂 导师签名：a p ；易 日期o 罗年6 月, t o n f tg q 竹6 月l ，口日 学位论文使用授权及知识产权归属承诺 本人完全了解河南农业大学关于保存、使用学位论文的规定，即学生必须 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印 刷本和电子版本，并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。本人同意河南农业大学可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 本人完全了解河南农业大学知识产权保护办法的有关规定，在毕业离 开河南农业大学后，就在校期间从事的科研工作发表的所有论文，第一署名单 位为河南农业大学，实验材料、原始数据、申报的专利等知识产权均归河南农 业大学所有，否则，承担相应的法律责任。 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书。 篦髓厶、；： 研究生签名王芘东导师签名：专卡多易学院领导签名：鼍墓0 ：- ； 1 一 l q 缈j 7 - 口哆年石月，啊日期瓣易月f 9 同同期：p 7 年g 月牙有 致谢 在论文即将脱稿之际，我的内心充满着激动和喜悦，攻读硕士学位的这三年 经历，是我人生中最宝贵的财富。首先，我要感谢我的导师刘圣勇教授，本论文 是在刘教授的悉心指导和热情鼓励下才得以完成的，感谢他三年来给予我在学 习、科研、生活等各方面的大力支持和帮助，特别是在论文的选题、结构、实验 及撰写的过程中给予的宝贵建议和意见。导师刘圣勇教授治学严谨、对工作认真 负责的态度以及孜孜不倦的精神，给我留下了深刻的印象，也给我树立了学习的 榜样。三年来，我不仅从刘教授身上学到了许多宝贵的科学文化知识，同时也学 到了许多为人处世的道理，这些都使我终身受益。在此，衷心祝愿导师身体健康、 工作顺利! 其次，还要感谢农业部可再生能源重点开放实验室的杨群发、郭前辉等老师 在论文的实验过程中所给予的指导和帮助。 在论文选题和完成过程中，我还得到了机电工程学院能源与环境工程系的张 全国教授、张百良教授、赵廷林副教授、杨世关副教授、尤希凤副教授、徐桂转 副教授、李刚老师、王艳锦老师、岳建芝老师等领导和老师们的帮助，他们兢兢 业业的工作精神、孜孜以求的科研态度激励着我，他们无私地将知识传授给我， 在这里我对他们表示衷心的感谢；在试验方案的选择中还得到了河南省能源所的 王志伟和南京工业大学董宝军同学的帮助，在自动控制系统还得到了机电工程学 院农机系的王晓雷同学的帮助，在此对他们表示感谢；还要感谢师兄周恒涛、张 书荣、王森、文u d , - 、陈夫进同学，同窗武少菁、王毅、王鹏、安静同学，师弟 杨国峰、张飞、白冰、华磊、梁盼、刘鹏同学，师妹沈小真、连瑞瑞等同学在试 验研究和论文撰写过程中提供的大量无私的帮助。 感谢机电工程学院和研究生处的所有领导和老师，感谢教导过我的所有老 师，我的每一份收获都离不开他们辛勤的汗水。 还要感谢我的父母和家人，一直以来，他们在背后默默的支持着我，正是他 们的关心、支持和鼓励，才使我能够有更充裕的时间，更大的勇气和信心，顺利 地完成课题研究。 最后，再次向所有关心、支持和帮助过我的老师、同学、家人和朋友表示我 最诚挚的谢意! 王晓东 2 0 0 9 年6 月 河南农业大学硕j ：学位论文 1 绪论 能源是人类生存和发展的重要物质基础，是国民经济和社会发展的重要战略物资，也是 当今国际政治、经济、军事、外交关注的焦点。现代经济社会的发展是建立在高水平物质文 明和精神文明的基础之上的，可以说，没有能源作为支撑，就没有现代社会和现代文明【l l o 能源是保障社会正常运转和经济发展所必不可少的基础条件，能源作为世界经济的命脉、社 会发展的动力，受到了各国人民的高度重视。 1 1 研究背景 世界能源消费构成比例图如图1 1 所示： 匏 图1 1 世界能源消费构成比侈4 图 f i g i - it h ep r o p o r t i o no f t h ew o r l d se n e r g yc o n s u m p t i o ng r a p h 图1 1 中我们可以看到，在二十世纪以前，术材和煤炭r i 世界能源消费的5 0 以上；二 十世纪以后术材的比重逐渐减低至l o 以f ，而彳i 油的比重在第二次t h = 界人战后迅速增加至 5 0 左右；天然气的使用，虽然在二十世纪初就开始了，但一直没有l j i 很大的比重，直到二 十世纪末才突然增加；核能和太阿i 能等新能源在世界能源消费构成中基本上成稳定增k 状 态。 人类利用能源的历史经历了几个阶段：1 8 世纪以前，木材在世界一次能源消费结构中长 期l i 据首位；到1 9 t h = 纪- 卜半叶，煤炭取代术材等成为主要能源；1 9 6 5 年，石油首次取代煤炭 在世界能源消费结构中 据首位，由此开始了“干i 油时代”。 石油、煤炭等这些当前人们使用的主要能源都属不可再生的矿物燃料。在当今世界，矿 物燃料提供世界9 1 的一次商品能源，其中煤炭l 吁2 8 ，石油超过4 0 。在弧澳地区能源消 费结构中，矿物燃料占9 3 5 ，其中煤炭r t l 4 8 3 ，石油占3 7 3 ，天然气占7 9 。然而，地 球上矿物燃料的储量是有限的，而且由于人类无限制地开采，已渐趋于枯竭。据统计，人类 每年要燃烧4 0 亿吨煤、2 5 亿吨孑i 油，并以每年3 的速度增艮。照此下去，科学家们估计， 地球上的煤还可维持二、三百年，其它就只有五、六十年的用量了，包括核能原料铀。而石 油、天然气、煤的形成需要数亿年的生物与地质作用。而且，开发利用和不加限制地消耗大 量的煤和石油等燃料，也带来严重的负面影响，即极人地污染了人类赖以生存的环境，诱发 河南农业大学硕上学位论文 温室效应、酸雨，引起疾病、农业减产等严重问题。因此，世界能源面临着新的转折，向石 油等以外的能源物质转换已势在必行。 经济的快速发展需要能源做支撑，能源问题对国家的能源安全构成威胁，能源问题已成 为全球性问题，由此构成了世界能源问题。 化年i 燃料能源占t h = 界能源供给的9 0 ，当前，化彳i 燃料的储量在日益枯竭，能源短缺已 成为人类面临的一个最为紧迫的问题。解决世界能源问题是全世界的责任，由此引起了全球 的高度关注。经多次谈论，能源专家认为解决能源问题的关键是；减少化石燃料的使用量， 同时开发新能源，发展能源新技术，使用清沽新能源。 我国经济正处于快速发展阶段，面临的突出问题是有限的化石能源资源、环境保护的更 高标准要求与经济快速发展之间的矛盾。坚持：1 ，能优先，提高利川能源效率和依靠科技进步， 开发利用新能源和可再生能源等，是我国长期的能源战略i z j 。 在可再生能源中：太阳能是一种巨大且对环境无污染的能源，地球每秒钟获得的太r l 能 量相当于燃烧5 0 0 万吨优质煤发出的能量。利用太刚能可以建成温室人棚、太阳房等节能建 筑；太阳集热器作为热源可代替传统炉具；使用太障l 能热水器和太研i 灶等，可节约生活燃料： 太降l 能还可用来淡化水、致冷、发电；太阡i 能电池在人造地球卫星上已被成功使朋，现在开 始转向地面席用。 生物质能是世界上最广泛的一种可再生能源。据科学家估算，地球上每年经太r l 能光 合作用生成的生物质总量约为1 4 4 0 1 8 0 0 亿吨，大约等于现在世界能源消耗总量的1 0 倍。 人们利用生物质在沼气池中产生沼气，可供炊事照明崩；用生物质制造乙醇甲醇，用作汽车 燃料等；高效生物质燃烧炉，热效率达8 5 。目前，国外的生物质能利用技术和装备多已 达到商业化廊h j 程度，生物质发电已占发达国家可再生能源发电量的7 0 蚶粥。美国、瑞典和 奥地利的生物质能分别i i 该国一次能源消耗量的4 ，1 6 和11 0 。有许多国家都制定了相 应的开发研究规划，例如，日本的新阿i 光计划、印度的绿色能源：l j 程、美国的能源农场和巴 西的酒精能源计划等1 4 9 】。生物质中的农作物秸秆作为一种生物质能在我国具有较大的资源 量。我国的农作物秸秆年产量达7 亿吨，相当于3 5 亿吨标准煤l i o , i q 。在我国具有巨大的发 展潜力。秸秆的各种利刚技术跟秸秆的组成成分和结构特性有密切的关系。 从2 0 世纪7 0 年代中期，由丁全球性能源危机，可再生能源的开发利用研究开始引起了人 们的重视。 表1 - 1 全球可再生能源储量【。2 i t a b i 1g l o b a lr e n e w a b l ee n e r g yr e s e r v e s 能源对国民经济的重要性已是明显的道理，因此，各国为了自己国家的经济发展，人民 生活水平的提高，就要开采更多的能源，而能源的储量是一定的。因此，有些国家就为争夺 2 河南农业大学硕十学位论文 石油而发动战争，纵观历史，在一定意义上，战争史就是能源资源的争夺史。 能源安全的重要标志是能源的供给是否能够满足国民经济和社会发展需要。在过去的 3 0 多年里，我国经济年均增长9 7 ，而能源消费的增k ：仅为4 6 。我国改革开放3 0 年来 的迅速发展是以大量消耗能源为代价的。有专家预算，到2 0 3 0 年我国的能源缺口为2 5 亿 吨标准煤，到2 0 5 0 年约为4 6 亿吨标准煤，由此可见我国的能源缺e l 在增大，进1 3 依存度 将继续扩大，这是我国能源安全的主要问题。自1 9 9 3 年开始，我国从石油出口国转变为石 油净进口国，2 0 0 2 年，我国进口石油7 1 8 0 吨，占我国石油消费( 1 4 1 亿吨) 的一半以上。 表卜2 我国石油资源需求及进口预测i 3 】 t a b i 一2c h i n a so i ld e m a n da n di m p o r tp r o j e c t i o n s 随着我国经济持续高速的发展，对能源的巨大需求导致的能源危机问题也逐渐凸现出 来。我国是一个人均能源资源相对匮乏的国家，人均煤炭资源为世界平均值的4 2 5 ，人均 石油资源为世界平均值的1 7 1 ，人均天然气资源为世界平均值的1 3 2 。我国2 0 0 3 年的 石油进口依存度为3 5 ，对外依存度已上升到4 2 ，石油对外依存度的提高使我国面临着 更为严峻的能源安全问题1 1 4 】。能源紧缺正成为制约我国经济社会发展的重要冈素。 我国的能源构成：我国是一个能源消耗大国，能源消耗量仅次于美国。随着我国经济 的持续快速发展，对能源的需求也急剧增加。我国的能源储量较少【l 习：石油可开采量3 3 x1 0 9 吨，天然气剩余可采量1 3 7 1 0 1 2 m 3 ，煤炭为1 1 5x l o 吨，预计到2 0 2 0 年我国石油进口量 将达到1 5 亿吨以上，石油进口依存度将达到4 0 左右，对国家能源安全构成威胁。因此， 节约能源，大力开发可再生能源和新能源是我国面临的一个问题。 在经济高速发展的今天，随着化彳i 能源消耗量的人量增加，由此带来的日益严重的环 境污染问题，引起国际社会的共同关注，环境问题与能源问题密切相关，成为当今世界共同 关注的焦点之一。化石燃料的使刚是大气污染的主要原因，“酸雨”、“温室效应”等都已 经给赖以生存的地球带来了灾难性的后果【l 列。 化石燃料的使用导致了严重的环境污染。化彳i 燃料燃烧放出的c 0 2 是最重要的温室气 体。近1 0 0 多年中，全球地面平均温度上升了o 3 o 6 ，海平面上升了1 4 2 5 c m i l 州。我 国的能源结构不合理，其中煤炭消费占全部能源消费总量的7 6 。煤炭的大量消耗导致二 氧化碳和二氧化硫等气体的产生，我国二二氧化硫和二氧化碳排放量分别位居世界第一位和第 二位。全国二氧化碳排放量的7 0 、二氧化硫的9 0 、氮化物的6 7 来自煤炭的燃烧。二 氧化碳是全球气候变暖产生的主要原因，l t _ 氧化硫导致酸雨产生【1 7 , 1 1 1 1 。据不完全统计，全国 5 2 7 个市( 县) 中，2 9 8 个城市出现酸雨，占统计城市的5 6 5 ，空气污染对居民的生产生活和 身体健康都带来了严重影响l 9 1 。 臭氧层破坏和全球变暖是世界范围的两大环境问题。随着人们环保意识的不断提高， 3 河南农业大学硕士学位论文 人们已经认识到压缩式制冷系统的制冷工质氯氟烃类制冷剂，对臭氧层有很人的破坏作j l j 。 根据1 9 8 7 年，在加拿人蒙特利尔国际会议上3 1 个国家签订的协议，明确规定氯氟烃类制冷 剂要逐渐减少并最终禁i 卜使用。传统制冷剂氯氟烃( c f c s ) 对臭氧层有破环作用；大最使用 化彳i 能源向环境排放的c 0 2 又导致全球变暖，产生温室效应。由于吸收扩散式制冷系统大 多采用的是天然i ：质，对臭氧层没有破坏作朋，也不存在温室效应等一系列对环境不利的影 响，因此近年米世界各国加人了这方面的研究。 1 2 吸收式制冷的国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 太r l 能吸收式制冷起源于上世纪3 0 年代，当时因成本高、效率低、没什么商业价值而 被人们所放弃，后来随着科技的进步，吸收式制冷研究逐渐得到了发展。受上世纪7 0 年代 世界性能源危机的影响，吸收式制冷又受到了一些发达国家的重视，吸收式制冷产业也得到 了普及和发展 2 0 l 。由于太阿i 能制冷技术要求较高，各方面的技术尚未成熟，而且需要投入 的资金量很大，因此许多研究一直停留在试验阶段。， 展早的太阿i 能驱动的氨水吸收式制冷系统在1 9 6 0 年诞生予美国的佛罗里达州，是世界 上第一套利用平板集热器供热的氨水吸收式空调系统；这之后，陆续推出了一些太侮i 能驱动 的氨水吸收式制冷系统，但都是只限丁理论或实验研究阶段，只有美国能源概念公司( e n e r g y c o n c e p t sc o m p a n y ) 推出了! s a a c 太阿l 能制冰机实现了产品化；1 9 6 8 - - - 1 9 7 0 年，加拿大两蒙 特里尔大学( u n i v e r s i t yo fw e s t e r no n t o r i a ) 研制出了间歇式太阳能驱动的吸收式制冷系统 2 1 - 2 2 j ，这个系统由1 5 m 2 平板式太阳能集热器提供热源，采用n h 3 h 2 0 作为工质对，可以 制得4 5 6 8 k g 的冰，冷凝器的蒸发温度可以达到1 2 。1 9 7 8 年，德国d o m i e r 公司利用 高效热管式集热器，成功研制了小型太冈i 能氨水吸收式制冷机【2 3 j ，经运行测试，该机的制 冷效率c o p 可达o 5 6 7 ；1 9 8 5 年，埃及a l a z h a r 大学研制了一套依靠自然对流驱动溶液循环 的太阳能驱动氨水吸收式制冷机i 川，测试的数据显示其制冷效率c o p 为0 5 0 8 0 5 1 3 之间； 上个世纪9 0 年代摩洛哥的m o h a m c d 大学对太阿i 能单效氨水吸收式制冷机进行了研究1 2 州， 对采刚起泡器和不采用起泡器的两种机器的c o p 进行了分析。当发生温度较高时前者的蒸 气含量明显高丁后者，制冷机的c o p 也要高出o 0 5 ( 环境温度为2 5 c ，蒸发温度为- 1 0 c ) ， 当发生温度为1 2 3 c 时c o p 达到最高，当太仵 辐射强度为8 0 0 w m 2 ，系统c o p 分别为o 1 7 和0 1 4 ：1 9 9 0 年，美国能源概念公司( e n e r g yc o n c e p t sc o m p a n y ) 推出的i s a a c 太陴 能制冰 机【2 6 1 实现了产品化，其样机采用间歇式制冷方式运行；2 0 0 2 年，西班牙马德里技术大学开 发了一台专门用于太陬 能制冷的氨水吸收式制冷机样机1 2 7 1 ，测得样机的c o p 为0 2 0 5 之 间。 到目前为j t ，关于太阳能制冷方面的专著，国际上只有a a s a i y h 组织编写的s o l a r a i r c o n d i t i o n i n ga n dr e f r i g e r a t i o n 论文集和国际制冷学会组织专家完成的s o l a rr e f r i g e r a t i o n 手 册两本参考书。由此可见，国外对太龠1 能驱动的氨水吸收式制冷系统的研究多集中在上世纪 4 河南农业人学硕士学位论文 7 0 9 0 年代，且都停留在理论研究和经济性分析阶段【2 扣3 们。 1 2 2 国内研究现状 关丁太隗l 能吸收式制冷： 天津大学在1 9 7 5 年研制出了连续的氨水吸收式制冰机，经改进后，1 9 7 9 年的测试结果 为可日产冰5 4 k g ；首都师范大学与北京市建筑安装公司等单位合作于1 9 7 7 年研制成功了 1 5 m 2 集热器的太腓l 能氨水制冰机，夏季每日可制冰6 8 8 k g ，1 9 7 9 年又研制出8 m 2 平板型 自动跟踪连续式的太阳能冷藏柜，制冷量可达5 0 2 4 k j h ：1 9 7 5 - - 一1 9 7 6 年华中工学院( 现华 中理= 人学) 研制出了采光面积1 5 m 2 、冰箱容积为7 0 l 的间歇式小型太阳能驱动氨水吸收 式制冷装置；1 9 7 9 年，原五机部第五设计研究院试验成功了无泵循环氨水吸收式太日i 能制 冷装置，试验证明，该系统能够联系循环制冷，全天c o p 为0 1 t o 1 4 之间，他们又于1 9 8 3 年研制了一台采光面积在1 0 m 2 的太阳能冷饮设备，制冷温度在6 - 1 0 1 2 ，全天c o p 为0 1 2 0 1 7 之间。 中国科学院广州能源研究所从1 9 8 2 年开始进行了新型热水型两级吸收式溴化锂制冷机 的研制：。l ：作；1 9 9 7 年，又为国家“九五”科技攻关项目“太阳能空调及供热示范系统”研 制了一台l o o k w 的两级吸收式制冷机，并成功地应用于太阳能系统中。进入9 0 年代，溴化 锂吸收式制冷机在国内已成为成熟的产品，而且形成了一个颇具规模的产业。目前，全国有 近百家生产溴化锂制冷机的t 厂，其中热水裂的溴化锂吸收式制冷机产品全都是一种单级吸 收式制冷机。 从上世纪9 0 年代中期开始，上海交通大学教育部太件l 能发电及制冷工程研究中心的王 如竹教授的团队对太刚能制冷进行了深入研究【3 i 】，研究水平利技术在我国处于领先地位， 王如竹教授编写的太脚i 能制冷是我国研究太阳能制冷技术的权威参考1 5 籍。 关于生物质能吸收式制冷： 在上世纪9 0 年代，国内薛德千等人对沼气冰箱进行了研究，对沼气冰箱的控制系统进 行了详细的论述，取得了较好的制冷效果。从2 0 0 4 年开始河南农业大学陈夫进同学对生物 质成型燃料吸收式制冷系统进行了初步研究，虽取得了一定的成果，但存在着制冷效率低等 问题。国内许多学者茅以惠、黄易胜、李天立、李化洲3 2 3 5 1 等曾对吸收扩散式制冷系统的 热力计算进行了理论分析。 综上所述，国内对太阳能吸收式制冷的研究相对较多，对生物质能驱动的氨水吸收式 制冷系统的研究报道较少，对太阳能和生物质联合吸收式制冷系统的研究基本上没有相关报 道。整体而言，国内对太阳能和生物质能驱动的吸收式研究和国外相比还处于起步阶段，但 近几年的进步较大。 1 3 课题研究的目的、内容和意义 1 3 1 课题研究的目的 5 河南农业大学硕上学位论文 国家“十一五”规划中明确提出要利用可再生能源替代常规能源，如果采用太冈i 能或 其他可雨生能源制冷系统，将是实现能源替代的一条有效途径。据了解，目前我国食品冷冻、 冷藏行业主要分布在畜产品、水产品、果蔬、速冻食品加工制造业等，食品的冷冻、冷藏企 业是电能使用大户，占整个企业用电量的6 8 。据统计，我国现有冷冻、冷藏能力5 0 0 多 万吨，中温冷库将近。1 i 一半，每年需要给能源、电力和环境带来很人的压力，在这种情况下， 推广和发展可再生能源( 冷库) 制冷系统可以节约大量的一次化石能源并减少化= l = i 能源转换 污染物的排放，符合可持续发展战略的要求。 国家“十一五”先进能源技术领域发展战略研究报告中关于高效制冷( 热) 技术 中指出：“利用多种能源或不受电力供应限制的供冷、供热系统”将是国家资助的重点m j 。 在我国当前能源十分紧缺，同时太阡i 能和生物质资源丰富的条件下，摆脱电力能源依赖，用 可再生能源达到制冷的目的，无疑将产生重大的经济效益与环境效益，从而为太刚能和生物 质能高效、合理化利用开辟了一条新途径。 ( 1 ) 吸收式制冷循环因能够合理利用工业余热、地热及太阳能和生物质能等低品位能 源而受到欢迎低品位能量和工质的环境友好性而备受关注，以氨，水和水，溴化锂为工质对的 系统被广泛使用。此外，压缩式制冷机使用的c f c s 类工质环境友好性差，受到蒙特利尔 议定书的限制。 ( 2 ) 资源丰富的太阡i 能既是一次能源，又是可再生能源，既可免费使用，义无需运输， 同时对环境无任何污染。太刚能制冷具有很好的季节匹配性，即天气越热。太阳辐射越好， 系统制冷鼙越大，这一特点使太阳能制冷技术受到重视和发展。 冈此，我们提出的“太同i 能一生物质能联合吸收式制冷系统研究”不仅符合国家的产 业技术政策，还将解决太件j 能制冷不连续和生物质能制冷效率低等弊病。当前我国能源十分 紧缺，在太阿l 能和生物质资源丰富的条件下，摆脱电力能源依赖，用可再生能源达到制冷目 的。形成规模后，无疑将产生重大的经济效益与环境效益，从而为太r i 能和生物质能高效、 合理化利用开辟了一条新途径。 1 3 2 课题研究的内容 ( 一) 研究内容 研制一套太r 1 能生物质能联合吸收式制冷系统是我们的研究目的，为了实现这一目的， 我们的研究内容主要有以下几点：( 1 ) 热管式太刚能集热器的设计和测试；( 2 ) 生物质能炉具 整体设计；( 3 ) 生物质能炉具主要设计参数的确定；( 4 ) 生物质能炉具的制造、安装；( 5 ) 生物 质能炉具测试；( 6 ) 太阳能集热器和生物质能炉具的优化匹配：( 7 ) 吸收式制冷机组的优化改 进；( 8 ) 制冷系统的自动控制系统研制：( 9 ) 系统整体制冷系数测试。 ( 二) 技术关键 ( 1 ) 根据太阳能辐射特性和制冷机组的要求，设计并制造出适合吸收式制冷机组稳定运 行的热管式太阳能集热器： 6 河南农业大学硕上学位论文 ( 2 ) 根据生物质燃烧特性，确定生物质能炉具的主要设计参数，进行设计及热力计算， 研制山适合吸收式制冷机组稳定运行的生物质成型燃料炉具； ( 3 ) 研究太刚能生物质能联合吸收式制冷系统的自动控制系统，力争达到全自动化运 行： ( 4 ) 对热管式太刚能集热器、生物质能炉具以及制冷机纽进行优化匹配； 1 3 3 课题研究的意义 进行太阿i 能生物质能联合吸收式制冷系统研究，有以下几方面的意义：( 1 ) 减少对传 统能源( 主要是电力) 供应的依赖性，实现利用开再生能源制冷的目的。( 2 ) 太p t 能生物 质能制冷系统如果能够推行，将改变太阻j 能生物质能利用率不高的问题。( 3 ) 能够：锚约大 量屯耗，带来巨大的经济效益和社会效益，为国家的j 岿能降耗做出贡献。( 4 ) 由于使刚可再 生能源制冷，减少了对传统能源的依赖，同时也减少了污染物的排放，对改善环境能起到积 极的作用。 1 4 课题的创新点 ( 1 ) 利用可再生能源达到制冷的目的，减少对传统能源的依赖，首次提出太隧l 能生物 质能联合吸收式制冷方案，将为生物质能和太刚能的利开辟一条新途径，不仅可以带来巨 大的经济效益和社会效益，而且还将对节能降耗和环境保护起到积极作用。 ( 2 ) 将太刚能集热器、生物质能炉具和制冷机组优化组合，并自主开发臼动控制系统， 确保制冷机组能够全天候不间断运行，克服了太刚能制冷不能连续的缺点。 1 5 本章小结 随着能源危机的加剧、环境问题的恶化以及国家对节能降耗的要求，摆脱或者减少电 力能源的依赖，研究利用可再生能源达剑制冷的目的这一课题已成为追在眉睫的问题，一旦 项目能够成功实施，不仅可以减轻能源危机的压力、减少对环境的危害，如在农村人面积推 广使用，将改善人们的生活水平，为节能降耗和社会主义新农村建设做出贡献。 7 f m 班n 人学蛳i 岸吐论空 2 氪一水吸收式制冷系统研制 2 t 吸收式制冷的原理和特点 2t2 吸收式制冷的原理 吸收式制抟是利l 液态制冷荆在低温低压f 汽化达到制冷目的的，和蒸汽压缩式制抟一 样，它是液体汽化制砖的一种。和燕汽压缩式制冷不同的是- 吸l | 5 【式制冷是靠消耗热能来完 成热埘从低温物体向高温物体转移的过群而蒸汽乐缩式制冷煺枯消耗机械能或者也能米完 成这一过牲。简单说米就是只要向吸收式制冷帆组( 姨苴) 提供台适的热能就能使装黄运 行从而选剑制坪的目的因此这种制拎技术受剑众多科技l 作者的青晾。 吸收式制冷机主要由吸收器a ( a b s o r b e r ) ，抟凝器c ( c o m l e n s e