低品位热源溴化锂制冷室内调温.docx

低品位热源溴化锂制冷室内调温目录低品位热源溴化锂制冷室内调温3概要3引言3一、背景资料41)中国能源现状42)中国工业余热状况43)中国夏季空调耗电状况54)溴化锂冷水机发展现状5二、项目说明6三、技术原理：6四、技术可行性分析81）计算模型82)边界条件及计算方法93）计算结果输出104）评价总结12五、经济可行性分析12六、结论说明14七、参考文献15低品位热源溴化锂制冷室内调温顾桢标 余雯 王恒 李伟杰概要：由于能源问题及温室效应越来越严峻，本文提供了夏季调节室温的新方法。文章介绍了利用工业低品位余热并借助溴化锂冷水机和现有的暖气供暖系统降温房间的办法，且证明了方法的可行性，其有效的解决夏季工业供电紧张，余热浪费和暖气片夏季搁置的问题。Abstract: Energy problem and the greenhouse effect is more and more serious all around the world, this article provides a new method for regulating the indoor temperature in summer. The article introduces the approach which use industrial low-grade waste heat with the aid of lithium bromide chiller and the existing heating system to make room cooling .and it proves the feasibility of the method, which effectively solves the problem of industrial waste heat ,power shortage and radiator scheduling problem in summer.引言节能减排的氛围已经充满了社会的每一个角落。在室内空气制冷方面，几乎所有人都将研究重点放在对空调的节能效果中，但是显而易见的对空调的节能效果的改善空间由于技术的不断完善，可以改善的空间不断缩小。本文改变思路，利用现有的冬季暖气供热系统，用于改善夏季室内环境温度，效果十分显著。一、 背景资料1) 中国能源现状在当今的世界能源结构中，人类所利用的能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源。随着经济的发展,预计未来世界能源消费量将以每年3%的速度增长，到2020年世界一次能源消费总量将达到200亿250亿吨标准煤。我国的能源资源储量也是不容乐观的，人均能源探明储量只有135吨标准煤，仅相当于世界人均拥有量264吨标准煤的51%。目前，我国处于经济高速发展时期，面临着能源需求量成倍增长的严重挑战。2) 中国工业余热状况处在工业高速发展中的中国，工业是主要的耗能领域，也是污染物的主要排放源。我国工业领域能源消耗量约占全国能源消耗总量的70，主要工业产品单位能耗平均比国际先进水平高出30左右。除了生产工艺相对落后、产业结构不合理的因素外，工业余热利用率低，能源(能量)没有得到充分综合利用是造成能耗高的重要原因，至少50的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。因此这个角度看，我国工业余热资源丰富，广泛存在于工业各行业生产过程中，余热资源约占其燃料消耗总量的1767，其中可回收率达60，余热利用率提升空间大，节能潜力巨大，工业余热回收利用又被认为是一种“新能源”，近年来成为推进我国节能减排工作的重要内容。3) 中国夏季空调耗电状况随着经济的发展和人们对生活舒适度要求的提高，家用空调变的越来越普及，同时用电负荷也猛增，进一步加大了峰谷负荷的差距，很多原本电力供应充足的地区不得不进行拉闸限电，一般用电高峰和最大峰谷差是出现在夏季高温时段，其中，空调占全国耗电量的20%左右。空调的过度使用对工业用电造成了很大的压力，为满足用电的需要，势必要投巨资兴建调峰电厂。众所周知，我国长期以来能源消耗以煤为主，以煤为燃料的火力发电会给环境带来极大破坏。煤炭直接燃烧产生严重的空气污染和CO2排放，形成日益明显的温室效应。另外，空调大多用氟利昂作为制冷剂，而氟利昂的排放又会污染环境并对臭氧层造成极大的破坏，危害我们的生存。4) 溴化锂冷水机发展现状在中国，溴化锂吸收式冷水机组的发展极大地依赖于经济发展形势与能源供应状况。特别是在20世纪80年代到90年代中期，由于经济的发展速度远快于电力工业的发展，电力供应成为制约经济发展的主要因素之一，溴化锂吸收制冷技术因此得到了快速的发展与应用。到2005年，溴化锂吸收式冷水机组的产量达到了6917套，创历史高峰。中国大陆已成为溴化锂吸收式冷水机组的主要地区，其比重超过全球产量的50。目前，溴化锂吸收式冷水机组大都是比较大型的设备，多用在具有大量热能或余热资源的地区，或者与热电厂联合，组成热、电、冷三联供系统应用，生产工业用冷源水或者供大型中央空调使用。二、 项目说明在中国以及在全世界范围内，特别是化工、钢铁炼制工业和热力发电中存在大量的余热浪费现象。项目中的主要目的就是利用这一部分工厂中已经无法利用的余热，在工厂安装基于溴化锂溶液特殊性质而制冷的溴化锂冷水机，并利用现有已经普遍安装的暖气片设施，并进行一定的改造，对夏季室温起到一定的调节作用。项目对现在普遍使用的空调设备起到一定的取代作用，可以在一定程度上缓解由于夏季用于室内温度调节用电而引起的工业用电紧张的问题。鉴于原有空调系统中仍然使用的制冷剂普遍仍为氟利昂，如果大规模使用这种夏季室内调温模式，对环境也有很可观的改善作用。图 1由于仅仅利用暖气片中冷水与室内空气进行热量交换，不能达到理想的室内降温效果，项目中设计了如图1中所示的风扇，其大小规格刚好可以与现有暖气片配套使用。并且其在没有暖气片的房间也可以当做普通的风扇使用，效果比一般的风扇效果更好。本文中利用solidworks 建立3d模型用于建立计算模型，再使用CFD软件建立模型边界条件和计算方法。该项目内容具体在技术可行性中阐述。三、 技术原理：溴化锂制冷在各个地方的应用略有不同，但是原理基本一致。溴化锂吸收式制冷机以溴化锂和水组成二元溶液作为工质，来完成制冷循环。以热能为动力，利用液体在汽化时要吸收热量的特性来实现制冷。溴化锂制冷原理如图2所示，冷水在蒸发器内被来自冷凝器减压图2节流后的低温冷却水冷却，冷却水自身吸收冷水热量后蒸发，成为冷剂蒸汽，进入吸收器内，被浓溶液吸收，浓溶液变成稀溶液。吸收器里的稀溶液，由溶液泵送往热交换器、热回收器后温度升高，最后进入吸收器，滴淋在冷却水管上，吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，成为稀溶液。另一方面，在发生器内，外部高温水加热溴化锂溶液后产生的水蒸汽，进入冷凝器被冷却，经减压节流，变成低温冷却水，进入蒸发器，滴淋在冷水管上，冷却进入蒸发器的冷水。该系统由两组发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、热交换器、溶液泵及热回收器组成，并且依靠热源水、冷水的串联将这两组系统有机地结合在一起，通过对高温侧、低温侧溶液循环量和制冷量的最佳分配，实现温度、压力、浓度等参数在两个循环之间的优化配置，并且最大限度地利用热源水的热量，使热水温度可降到66。以上循环如此反复进行，最终达到制取低温冷水的目的。溴化锂制冷机最终可已得到冷水温度最低可以达到0。 图 3对于房间内部的温度调节，利用现有的暖气片，管道的配套设施，在原有的暖气片中流动空间中充入冷水，同时增加原有暖气片附近的空气的湍流程度，从而提高低温暖气片与高温空气的传热系数，并利用空气的自然对流效果，最终达到调节室温的效果。风扇效果图3所示。四、 技术可行性分析对于冷水进入暖气片后对房间的冷却效果，通过运用Solidworks建立房间简化模型和使用ansys workbench中CFD的流体和热量对流进行模型分析，验证技术可行性分析。模型选取郑州大学的柳园的学生宿舍为例。郑州大学每一个学生宿舍都配备了一个暖气片，并由四个人居住，这里为了适应社会中的房间要求，且将模型中房间的居住人数减少为二人。1）计算模型房间模型如图4所示，室内气体从暖气片入口经过风扇的加速作用进入暖气片降温，由暖气片中的其他面作为气体的压力出口。图4为了简化问题，进行以下假设：1、室内的空气为不可压缩的理想气体。2、房间为一个密闭空间，没有其他气流进出房间。3、暖气片为一规则六面体。模型参数物体参数长(mm)宽(mm)高(mm)房间500040003000暖气片1200120800房间物体200060016002) 边界条件及计算方法对房间建立如下边界条件:进风口速度为3m/s,水力半径 模型中考虑空气由于温度引起的气体密度变化导致的自然对流，取重力加速度 9.8m/。 将环境温度设置为35，忽略学生的自身产热，一个进风口如图1所示，其余五面为压力出口。假设为同等条件下，房间外壁面温度为35恒温，其余五面设置为34恒温，对于室内物体表面温度采用30的恒温，墙壁的壁厚都取0.2米。模拟计算中采取能量输送方程：其中E为单位质量的能量：其表达式为 表示房间内各个部分的温差包括气体之间的温度差。模型考虑由于风扇输送气体引起的气体发生的湍流，采用湍流标准k-方程：其中3）计算结果输出：图51、如图5所示，图中显示的为由风扇的气体输入端为始段，暖气片的其他面为末端的流线图。由图中流线气体在进入物体的阻隔后速度变小，表明在现实状况下虽然气体的输入速度较大，但是在房间内大部分区域都不会有由于风速过大而引起的人体不适应效应。风速已经能够使室内的气体发生较好的对流，从而能进行较好的热量的交换，使室内的温度趋于平衡和稳定。图62、对房间的室内温度分布图进行横向的分割出三个面，每一个面的温度如图6所示分布。在这三个面中分别在离地面高度为1500mm位置提取三条线，对温度用图表进行定量分析，如图7所示，横向温度线分布位置上的温度平均25左右。图7图83.如横向切面相同对室内温度进行纵线切面，温度分布如图8所示，并在此三个面上距离地面1500mm位置提取三条等高线，利用图表9分析，在这三条线上的温度分布，平均值在25左右。图表 94） 评价总结模型模拟计算结果中我们可以看出整个房间内气体流动效果比较完全，并且室内温度可以有效的保持在25左右的适宜条件下。此外，由于暖气片使用的是暖气片内冷水与室内气体温度热交换的模式，不会像空调会将室内空气中水汽带到室外，使人体感到不适，所以会有较好的舒适度。五、 经济可行性分析为验证溴化锂冷水机用于调节室内温度的节能效果，选取了溴化锂制冷机SXZ6-349DHM2及外加的风扇与现有的格力空调KFRD-35GW/0KLF1S对相同房间数量制冷的境况下进行对比。溴化锂制冷机SXZ6-349DHM2 制冷量 3490kw冷水量 600m3/h耗电 9.5kw冷水塔 31.7kw输送泵 219.4kw风扇 20x1.208=24.16kw海尔空调KFRD-35GW/0KLF1S循环风量 420m/h使用房间 12-22m制冷量 3.5kw制冷功率 997w能效比 3.4功率 1.5匹为了计算简便，在计算中做了以下假设：1.对于普通房间在夏季的冷负荷在 115-145w/m,在计算中取其平均值为130w/m 。2.冷水输送过程中管道的耗散率取冬季热水在输送过程中的耗散率10%。3.对于制冷房间，面积取20m。由数据可以知道一台该型号的溴化锂冷水机的制冷量为3490kw，则其实际有效制冷量为实际有效制冷量=制冷总量x(1-耗散率)=349090%=3141kw根据有效的制冷量与一个房间冷负荷的比计算可制冷的有效面积：制冷面积s=m 空调台数n=假设夏季中三个月时间使用降温设备，冷水机运行时间为1620小时，空调运行时间为1080个小时，在此前提下进行以下运算：制冷耗电量=空调耗电=耗电量差值=节省电费= 元费用对比项目 溴化锂冷水机1280台空调机器成本480万345.6万安装成本40万25.6万夏季耗电量461149.2kw.h1300726.08kw.h夏季节约电量839577.08kw.h季度节约资金71.36万收回成本时间两年表格中对冷水机和空调的节能效果进行了一个横向的对比，可以看出虽然在溴化锂冷水机系统的初始费用比