低品位热源溴化锂制冷室内调温

低品位热源溟化锂

制冷室内调温

书目

低品位热源淡化锂制冷室内调温...........................3

概要...............................................3

引言...............................................3

一、背景资料.......................................4

1)中国能源现状..................................4

2)中国工业余热状况..............................4

3)中国夏季空调耗电状况..........................5

4)澳化锂冷水机发呈现状..........................5

二、项目说明.......................................6

三、技术原理：.....................................6

四、技术可行性分析.................................8

1)计算模型........................................8

2)边界条件及计算方法............................9

3)计算结果输出...................................10

4)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

低品位热源漠化锂制冷室内调温

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，木文供应了夏季调整

室温的新方法。文章介绍了利用工业低品位余热并借助澳化锂冷水机

和现有的暖气供暖系统降温房间的方法，且证明白方法的可行性，其

有效的解决夏季工业供电惊慌，余热奢侈和暖气片夏季搁置的问题。

Abstract:Energyproblemandthegreenhouseeffectismore

andmoreseriousallaroundtheworld,thisarticleprovidesanew

methodforregulatingtheindoortemperatureinsummer.The

articleintroducestheapproachwhichuseindustriallow-grade

wasteheatwiththeaidoflithiumbromidechillerandtheexisting

heatingsystemtomakeroomcooling.anditprovesthefeasibility

ofthemethod,whicheffectivelysolvestheproblemofindustrial

wasteheat,powershortageandradiatorschedulingproblemin

summer.

引言

节能减排的氛围己经充溢了社会的每一个角落。在室内空气制冷

方面，几乎全部人都将探讨重点放在对空调的节能效果中，但是自不

待言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。本文变更思路，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，效果非常显著。

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、自然

气和煤炭等化石能源。随着经济的发展,预料将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

倍增长的严峻挑战。

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缘由，至

少50%的工业耗能以各种形式的余热被干脆废弃。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17%〜67%,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”，近年来成为推动我国节能减排工作的重耍内容。

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，

许多原本电力供应足够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。空调的过度运用对工业用电造成了很大的压力，为满意用甩的

须要，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。煤炭干

脆燃烧产生严峻的空气污染和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)溟化锂冷水机发呈现状

在中国，浪化锂汲取式冷水机组的发展极大地依靠于经济发展形

势与能源供应状况。特殊是在20世纪80年头到90年头中期，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，溟化锂汲取制冷技术因此得到了快速的发展与应用。

到2005年，滨化锂汲取式冷水机组的产量达到了6917套，创历史高

峰。中国大陆已成为澳化锂汲取式冷水机组的主要地区，其比重超过

全球产量的50%o目前，溟化锂汲取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心

空调运用。

二、项目说明

在中国以及在全世界范围内，特殊是化工、钢铁炼制工业和热力

发电中存在大量的余热奢侈现象。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，在工厂安装基于漠化锂溶液特殊性质

而制冷的澳化锂冷水机，并利用现有己经普遍安装的暖气片设施，并

进行肯定的改造，对夏季室温起到肯定的调整作用。

项目对现在普遍运用的空调设备起到肯定的取代作用，可以在肯

定程度上缓解由于夏季用于室内温度调整用电

而引起的工业用电惊慌的问题。鉴于原有空调

系统中仍旧运用的制冷剂普遍仍为氟利昂，假

如大规模运用这种夏季室内调温模式，对环境

也有很可观的改善作用。

由于仅仅利用暖气片中冷水与室内空气进

行热量交换，不能达到志向的室内降温效果，

项目中设计了如图/中所示的风扇，其大小规

格刚好可以与现有暖气片配套运用。并且其在

没有暖气片的房间也可以当做一般的风扇运用,

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，再运用CFD软件建立模型边界条件和计算方法。该项

目内容详细在技术可行性中阐述。

三、技术原理：

漠化锂制冷在各个地方的应用略有不同，但是原理基本一样。浪

化锂汲取式制冷机以澳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汲

取热量的特性来实现制

冷。浪化锂制冷原理如

图2所示，冷水在蒸发

器内被来自冷凝器减压

节流后的低温冷却水冷

却，冷却水自身汲取冷

水热量后蒸发，成为冷剂蒸汽，进入汲取器内，被浓溶液汲取，浓溶

液变成稀溶液。汲取器里的稀溶液，由溶液泵送往热交换器、热回收

器后温度上升，最终进入汲取器，滴淋在冷却水管上，汲取来自蒸发

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

热溟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、汲取器、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

安排，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℃o以上循

环如此反复进行，最终达到制取低温冷

水的目的。漠化锂制冷机最终可已得到

冷水温度最低可以达到

对于房间内部的温度调整，利用现

图3

有的暖气片，管道的配套设施，在原有的暖气片中流淌空间中充入冷

水，同时增加原有暖气片旁边的空气的湍流程度，从而提凹凸暖和气

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

整室温的效果。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运用ansysworkbench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。

模型选取郑州高校的柳园的学生宿舍为例。郑州高校每一个学生

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削减为二人。

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o

为了简化问题，

进行以下假设：1、

室内的空气为不行

压缩的志向气体。2、

房间为一个密闭空

Z

间，没有其他气流

进出房间。3、暖气

图4

片为一规则六面体。

模型参数

长(mm)宽(mm)高(mm)

房间500040003000

暖气片1200120800

房间物体20006001600

2)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

r=_过_气__断__面__面_积_—____a_x_b__=___0__.1_2_x_0_._8__=u024

过气周长"(a+b)x2-(0.84-0.12)x2-'

模型中考虑空气由于温度引起的气体密度变更导致的自然对流,

取重力加速度9.8m/s，将环境温度设置为35℃,忽视学生的自身

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纳30℃的恒温，墙壁的壁厚都取0.2米。

模拟计算中实行能量输送方程：

其中E为单位质量的能量：

其表达式为E“外士

P2

▽T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，采纳湍流标

准k-E方程：

等+孚=口(〃+%/

otdXjdXjaj:ox-kk

其中M=pCflL,yfk=pCfl;

3）计算结果输出：

1、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，表图5

明在现实状况下虽然R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。

2、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。

Chart1

图7

3.如横向切面相同对W

■r3.491x001

室内温度进行纵线切面，27=8,

温度分布如图8所示，并2矢的

在此三个面上距离地面12'

・40675000

1500mm位置提取三条等网

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B

zorKjxianqfenqbu

纵向线温度分布

4)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淌效果比

较完全，并且室内温度可以有效的保持在25℃左右的相宜条件下。

此外，由于暖气片运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

为验证溟化锂冷水机用于调整室内温度的节能效果，选取了澳化

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。

溟化锂制冷机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420m2/h运用房间12-220?

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.对于一般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%O

3.对于制冷房间，面积取20m2。

由数据可以知道一台该型号的滨化锂冷水机的制冷量为3490kw,

则其实际有效制冷量为

实际有效制冷量二制冷总量x（l-耗散率）二3490x90%=3141kw

依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:

有效制冷量^3141xlO3

制冷面积s==24161m2

20m?需要冷负荷130

=有效制冷面积24162

台

空调台数n-单位房间面积=20=1208

假设夏季中三个月时间运用降温设备，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;制冷总时间X(冷水机配套设施耗电员+风扇耗电量)

=1620x(251+9.5+0.02x1208)=461149.2A廿h

空调耗电=空调数量x空调单