风冷太阳能双级氨喷射制冷系统冷藏工况性能分析

　　风冷太阳能双级氨喷射制冷系统冷藏工况性能分析陈洪杰1卢苇1覃文奇2郑立星1聂涛1（1广西大学化学化工学院南宁530004；2广西大学机械工程学院南宁530004）该系统的制冷量随冷藏温度升高而增大，随环境温度升高而减小，随太阳辐照度增强而增大；COP的变化规律与制冷量类似，其差别是随太阳辐照度增强先迅速增大，但当太阳辐照度增大到一定程度后，COP的变化趋于平缓。在正常使用条件下（冷藏温度不低于4°C，环境温度不高于38°C，太阳辐照度不低于500W/m2），系统的制冷量为6.326kW，COP为0.042~0.087.该系统能较好地与亚热带典型城市南宁的果蔬盛产季节气候条件相匹配。
　　由于冷链能力不足，世界果蔬平均产后损失率达30%，我国也因冷链发展滞后使得果蔬产后损失率达20%以上。加快冷链建设对促进农业的健康可持续发展具有重要意义。然而，当今主流的蒸气压缩式制冷设备能耗巨大，其耗电量占全世界发电量的15%左右，在中国则占全社会电力总负荷的20%以上。压缩式制冷设备大量使用的HCFCs和HFCs类制冷剂是强温室气体，且HCFCs是消耗臭氧层物质，国际公约蒙特利尔议定书和京都议定书已明确规定了这两类物质的淘汰进程。要解决使用制冷设备引起的能源与环境问题，最佳的方案无疑是应用可再生能源驱动的自然工质（水、氨、CO2等）制冷系统。在众多可再生能源中，太阳能潜力最大。以太阳能热驱动的制冷技术主要有吸附式、吸收式和喷射式；与前两种已商业化的技术相比，喷射式除能效较低外，在制冷系统结构、维护及适用性等方面均更具优势。故这里结合亚热带典型城市南宁的气候特点，对冷藏库用风冷太阳能双级氨喷射制冷系统进行性能分析。
　　1以氨为工质的风冷太阳能双级喷射制冷系统根据广西南宁地区的气候特点及空冷化的需要（节约水资源及简化系统），设定发生温度T；为90C、冷凝温度7；为45C、蒸发温度7；为-2C、太阳平均辐照度/0为650W/m2，设计了一套作为100m3风冷太阳能双级氨喷射制冷系统冷藏工况性能分析表2蒸发器、冷凝器、发生器和集热器的结构参数名称型式总换换热管铝翅片热面积/m2材料管排数管径及壁厚/mm厚度/mm节距/mm蒸发器平套翅片管式65.5无缝钢器波纹翅片管式973.1无缝钢器满液式4.35钢管025 x2.5集热器300真空玻璃管047小型冷藏库冷源的风冷太阳能氨喷射制冷系统，其额定制冷量为9.4kW.该系统的流程如所示，主要部件的结构及参数见及表1、表2.在蒸发温度较低且冷凝温度较高时压缩比较大，故将系统设计为两级增压形式。引射器I和引射器之间的压力分配采用最大制冷系数原则，分配度定为系统的工作原理为：太阳能集热器中产生的热水加热发生器中的氨，产生的氨蒸气（状态1）分两路作为工作蒸气分别进入引射器I和引射器。
　　氨蒸气流经引射器中的缩放喷嘴时，压力降低，流速增加，在混合段中产生携带作用，进而抽吸引射蒸气。引射器I抽吸蒸发器中的氨蒸气（状态2），维持蒸发器的压力和温度。引射器I出来的蒸气（状态5）被引射器抽吸，与工作蒸气充分混合后（状态6），在引射器的扩压段中提高压力并进入冷凝器中冷凝为液态氨（状态7）。流出冷凝器的液氨分为两路，一路经过膨胀阀回流到蒸发器蒸发制冷，另一路经由循环泵送回发生器，被重新加热成工作蒸气。
　　太阳能喷射制冷循环系统喷嘴吸入室a扩压器表i引射器的结构参数参数/mm引射器i引射器2系统性能分析2.1系统数学模型在建立系统数学模型时作如下假设：忽略集热器、蒸发器、冷凝器及管路内的阻力损失；工作蒸气及引射器I中的引射蒸气处于过热状态，引射器中的引射蒸气则处于饱和状态，冷凝器出来的冷凝液为过冷液体；引射器内流体流动为一维稳态流动，工作蒸气的膨胀过程和混合蒸气的压缩过程均为绝热过程；引射器内混合段混合过程为定压过程，且遵守质量守恒、能量守恒和动量守恒定律。
　　动力循环子系统全玻璃真空管太阳能集热器效率为：77cd-0.56-1.7其中，ta为环境温度，ti为水进入集热时的温度，4为太阳辐照度。
　　太阳能集热器提供的有效热量为：其中，I为管路及部件贮热热损失率，/为太阳能保证率，A为集热器面积。
　　发生器输送给制冷循环子系统的热量为：其中，撕1为引射器I中工作蒸气流量，rng，u为引射器中工作蒸气流量，为氨出发生器时焓值，为氨入发生器时焓值。
　　其中，」为引射器I中引射蒸气流量；为氨出蒸发器时焓值，为氨入蒸发器时焓值，为蒸发器的传热系数，Ae为蒸发器总换热面积，Atm，e为蒸发器的对数平均温差，6为蒸发器的送风量，为空气的定压比热，te，a，为空气入蒸发器时的温度，。为空气出蒸发器时的温度。
　　其中，为蒸气入冷凝器时焓值，为氨出冷凝器时焓值，为冷凝器的传热系数，Ac为冷凝器总面积，Atm，c为冷凝器的对数平均温差，Gc，a为冷凝器的冷却风量，tc，a，。为空气出冷凝器时的温度，tc，a，i为空气入冷凝器时的温度。
　　定义引射器I和的喷射系数分别为凡和All，有：其中，Me，为引射器U中引射蒸气流量，且TOe，=TOe，I+TOg，I，5为一级引射器出口蒸气焓值。
　　则喷射制冷子系统的效率为：整个太阳能喷射制冷系统的性能系数为：COP=QeAI，+We~（9）其中，为系统所需风机和水泵的总功率，一般情况下可忽略。
　　满足太阳能喷射制冷系统运行的需要。太阳辐照度强弱变化的时间也与冷藏负荷的变化相匹配。综上所述，在南宁使用该系统，对保鲜冷藏领域的节能环保具有积极意义。
　　3结论引射器和太阳能集热器是影响太阳能喷射制冷系统性能的关键部件，直接决定着整个系统的制冷量和能效比。系统的制冷量随冷藏温度升高而增大，随环境温度升高而减小，随太阳辐照度增强而增大。系统的COP随着冷藏温度升高而增大，随环境温度升高而减小，随太阳辐照度增强而增大，但太阳辐照度增加到一定程度后，COP趋于稳定。
　　在正常使用条件下（冷藏温度不低于4°C，环境温度不高于38°C，太阳辐照度不低于500W/m2），系统的制冷量为6.326kW，COP为0.0420.087，具有较强的变工况能力。就南宁地区的气候条件而言，系统基本可在当地果蔬盛产季节长期正常运行，是实现当地保鲜冷藏领域节能减排的有效技术方案之但也需注意，以氨为工质的风冷太阳能喷射制冷系统，因使用冷却效率相对较低的风冷系统，导致冷凝器的体积较为庞大；同时，系统能效比较低也使得集热面积较大，占地较多且初期投资较大。这是今后进一步优化所要解决的问题。
　　本文受广西自然科学基金（桂科青0991007）和广西研究生教育创新计划（105931003021）项目资助。（The