太陽能畢業(yè)設計--太陽能吸收式空調及供熱綜合系統(tǒng)的初步研究

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文) </p><p>　　題目：太陽能吸收式空調及供熱綜合系統(tǒng)的初步研究</p><p>　　院 （系）： 機電工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 </p><p&

2、gt;　　2015年6 月15日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　太陽能吸收式空調系統(tǒng)主要由太陽集熱器和吸收式制冷機兩部分構成，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，把熱量集聚起來構建太陽能空調及供熱系統(tǒng)，太陽能空調系統(tǒng)利用太陽能集熱器產生熱水，夏天通過溴化鋰吸收式制冷機制冷，供空調使用，系統(tǒng)可全年提供生活用熱水，

3、冬天可用作取暖。太陽能空調系統(tǒng)適用于集中供熱和中央空調.溴化鋰空調以熱能為動力，電能耗用較少，且對能源要求不高。能利用各種低勢熱能和廢氣、廢熱以及地熱、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，經濟性好。</p><p>　　本設計采用溴化鋰吸收式制冷機和熱管式真空集熱器，吸收式制冷機所采用的二元溶液為溴化鋰和水，當太陽能不足時，采用燃氣爐和太陽能聯(lián)合取暖。太陽能吸收式空調系統(tǒng)可以實現(xiàn)夏季制冷、冬

4、季取暖、全天提供生活熱水等功能。</p><p>　　關鍵詞: 太陽能 空調 溴化鋰 集熱器 制冷機 供熱系統(tǒng)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Solar collectors and absorption chiller is composed of two parts

5、of solar absorption air-conditioning systems, solar absorption refrigeration, the roof of the building to create a large number of solar heat collection device, the heat accum

6、ulated construction of solar air conditioning and heating system, solar air conditioning system using solar collector to produce hot water, summer by the lithium bromide

7、absorption refrigeration the use of air conditioning, refrigeration, the system can provid</p><p>　　This design uses a lithium bromide absorption type refrigerating machine 

8、;and vacuum heat pipe type solar collector, absorption refrigeration the two element solution used for lithium bromide and water, when the solar energy is insufficient,&#

9、160;the gas stove and the sun Combined heating. Can not only be used as refrigeration of solar absorption refrigeration system, heating in winter,to provide domestic hot water and other

10、 functions.</p><p>　　Key Words: Solar energy Air Conditioner Lithium bromide Heat collector Refrigerator Heating system</p><p><b>　　主 要 符 號 表</b></p><p>

11、;　　T 溫度</p><p>　　θ 集熱器安裝傾角</p><p>　　Ø 安裝地的緯度</p><p>　　Gc 工質液體的（流量，比熱）值

12、</p><p>　　△ 兩種換熱流體的最大溫差</p><p>　　Q 熱負荷</p><p>　　a 傳熱管的放熱系數(shù)</p><p>　　α 傳熱管壁厚</p><p>

13、　　r 熱阻</p><p>　　λ 熱導率</p><p>　　f 傳熱管表面積</p><p>　　δ 噴淋溶液濃度</p><p>　　L 傳熱管長度&l

14、t;/p><p>　　W 噴淋溶液量</p><p>　　n 傳熱管數(shù)</p><p>　　m 流程數(shù)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</

15、b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　主 要 符 號 表III</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1概述1</b></p><p>　　1.2太陽能吸收式空調及供熱綜合系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

16、1</p><p>　　1.3本論文研究的意義1</p><p>　　1.4本論文的主要內容1</p><p>　　2 太陽能空調及供熱綜合系統(tǒng)的基本原理2</p><p>　　2.1太陽能集熱器工作原理2</p><p>　　2.2太陽能制冷制熱的基本原理2</p><p>　　2.

17、2.1太陽能空調工質的選擇2</p><p>　　2.2.2制熱原理3</p><p>　　2.2.3吸收式制冷機的基本原理3</p><p>　　2.3太陽能空調運用的技術理論4</p><p>　　2.4設計方案分析5</p><p><b>　　2.5系統(tǒng)設計7</b></

18、p><p>　　2.5.1太陽能與建筑物結合7</p><p>　　2.5.3儲熱水箱8</p><p>　　2.5.4儲冷水箱8</p><p>　　2.5.5輔助燃油鍋爐9</p><p>　　2.5.6自動控制系統(tǒng)9</p><p>　　3 太陽能吸收式空調采光面積的計算10&l

19、t;/p><p>　　3.1集熱器安裝條件10</p><p>　　3.2集熱器面積的計算10</p><p>　　4 制冷機組主要部件的結構設計12</p><p>　　4.1吸收器設計12</p><p>　　4.2蒸發(fā)器設計16</p><p>　　4.3發(fā)生器的設計18</

20、p><p>　　4.4冷凝器的設計19</p><p>　　5 結論與展望21</p><p><b>　　參考文獻22</b></p><p><b>　　致謝24</b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明25</p><p>

21、　　畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明26</p><p><b>　　附錄27</b></p><p>　　附錄1 外文翻譯及原文27</p><p>　　附錄2 零件圖27</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1概述&

22、lt;/b></p><p>　　制冷和空調裝置大多采用有溫室效應和破壞臭氧層的人工合成物質作為工質。在當今能源短缺的背景下，高耗能的空調裝置，嚴重制約著它的發(fā)展。因此，制冷和空調中的節(jié)能和環(huán)保問題越來越引起人們的關注。采用太陽能作為驅動能源、溴化鋰溶液作為工質的太陽能制冷與空調技術，完全符合當今節(jié)能和環(huán)保的要求。在太陽輻射較強的夏天，可啟動低溫溴化鋰吸收式制冷機，充分地利用夏天的太陽能資源。</p&

23、gt;<p>　　1.2太陽能吸收式空調及供熱綜合系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　太陽能吸收式制冷技術最早出現(xiàn)在20世紀上半葉，由于成本高而效率低而未受到重視。隨著能源危機的爆發(fā)以及環(huán)境問題的日益嚴峻，太陽能吸收式制冷由于利用可再生能源且不污染環(huán)境，受到更多的關注。</p><p>　　第一臺太陽能吸收式制冷機組是美國佛羅里達大學的Farbe教授于1957年開發(fā)的。該機組

24、使用NH3/H2O吸收式制冷機和聚光集熱器，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的Sheridan等人使用LiBr/H2O吸收式制冷機和平板集熱器開發(fā)了太陽能空調系統(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目主要有：</p><p>　　20世紀70年代中期，科威特科學研究院開發(fā)的兩臺大型太陽能吸收式制冷機組。其中包括1983年完成的科威

25、特國防部辦公樓項目，該系統(tǒng)直到1995年還在使用。與相同冷量的壓縮式機組相比，該系統(tǒng)總耗電量能夠節(jié)省25%~40%，是世界上最早實際應用的太陽能溴化鋰吸收式制冷項目。</p><p>　　墨西哥以及約旦在80年代中期也先后建成了太陽能驅動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能夠達到0.5~0.75。由于約旦和墨西哥處在低緯度地區(qū)，日照強烈，集熱器熱水出口溫度能達到90攝氏度以

26、上。實驗研究表明，即使室外溫度高達42~46攝氏度，也能維持室內溫度26~28攝氏度以及50%左右的相對濕度。</p><p>　　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、實驗階段，歐洲已安裝了大約70臺太陽能吸收式制冷機組，其中大部分位于德國和西班牙。</p><p>　　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。日本早稻學的木村，用拋物柱

27、面型聚光集熱器和LiBr/H2O吸收式制冷機組進行了制冷實驗。</p><p>　　1974年，日本通產省制定了“陽光計劃”，建造完成了矢崎1號太陽房，使用了LiBr/H2O吸收式制冷機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吸收式制冷機實現(xiàn)住宅的冷暖調節(jié)。</p><p>　　我國太陽能制

28、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，以及兩臺日本制造的7KW溴化鋰吸收式制冷機，為大約80m2房間供冷，并為一家酒店提供熱水；我國在九五科技攻關項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目以及乳山市科普公園100KW太陽能供冷、供熱項目，兩個工程使用的均是溴化鋰吸收式制冷機；十五期間，在北京奧

29、運會先導項目的支持下，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目以及2003年北京天普太陽能集團的新能源示范大樓項目。</p><p>　　1.3本論文研究的意義</p><p>　　傳統(tǒng)空調制冷機采用氟利昂制冷劑會催化分解臭氧，削弱臭氧層對紫外線的阻擋，威脅人類健康；傳統(tǒng)空調的大耗電量引起電力緊張，電力的發(fā)展同時帶來CO2廢氣，增加了大氣溫室效應和酸雨等問題

30、。傳統(tǒng)空調顯然有悖于環(huán)保節(jié)能兩大主題的。那么能否有方法既環(huán)保節(jié)能又滿足人們對空調的需求，回答是：在一定技術條件下是可以做到的。</p><p>　　太陽能吸收式空調與常規(guī)空調系統(tǒng)相比，意義重大：</p><p>　　傳統(tǒng)的壓縮式制冷機以氟利昂為介質，它對大氣臭氧層有破壞作用，而吸收式制冷機以無毒、無害的吸收劑（例如溴化鋰）為介質，它對保護環(huán)境十分有利；</p><p&g

31、t;　　同一套太陽能吸收式空調系統(tǒng)可以將夏季制冷、冬季采暖和過渡季節(jié)提供熱水結合起來，顯著地提高了太陽能的利用率和經濟性，明顯之處就是節(jié)省了電能。</p><p>　　太陽能空調的季節(jié)適應性好，太陽輻射和制冷負載具有一致性，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，熱媒水溫度越高，空調制冷性能系數(shù)越高，空調系統(tǒng)的制冷效率也越高。而這正好與夏季人們對空調的迫切需求一致。</p><p&

32、gt;　　太陽能空調建立在太陽能熱水應用的基礎上。增加的投資是制冷機部分（而這部分的投資在常規(guī)空調方面也是需要的），制冷機主要部件在真空狀態(tài)下運行，無高壓爆炸危險，安全可靠，運轉安靜無噪音。</p><p>　　1.4本論文的主要內容</p><p>　?。?）根據(jù)額定功率計算出理論和實際采光面積；（2）廣泛研究目前國內外空調系統(tǒng)并合理選擇其中一種，詳細描繪空調制冷制熱原理圖；（3）對制冷

33、設備的四大部分組成（壓縮機，冷凝器，蒸發(fā)器，節(jié)流裝置）詳細設計其結構。</p><p>　　2 太陽能空調及供熱綜合系統(tǒng)的基本原理</p><p>　　2.1太陽能集熱器工作原理</p><p>　　太陽能集熱器是一種吸收太陽輻射能量并向工質傳遞熱量的裝置，它是一種特殊的熱交換器，集熱器中的工質與遠距離的太陽進行熱交換。太陽能集熱器由帶涂層的吸熱管（吸收太陽輻射熱后

34、溫度升高熱量能很快傳遞給流體通道中的水），透明蓋板（產生溫室效應，使之進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、儲熱保溫水箱及輔助裝置等組成。普通集熱器盛夏時熱水溫度可達68～88℃，使用聚光集熱器可使陽光點狀或線狀聚焦可獲得96℃以上的高溫水。</p><p>　　2.2太陽能制冷制熱的基本原理</p><p>　　2.2.1太陽能空調工質的選擇</

35、p><p>　　在吸收式制冷機系統(tǒng)中完成吸收-解析循環(huán)的工質通常是由兩種沸點不同的物質所組成的二元溶液，其中低沸點的組分作制冷劑（蒸發(fā)劑），高沸點組分作吸收劑，一般又將吸收劑和制冷劑統(tǒng)稱為“工質對”。對工質對的要求應盡量滿足以下要求：</p><p>　?。?）吸收劑應和工質組成非共沸溶液，在相同的壓力下吸收劑的沸點應比工質的高，而且兩者之差越大越好。兩組分沸點相差不大的溶液，在發(fā)生過程中會相

36、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的效率。</p><p>　?。?）工質的臨界溫度高。</p><p>　?。?）吸收能力大，或者說溶質的溶解度大。</p><p>　　（4）不易結晶，適合于吸收劑在高濃度下操作。</p><p>　?。?）工質的氣化潛熱大。在工作溫度范圍內，冷凝器壓力不過高、蒸發(fā)壓力不過低。

37、</p><p>　?。?）在工作溫度范圍內，冷凝壓力不過高、蒸發(fā)壓力不過低。</p><p>　?。?）工質凝固點低、比容小。</p><p>　?。?）化學性能穩(wěn)定：不可燃，無爆炸危險，無腐蝕，無毒，無刺激性，高溫不分解，對生態(tài)環(huán)境沒有破壞作用。</p><p>　?。?）比熱小、導熱系數(shù)高、低粘度。</p><p&g

38、t;　　（10）價格低，易于獲得。</p><p>　?。?1）易于發(fā)現(xiàn)或檢驗泄露。</p><p>　　事實上找到滿足上面所有要求的工質是很困難的，人們只能根據(jù)要求權衡考</p><p>　　慮選擇比較適合的工質對。因為水在很寬的溫度范圍內都有很高的潛能，而且廉價易得、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工質對主要由以氨為工質對的氨

39、-水溶液和以水為工質的溴化鋰-水溶液。</p><p>　　氨-水溶液是最早應用于吸收系統(tǒng)的工質對，其主要優(yōu)點是吸收能力強，適合零度以下的低溫熱源，而且汽化潛熱大，溶液價格低廉，泄漏時易被發(fā)現(xiàn)。但是由于制冷劑與吸收劑沸點相差比較小，需要設置蒸餾裝置，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一般不采用氨-水溶液作為工質對。</p><p>　　溴化鋰-水溶液

40、作為吸收系統(tǒng)最常用的工質對，主要優(yōu)點是：溴化鋰吸水能力強，化學物質穩(wěn)定，毒性較小，而且溴化鋰與水的沸點相差很大，不需要精餾裝置，而且發(fā)生溫度低。其缺點是水沸點高，低溫熱源必須在零度以上，此外，溴化鋰溶液宜結晶，高溫下對金屬的腐蝕性很強，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酸鋰會分解。</p><p>　　因此，對大多數(shù)的吸收式制冷機，多采用溴化鋰-水溶液作為工質對

41、。</p><p>　　供吸收式制冷機應用的溴化鋰，一般以水溶液的形式供應。但應滿足以下要求：</p><p>　　（1）性狀：無色透明液體</p><p>　?。?）濃度：不低于50%</p><p>　　水溶液PH值：8以上</p><p>　　雜質最高含量：硫酸鹽：0.1%；溶液中不應含有二氧化碳、臭氧等不凝性氣

42、體。</p><p><b>　　2.2.2制熱原理</b></p><p>　　冬季需制熱時超導太陽能集熱器吸收太陽輻射能，經超導液傳遞到復合超導能量儲存換器。當儲熱系統(tǒng)溫度達到40℃時，中央控溫系統(tǒng)，自動發(fā)出取暖指令，讓室內冷暖分散系統(tǒng)處于制熱狀態(tài)，經出風口輸出熱風。當房間溫度達到設定溫度值時，停止輸出熱風，房間的溫度低于設定值時，出風口又輸出熱風，如此自動循環(huán)達

43、到取暖的目的（各房間的溫度設定是獨立的，互相不影響）。如遇到連續(xù)的陰天，太陽能不足時，燃氣爐投入使用，以補充太陽能的不足。</p><p>　　2.2.3吸收式制冷機的基本原理</p><p>　　吸收式制冷是利用兩種物質所組成的二元溶液作為工質來進行的。這兩種物質在同一壓強下有不同的沸點，其中高沸點的組成部分稱為吸收劑（例如：溴化鋰，沸點為1265℃，有吸水性），低沸點的組成部分稱為制冷

44、劑（例如：水，沸點為100℃）。</p><p>　　吸收式制冷機主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器四大件構成，另加熱交換器，在制冷機運行過程中，真空泵將機組抽至真空后，當溴化鋰水溶液在發(fā)生器內受到熱媒水（由太陽能集熱器提供）加熱后，低壓水不斷汽化（在一般的高溫下對溴化鋰水溶液加熱時，僅產生冷劑水蒸氣）；冷劑水蒸氣進入冷凝器，被水冷或風冷降溫后凝結；隨著水的不斷汽化，發(fā)生器內的水溶液濃度不斷升高，進入吸收器；當

45、冷凝器內的冷劑水經過節(jié)流閥減壓節(jié)流進入蒸發(fā)器時，急速膨脹而汽化，并在汽化過程中大量吸收蒸發(fā)器內冷媒水的熱量，使冷媒水出口溫度達到6～8℃；在此過程中，低溫水蒸氣進入吸收器，被吸收器內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，完成整個循環(huán)。簡單地說溴化鋰機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，而不需要壓縮機了。在實際研制過程中一般溴化鋰溶液的濃度不

46、宜超過62%，通過對溶液循環(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</p><p>　　制冷機的原理圖如圖2.1：</p><p>　　2.1 吸收式制冷機工作原理示意圖</p><p>　　2.3太陽能空調運用的技術理論</p

47、><p>　　太陽能制冷主要依靠吸收式制冷機和太陽能集熱器兩大部件聯(lián)合運行構成。在夏季，被集熱器加熱的熱水首先進入保溫儲熱水箱，當熱水溫度達到88℃值時，由儲水箱向制冷機提供熱媒水；從制冷機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；制冷機產生的8℃冷媒水通向空調箱，以達到制冷空調的目的。當太陽能不足時由燃氣爐加熱補充熱量以加熱熱媒水至設計值。在冬季，集熱器加熱的熱水溫度達到60攝氏度值時，儲能水箱向空

48、調箱提供熱水，以達到供熱采暖的目的。當太陽能不能夠滿足要求時，也可通過輔助電能補充熱量。非空調采暖季節(jié)，將集熱器的熱水直接通向保溫儲能水箱，就可將冷水加熱以供生活用水了</p><p><b>　　系統(tǒng)運行工況：</b></p><p>　　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，制冷機熱水進水溫度

49、設置為80℃，輔助熱源啟動溫度為79℃，當蓄熱水箱的溫度＜79℃時，啟動電加熱器加熱供水以達到制冷機需要熱水溫度，隨著太陽輻照度的增強，當蓄熱水箱溫度超過80℃，電輔助加熱停止工作。</p><p>　　冬季供熱：對于室內采暖，熱水溫度不適宜高于60℃，設計供水溫度為45℃，供回水溫差為12℃，輔助熱源啟動溫度為44℃，當蓄熱水箱溫度低于45℃，輔助熱源開啟加熱供水至設定溫度，隨著一天太陽輻照的增強，當蓄熱水箱的

50、溫度高于45℃，輔助熱源停止工作。</p><p>　　室內溫度控制：夏季室內制冷工況一般要求室內溫度24℃～28℃，冬季供暖工況一般要求室內溫度維持在16℃～20℃，為了使太陽能制冷與供熱綜合系統(tǒng)節(jié)省費用，當冬夏季室內溫度達到20℃～24℃時，整個系統(tǒng)停止工作，隨著室外環(huán)境溫度變化，當冬夏季室內溫度達到16℃～28℃時，系統(tǒng)重新工作，為了滿足不同用戶對室內溫度的需求，室內環(huán)境溫度可以自由設定。</p>

51、;<p><b>　　2.4設計方案分析</b></p><p>　　太陽能吸收式制冷系統(tǒng)是一個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的一些參數(shù)。</p><p>　　表2.1 4種常見的中低溫太陽能集熱器性能參數(shù)&l

52、t;/p><p>　　表2.2 溴化鋰吸收式制冷機性能參數(shù)[2]</p><p>　　注:＊直燃機以及部分使用高壓蒸氣驅動的機組COP值可以高于1.2。</p><p>　　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，從工作溫度范圍低、高溫段集熱器效果較差；兩級循環(huán)溴化鋰吸收式制冷機 性能系數(shù)低，結構也比較復雜，不適合在此大型中央空調系統(tǒng)中使用。因此

53、，根據(jù)目前市場上提供的產品及其特點，選定太陽能集熱器與吸收式制冷機有如下兩種組合。</p><p>　?。?）熱管式真空管集熱器+單效溴化鋰吸收式制冷機。據(jù)何梓年[3]實測，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選用國內生產的熱水單效型。</p><p>　?。?）拋物面槽型聚光集熱器+雙效溴化鋰吸收式制冷機。拋物面槽型聚光集熱器，目前

54、國內尚沒有成熟的商業(yè)產品，因此參考國外產品，取其平均集熱效率為0.55.吸收式制冷機采用國內生產的蒸汽雙效型。</p><p>　　本設計采用溴化鋰吸收式制冷機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，當太陽能不足時，采用燃氣爐和太陽能聯(lián)合取暖。太陽能吸收式空調系統(tǒng)可以實現(xiàn)夏季制冷，冬季取暖、去年提供生活熱水等功能。 </p><p>　　如下圖所示為太陽能吸收式空調及供

55、熱綜合系統(tǒng)的結構及原理：</p><p>　　1-太陽能集熱器 2-空調熱水柜 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 7-空調用戶 8-冷媒水柜 9-冷卻水塔 10-冷卻塔</p><p>　　圖2太陽能溴化鋰吸收式空調熱水供暖系統(tǒng)工作原理圖</p><p><b>　　2.5系統(tǒng)設計</b><

56、;/p><p>　　2.5.1太陽能與建筑物結合</p><p>　　本太陽能空調系統(tǒng)用于普通居民建筑物，在系統(tǒng)設計中，使太陽能與建筑融為一體，建筑設計不但造型美觀、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構，傾角35°。太陽能空調系統(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。</p><p>　　

57、2.5.2熱管式真空管集熱器</p><p>　　真空管太陽能集熱器是在平板型太陽能集熱器的基礎上發(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，可有效地抑制真空管內空氣的傳導和對流熱損；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

58、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。</p><p>　　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，是太陽能中、高溫利用必不可少的集熱部件，是當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、儲熱式真空管、直通式真空管

59、、內聚光式真空管等。</p><p>　　由我國所研制成功的熱管式真空管集熱器具有熱效率高、耐冰凍、啟動快、保溫好、承壓高、耐熱沖擊、運行可靠、維修方便等諸多優(yōu)點，是組成高性能太陽能空調系統(tǒng)的重要部件。為了使真空管集熱器一天內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。經測試，彎曲吸熱板熱管式真空管集熱器的瞬時效率的方程為</p><p><b>　　（表2.

60、1）</b></p><p>　　式中Tm--集熱器流體進出口平均溫度，℃；</p><p>　　Ta--環(huán)境溫度℃；Gk--太陽輻照度，W/m2；</p><p>　　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</p><p>　　圖3彎曲吸熱板熱管式真空管集熱器結構

61、示意圖</p><p>　　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。</p><p>　　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。為了減少流動阻力，集熱器陣列采取了前4排并聯(lián)

62、，后5排并聯(lián)，然后兩部分再串聯(lián)起來。</p><p><b>　　2.5.3儲熱水箱</b></p><p>　　為了保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，使制冷機的進日熱水溫度不受太陽輻照瞬時變化的直接影響，太陽能集熱器出日的熱水首先進入儲熱水箱，再由儲熱水箱向制冷機供熱。此外，儲熱水箱還可以把太陽輻射能高峰時暫時用不了的能量以熱水的形式儲存起來以備后用。本系統(tǒng)與一般太陽能空調系統(tǒng)

63、的不同之處在于設置了大、小兩個儲熱水箱。大儲熱水箱容積為8m³卞要用來儲存多余的熱能;小儲熱水箱容積為4m³,卞要用來保證系統(tǒng)的快速啟動，使每天早晨經集熱器加熱的熱水溫度，夏季盡快達到制冷機所擊要的運行溫度，冬季盡快達到采暖所需要的工作溫度。</p><p>　　另外，儲熱水箱的內部結構也進行了特殊設計，使其產生明顯的溫度分層，以便最大限度地利用高溫熱水，同時也加快了空調系統(tǒng)的啟動速度。<

64、;/p><p><b>　　2.5.4儲冷水箱</b></p><p>　　儲冷水箱是根據(jù)建筑物用冷的特點而設置的。盡竹儲熱水箱可以儲存能量，但它的能力畢競是有限的。將制冷機產出的低溫冷媒水儲存在容積為6m³的儲冷水箱內，可以更多地儲存能量，而目低溫冷水利用起來也比較方便。設置儲冷水箱還有一個更重要的原因。制冷機的熱媒水進口溫度是88℃左右，冷媒水出口溫度是8℃

65、左右。假設夏天的環(huán)境溫度是30℃，則儲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生冷水儲存在儲冷水箱中，其熱損失要比以熱水形式儲存在儲熱水箱中低得多。</p><p>　　2.5.5輔助燃油鍋爐</p><p>　　太陽能系統(tǒng)的運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、采暖功能，

66、輔助的常規(guī)能源系統(tǒng)是必不可少的。燃油(或燃氣)鍋爐具有啟動快、污染小、便于自動控制等優(yōu)點因而本系統(tǒng)設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，即可通過控制系統(tǒng)自動啟動燃油鍋爐，以確保系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定地運行。</p><p>　　2.5.6自動控制系統(tǒng)</p><p>　　本系統(tǒng)的特點就是用太陽能部分地替代常規(guī)能源以達到空調、采暖及提供生活用熱水的日的，因此太陽能

67、系統(tǒng)的啟動、富余太陽能的儲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、功能齊全的自動控制系統(tǒng)來完成。另外，自動控制系統(tǒng)還解決了太陽能系統(tǒng)的防過熱和防凍結問題。夏季，當儲熱水箱內的水溫達到94℃且儲冷水箱內的水溫也達到7℃時，控制系統(tǒng)就會自動切換相應的閥門，讓熱水流經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，當太陽能系統(tǒng)回路最低溫度處的溫度達到4℃時，控制系統(tǒng)就會自動開啟循環(huán)水泵一小段時間，

68、使儲熱水箱中的熱水流入管路，從而避免回路凍結。為本系統(tǒng)專門設計的自動控制系統(tǒng)由傳感器、電動閥、網絡控制模塊和操作工作臺等幾部分組成。</p><p>　　3 太陽能吸收式空調采光面積的計算</p><p>　　3.1集熱器安裝條件</p><p>　　根據(jù)我國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。</p&

69、gt;<p>　　民用建筑主要基本情況調查：</p><p>　　周圍環(huán)境：建筑所處地點緯度、年日照時間、年太陽輻射強度、年環(huán)境溫度等；</p><p>　　建筑功能：最高日熱水量、供水方式、用水溫度、用水點位置等；</p><p>　　安裝條件：場地面積、形狀、建筑結構承載力、遮擋情況等；</p><p>　　輔助熱源情況：電

70、價、煤氣價。</p><p>　　設計人員應根據(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，應與建筑物整體及周圍環(huán)境相協(xié)調。</p><p>　　真空管集熱器具有保溫性能好，低溫熱效率高，其吸收系數(shù)可達到94～96%，輻射系數(shù)小于6%，適合在北方地區(qū)使用</p><p>　　太陽能集熱器的安裝方位和傾角：

71、</p><p>　　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。</p><p>　　2、集熱器的安裝傾角可按下式確定：</p><p>　　使集熱器全年得熱量最大時，θ＝Φ</p><p>　　式中：θ：集熱安裝傾角</p>

72、<p><b>　　Φ：安裝地的緯度</b></p><p>　　當使集熱器的集熱效率在夏季最高，安裝傾角可由當?shù)鼐暥葴p10°來確定。即θ=Φ-10°去確定集熱器安裝傾角。</p><p>　　當使集熱器的集熱效率在冬季最高，安裝傾角可由當?shù)鼐暥燃?0°來確定。即θ=Φ+10°去確定集熱器安裝傾角。</p>

73、<p>　　西安的集熱器安裝傾角：</p><p>　　θ＝Φ＋10＝34.15+10＝44.15，設計可按45°取值。</p><p>　　3.2集熱器面積的計算</p><p>　　空調額定總熱功率為18KW，生活用熱水量每人每天用150L65℃熱水，按5人計算，熱水量750L/日。蒸發(fā)器冷水出口溫度：8℃；進水溫度：12℃；發(fā)生器熱源進

74、水溫度：88℃；出口溫度：12℃；冷卻水進水溫度：32℃（吸收器和冷凝器冷卻水并聯(lián)）。</p><p>　　采用熱管式真空管集熱器，按全年負荷最大的夏季空調及熱水供應負荷配置。假設：別墅夏季17:00-次日8:00之間15小時內空調由集熱器集熱驅動吸收式制冷機制冷并通過蓄冷后在晚間放冷；集熱器日平均效率η=0.4。</p><p><b>　　空調用面積</b><

75、;/p><p>　　計算日晚間空調用制冷量:</p><p>　　Qw=tDsλ=18×15×3600×0.65=631800KJ/d</p><p>　　計算日制冷機組發(fā)生器理論熱負荷：</p><p>　　Ql=Qw/ω=631800/0.689=916981KJ/d</p><p>　　

76、計算日集熱器太陽能輻射量：</p><p>　　Qj=Ql/η=916981/0.4=2292453KJ/d</p><p>　　計算日每平方米集熱器太陽能輻射量Qp=Qj/s=19MJ/d</p><p>　　集熱器計算采光面積：</p><p>　　Sj=Qj/(Qp×1000)=2292453/(19×1000)=1

77、20.7m2</p><p>　　生活熱水供應用面積：</p><p>　　熱水量750L/d,熱水供應負荷：</p><p>　　Qf=L(D-T)δ=750×（65-10）×4.1868=17.27×104KJ/d</p><p><b>　　需采光面積：</b></p>

78、<p>　　Sr=Qf/(ηQp)=17.27×104/0.4/19MJ=22.72m2</p><p><b>　　集熱器的安裝面積：</b></p><p>　　S=(Sj+Sr)λ=（120.7+22.72）×1.3=186.4m2</p><p><b>　　集熱器布置：</b><

79、;/p><p>　　按45°傾斜角安裝在別墅屋頂，設屋頂面積為200m2，集熱器可安裝面積為200/cos45°=142m2</p><p>　　4 制冷機組主要部件的結構設計</p><p><b>　　4.1吸收器設計</b></p><p>　　吸收器位于機組的低壓腔，其功能是利用發(fā)生器濃縮后的濃溶

80、液，吸收蒸發(fā)器產生的冷劑蒸汽，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。</p><p>　　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、傳質效果，必須將溴化鋰溶液均勻分布在傳熱管的外側。噴淋系統(tǒng)有噴嘴式和淋激式兩種，本設計的溴化鋰機組吸收式采用管殼式結構

81、的噴淋式熱交換器。</p><p>　　吸收器的設計主要是其中換熱設備的熱負荷計算和內部傳熱結構設計。換熱設備由于換熱介質物理性質、傳熱管材質與表面結構、介質的流速、流動方式、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同時進行的復雜過程，使得其傳熱系數(shù)的計算更加復雜，在一般的設計計算中，通常先采用經驗選取的傳熱系數(shù)（K）值計算換熱設備傳熱面積以及確定傳熱管內流速，再利用計算出來的

82、這些結構參數(shù)反算K值，驗證其選取是否合理。表3為常見溴化鋰制冷機組的K值選取范圍。</p><p>　　表3 常見溴化鋰制冷機組的K值選取范圍</p><p>　　溴化鋰制冷機組的各設備換熱系數(shù)K值確定之后，可利用索柯夫近似特性方程式計算出換熱設備的傳熱面積，計算公式如式1所示：</p><p><b>　?。?.1）</b></p&

83、gt;<p><b>　　Q=91724KJ</b></p><p>　　其中：（Gc）L為（流量.比熱）值較大的工質液體</p><p>　　（Gc）s為（流量.比熱）值較小的工質液體</p><p>　　△ 為兩種換熱流體的最大溫差，單位為℃</p><p>　　Q為吸收器換熱器的熱負荷</p&g

84、t;<p>　　a,b是與換熱設備中工質流動狀態(tài)相關的常數(shù)。其中逆流時a=0.65；叉流時a=0.45～0.55;b均為0.65。</p><p>　　吸收器的工質流動方式為逆流，可將索柯夫近似特性方程轉換為吸收器傳熱面積計算公式，即式2。</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　Aa

85、=320m2</b></p><p>　　本文的設計采用傳熱性能較好的銅管作為傳熱管，因此根據(jù)表三以及機組設計參數(shù)可以初選K值為1100，綜合機組內部的結構尺寸要求及初步計算，按照經驗選擇使用的傳熱管外徑為12mm，傳熱管壁厚1mm，傳熱管長（有效長度）400mm，傳熱管內冷卻水的流速為1m/s。當換熱器的傳熱管為圓管，且假定內外側都有污垢出現(xiàn)時，傳熱管傳熱系數(shù)Ka的數(shù)值可有經驗公式3計算可得，傳熱系

86、數(shù)的值主要由傳熱管管壁兩側的傳熱系數(shù)決定。</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p><b>　　Ka=4.17</b></p><p>　　其中：a0為傳熱管外的放熱系數(shù)，ai為傳熱管內的放熱系數(shù)，這兩項與傳熱系數(shù)數(shù)值關系最大；r0為傳熱管外表面的污垢熱阻，ri為傳熱管內表面的污垢熱阻，傳熱管外表面

87、為溴化鋰工質溶液，由于溴化鋰溶液添加了多種增強劑以及防腐劑，同時溴化鋰溶液本身也會出現(xiàn)結晶，可能在外表面形成一定的污垢熱阻，根據(jù)經驗可選取為0.000017m2·K/W,而傳熱管內表面主要為凈化后的水，由于本設計的冷卻塔位于機組內部，封閉運行，有加入了凈化設備，可假設傳熱管內表面污垢熱阻為0；f0為傳熱管外表面積，fi為傳熱管內表面積，fm為傳熱管內外表面的平均面積， α為傳熱管壁厚，可由傳熱管結構尺寸計算可得； λ為傳熱管材

88、料的導熱率，傳熱管采用TP2無磷銅作為材料，其導熱率為380W/m·K。</p><p>　　國內外對溴化鋰吸收式制冷機組吸收器的傳熱、傳質過程進行的實驗和理論研究表明，吸收器管外溶液噴淋側放熱系數(shù)a0影響因素較為復雜，理論計算結果與實際數(shù)據(jù)變化很大，因此只能在一定范圍內使用經驗公式來計算。當噴淋溶液濃度為δ=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，可利用

89、經驗公式4計算。</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p><b>　　α0=4.5</b></p><p>　　其中W為第一排管子上噴淋溶液量，L為傳熱管的長度。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，同時吸

90、收泵的負擔也增大。</p><p>　　吸收器管內冷卻水的放熱系數(shù)ai，可由經驗公式5計算得，其中tm為傳熱管內水的平均溫度，w為冷卻水在傳熱管內部的流速，di為傳熱管的內徑，單位為m。</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p><b>　　αi=4.8</b></p><p>

91、;　　利用式1計算完傳熱面積后，利用式5可直接計算出所需的傳熱管根數(shù)，同時為了提高傳熱系數(shù)，可利用增加流程數(shù)的辦法來提高介質在傳熱管的流速。但是隨著流程數(shù)的增加，工質流動阻力的損失也增加，初選流速之后可根據(jù)式3計算。</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p><b>　　n=79.6</b></p><p

92、><b>　?。?.7）</b></p><p><b>　　m=6.5</b></p><p>　　經計算傳熱管數(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。</p><p>　　吸收器的傳熱管采用純銅

93、管，管型為光管或高效傳熱管。由于吸熱器運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)。同時由于吸收器是制冷機組中壓力最低的地方，機組運行產生的不凝性氣體容易在此處積累，因此我們設計的機組在低壓腔上部，設計排布了抽氣管系來排除非凝性氣體。</p><p><b>　　4.2蒸發(fā)器設計</b></p><p&g

94、t;　　蒸發(fā)器與吸收器的壓力相同，都布置在低壓腔內，其作用是利用低壓狀態(tài)下冷劑水蒸發(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。</p><p>　　蒸發(fā)管在運行時，由于蒸發(fā)壓力很低，一般采用管殼式結構的噴淋式換熱器。發(fā)生器中產生的蒸汽，進入冷凝器凝結成水，再進入節(jié)流器降壓之后進入蒸發(fā)器，并集結在蒸發(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

95、入噴嘴霧化后，再噴淋在蒸發(fā)器內部的傳熱管簇上，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。</p><p>　　蒸發(fā)器的熱負荷計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值部分不必計算。</p><p>　　蒸發(fā)器中K值可以使用式3計算，傳熱管內的冷卻水放

96、熱系數(shù)的計算方式與吸收器相同，不同的是傳熱管外冷劑水蒸發(fā)側的放熱系數(shù)計算，其可有經驗公式7計算的。其中C為比例常數(shù)，其取值與蒸發(fā)器的結構形式相關；Pr為普朗特常數(shù)， 為水的熱導率，v為水的運動粘性系數(shù)；W為一排傳熱管上的冷劑噴淋量，L為傳熱管長度， 為液膜厚度，這些都與蒸發(fā)器的結構參數(shù)有關。</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p><b&

97、gt;　　α0=72</b></p><p>　　本文設計的蒸發(fā)器采用與吸收器直徑相同的傳熱管，管徑為12mm,長度為300mm,經計算共需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，在設計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)進入吸收器當中。同時，為了減少低壓腔的壓力、防止蒸氣將液滴帶入吸收器之中，還設置了曲折性擋水板。本文設計的擋水板使用聚

98、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。</p><p>　　由于蒸發(fā)器與吸收器在同一個腔體內，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，其結構簡單易于實現(xiàn)，水蒸氣進入吸收器壓力損失??；左中右布置方式更有利于冷劑蒸氣的吸收，但是其結構復雜，需要設計復雜的擋液裝置，但是其結構不夠緊湊，會導致整個腔體結構變大，不易在本文設計的小型機組上使用。<

99、;/p><p>　　圖4 低壓腔內的蒸發(fā)器與吸收器布置形式</p><p>　　綜合吸收器和蒸發(fā)器的要求，本文設計的低壓腔如圖5所示。冷凝水和稀溶液液位計可安置在箱體側面，圖中只留出了安裝孔，未將其畫出。低壓腔內吸收器和蒸發(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入到吸收器內，擋液裝置為Ｌ型90攝氏

100、度薄膜；腔體內部的接頭采用標準的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觀察窗，便于觀察腔體內部運行情況。</p><p>　　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

101、劑水入口 14-冷劑水出口 15-測溫盲管 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</p><p>　　圖5 機組低壓箱三維結構圖</p><p><b>　　4.3發(fā)生器的設計</b></p><p>　　發(fā)生器的功能是使從低壓腔內輸送的溴化鋰稀溶液受熱濃縮釋放出水蒸氣

102、，發(fā)生器主要由以下幾部分構成：傳熱管、筒體、隔板、擋液裝置、自動溶晶管以及液囊等。發(fā)生器內的換熱設備是其最重要的組件，為實現(xiàn)機組的低溫熱源驅動，本文的設計采用了本課題組開發(fā)的專利技術，即利用超聲波發(fā)生器的超聲空化效果來加強發(fā)生器內的傳熱傳質效果。實驗表明，超聲空化效果在驅動熱源溫度為65～80℃的情況下，能夠提升大于20%的強化傳質效果。而且在一定溫度條件下，當驅動熱源水溫度越低時，這種超聲空化強化效果就越明顯。</p>

103、<p>　　同時為了提升換熱設備的傳熱性能，本文還在換熱設備的核心部件傳熱管上采用具有強化傳熱功能的表面微結構，對提升換熱設備的效率顯得尤為重要。本文設計的發(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，可有效的提升低溫熱源下的傳熱系數(shù)。本文設計的發(fā)生器熱負荷為14.66KW，采用有效長度為300mm、管徑為12mm的銅傳熱管，管內流速為ω=2m/s。傳熱管內側換熱系數(shù)可有經驗公式8得：</p>&l

104、t;p><b>　　（4.9）</b></p><p><b>　　α0=90</b></p><p>　　其中：Pr為普朗特常數(shù)，λ為水的熱導系數(shù)（67.7×10-2W/m·K），v為水的運動粘度（0.346×10-6m2/s）。經計算并取整可得，所需管數(shù)為90，流程數(shù)為5。</p><p

105、>　　在高壓腔內，稀溶液被加熱之后會劇烈沸騰，因此溴化鋰溶液霧化產生的微小液滴有可能會隨冷劑蒸氣進入冷凝器中。一旦溴化鋰進入冷劑中會造成冷劑水的蒸發(fā)溫度升高，引起蒸發(fā)器內冷劑水蒸發(fā)溫度升高，從而導致冷媒水出口溫度升高和制冷效率降低。因此吸收器內也必須設置與蒸發(fā)器類似的擋液裝置。與蒸發(fā)器不同的是，擋液裝置降低冷劑蒸氣流速會有助于冷凝器產生凝結水。</p><p>　　外界熱負荷變化，而驅動熱源未能及時改變，使

106、得高壓腔出口的濃溶液溫度過高；系統(tǒng)出現(xiàn)不凝性氣體，吸收器未能有效工作，使得濃溶液未能及時稀釋；突然停電，發(fā)生器中的濃溶液來不及稀釋；冷卻水溫度過低等因素都會導致溴化鋰結晶。因此我們在設計發(fā)生器的時候，設計了套筒式的自動溶晶管。當發(fā)生器的溴化鋰溶液結晶堵塞溶液熱交換器時，濃溶液不能及時進入吸收器會導致高壓腔內的溴化鋰濃溶液液面上升，當液面上升到自動溶晶管的高度時會直接通過其進入低壓腔內，之后與來自低壓腔內稀溶液混合升溫之后加熱管外結晶的濃

107、溶液，從而稀釋溴化鋰結晶。</p><p>　　發(fā)生器與冷凝器的工作壓力相同，因此布置在同一個筒內。其布置方式如圖6所示，主要有上下布置和左右布置兩種方式。左右布置腔體結構緊湊，換熱面積大，但是需要設置擋液裝置，影響蒸氣的冷凝；上下布置時，冷凝器位于發(fā)生器的上方，集水盤高于整個發(fā)生器，因此不需要設置擋熱裝置，但是不易布置噴淋，一般用于沉浸式發(fā)生器。本文的設計選擇左右布置這種結構。</p><p

108、>　　圖6 高壓腔內發(fā)生器-冷凝器布置結構圖</p><p><b>　　4.4冷凝器的設計</b></p><p>　　冷凝器是用冷凝冷劑蒸氣，保持高壓腔內的冷凝壓力。在本文的設計中，冷凝器我們采用管殼式結構，在傳熱管內通過冷卻塔降溫冷卻水，冷劑蒸氣在傳熱管外降溫、冷凝之后進入集水池，然后經過節(jié)流器降壓之后進入蒸發(fā)器內。冷劑蒸氣在傳熱管外凝結成薄膜式并將傳

109、熱管潤濕，隨著凝結量增加形成珠狀凝結，珠狀凝結比膜狀放熱系數(shù)高，膜狀凝結具有較高的熱阻，其管外放熱系數(shù)可由式8計算</p><p><b>　?。?.10）</b></p><p><b>　　α0=90</b></p><p>　　其中C為常數(shù)，主要與傳熱管的排列形式和冷劑蒸氣內不凝性氣體的數(shù)量相關；冷凝器傳熱管的管內冷

110、卻水放熱系數(shù)可由式4計算。本文設計的冷凝器熱負荷約為10.5KW，選取傳熱管有效長度為300mm，外徑12mm,冷卻水流速為2m/s，利用索柯夫近似特性公式1可計算取整后可得，共需傳熱管90根，流程數(shù)為15。</p><p>　　由于溴化鋰機組高壓腔與低壓腔有一定的壓力差，用于溴化鋰機組冷凝器的節(jié)流器一般有兩種降壓方式，孔板節(jié)流和U型管節(jié)流。U型管節(jié)流器的原理是利用冷劑水液面高度的壓力差。該裝置使用U型管連接冷凝

111、器和蒸發(fā)器，蒸發(fā)器側的液面高度要保證形成液封，以防止在液體的重力負荷下也不會產生竄通現(xiàn)象?？装骞?jié)流器則是利用小孔的局部阻力使得流體壓力降低。其在位于冷凝器和蒸發(fā)器的冷劑水水管上安裝節(jié)流孔板或者開節(jié)流小孔，當冷劑水流經小孔時，由于孔徑突然縮小導致液體流束變細或收縮。冷劑水流束的最小橫斷面出現(xiàn)在實際縮口的下游，此處的流速是最大的，流速的增加使得該斷面處的壓力大大降低。由于較大經過橫斷面的內部紊流和能量消耗，當冷劑水流束進入正常管道時，其速度

112、下降，壓力增加，也不能達到原來的壓力。孔板式便于調節(jié)壓力，易于安裝，因為本文選擇孔板式節(jié)流器為冷劑水降壓。</p><p>　　1-高壓箱腔體 2-冷凝器 3-冷凝水儲水盤 4-冷卻水出口 5-冷卻水入口 6-發(fā)生器溶液噴淋器 7-稀溶液入口 8-KF16卡扣若干 9-KF16卡扣若干 11-觀察窗 12-熱水入口 13-熱水出口 14-發(fā)生器 15-發(fā)生器支