基于自然冷資源利用的降溫加濕系統(tǒng)試驗研究.pdf

1、我國北方冬季漫長寒冷，自然冷資源豐富，夏季短暫炎熱，利用此氣候特點，冬季貯冰至夏季用于生鮮、農(nóng)副產(chǎn)品的貯藏保鮮，可大大節(jié)約能源。目前常規(guī)制冷保鮮庫多采用電能驅(qū)動，使用制冷劑造成環(huán)境污染，同時消耗大量能源。在能源危機和環(huán)境污染日益嚴峻的情況下，利用自然冷資源貯冰蓄冷保鮮蔬菜水果即節(jié)約能源又保護環(huán)境，是一種清潔的綠色能源。合理開發(fā)利用可再生清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)消耗性能源，是解決能源短缺和環(huán)境污染的關(guān)鍵。
　　本文分析國內(nèi)外自然冷能利用的先

2、進技術(shù)，結(jié)合北方地區(qū)氣候特點及試驗條件，設(shè)計了一套引入自然冷能的降溫加濕裝置，冬季貯冰至夏季釋放冷量后得到溫度較低的冷水，代替?zhèn)鹘y(tǒng)制冷劑以間接換熱、內(nèi)循環(huán)制冷方式，預冷時間短，儲冰室與保鮮庫分離，大大提高保鮮庫空氣質(zhì)量。利用LabVIEW軟件平臺開發(fā)了空調(diào)環(huán)境自控系統(tǒng)，實現(xiàn)溫度、濕度自動控制和多點同時降溫。
　　本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)對保鮮庫自動控制系統(tǒng)整體方案進行設(shè)計?；谔摂M儀器技術(shù)為平臺，利用PCI-

3、6225數(shù)據(jù)采集卡、遠端模擬量輸出模塊RM441、溫濕度傳感器、CO2氣體濃度傳感器、漏電保護器與計算機等硬件，搭建空調(diào)測控系統(tǒng)，對環(huán)境參數(shù)進行采集、存儲、顯示、控制等操作?？蓪崿F(xiàn)對保鮮庫內(nèi)溫度、濕度、二氧化碳氣體濃度等各物理參數(shù)的測量與控制。通過LabVIEW與Microsoft Access數(shù)據(jù)庫通訊，利用強大的數(shù)據(jù)庫管理功能對采集的數(shù)據(jù)進行存儲、檢索、查詢、刪除等操作。
　　(2)設(shè)計基于自然冷能貯冰蓄冷的冰水混合間接換熱系

4、統(tǒng)，對其核心設(shè)備翅片管式換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行設(shè)計計算，根據(jù)保鮮庫需冷量計算得出迎風面積0.16 m2、總傳熱面積8.6m2、換熱管總長度25.5m的四管排翅片管式換熱器。采用Design-expert8.0軟件分析冰水流量、迎面風速、換熱管長三個因素對換熱量和壓力降的影響。建立回歸模型，得出換熱量最佳且壓力降最低的尋優(yōu)結(jié)果為:迎面風速2.86m/s、冰水流量0.85m3/h、換熱管長24.36m，可得最優(yōu)換熱量4.92kW、壓力降56.

5、98Pa。
　　(3)利用ANSYS FLUENT軟件，對翅片管式換熱器空氣測的流動與換熱特性進行數(shù)值模擬，并進行試驗驗證，得到溫度場、速度場、壓力場、平均場協(xié)同角的分布規(guī)律。分析不同迎面風速、來流入角、來流溫度等對流動換熱特性的影響。結(jié)果表明:迎面風速對換熱影響顯著，迎面風速分別取1.5～4m/s6個不同值時，換熱系數(shù)和壓力降分別增加了133％、428％;來流入角對翅片側(cè)的氣流分布影響大，過大或過小的來流入角會產(chǎn)生渦流及氣流分布

6、不均勻現(xiàn)象，影響傳熱性能。來流入角30°時比0°時換熱系數(shù)增加了18.7％，即迎面風速方向沿著冰水流動的方向呈逐漸降低的分布方式，對換熱有利;利用場協(xié)同原理分析了平直翅片管式換熱器的換熱特性，迎面風速在1.5～3.5 m/s范圍內(nèi)時，平均場協(xié)同角隨迎面風速增加而增加，平均場協(xié)同角度增加了12％，流場與溫度場的協(xié)同情況變差，對強化換熱不利。當風速達到3.5m/s后，協(xié)同角度幾乎不隨風速變化，最佳迎面風速范圍介于2.5～3m/s之間。

7、>　　(4)在綜合分析傳統(tǒng)濕冷系統(tǒng)基礎(chǔ)上引入自然冷能，設(shè)計了噴霧式冷風機濕冷系統(tǒng)。此系統(tǒng)同樣具備“三循環(huán)”，即噴霧水循環(huán)、冰水循環(huán)、濕空氣循環(huán)。分析和測試了噴淋水量、迎面風速、濕球溫度對濕冷系統(tǒng)制冷性能的影響。試驗結(jié)果表明:迎面風速和噴淋水量是影響濕冷系統(tǒng)運行效果的主要因素,換熱系數(shù)隨著迎面風速和噴淋水量的增加而增加，達到最佳值后增加趨勢平緩。當噴淋水量從0.08m3/h增至0.2m3/h，制冷量平均變化率增加了60.7％，確定最小噴淋

8、水量為0.14 m3/h;迎面風速取1.5～4m/s范圍，總換熱系數(shù)增加了46％，空氣對流傳質(zhì)系數(shù)和能效比(EER)分別增加了43％和5％，最佳迎面風速3 m/s，最小噴淋水量0.14m3/h時，換熱系數(shù)高達114.78W/(m2·K);噴淋水的溫度對空氣降溫幾乎無影響;制冷量和能效比(EER)均隨入口濕球溫度的升高而減小，空氣濕球溫度從12℃增大至24℃時，制冷量和能效比分別減少了5％和5.3％，空氣入口濕球溫度高對換熱不利，此濕冷系

9、統(tǒng)適合北方干燥的地區(qū)使用;干工況下總換熱系數(shù)比噴霧工況總換熱系數(shù)下降了75％，該濕冷系統(tǒng)預冷時間短，實現(xiàn)低溫(3.8℃)、高濕（92％RH～100％RH）且相對穩(wěn)定的保鮮環(huán)境。
　　(5)冰水制冷保鮮庫內(nèi)最低溫度在4℃左右，而大多果蔬保鮮溫度介于5℃～7℃區(qū)間，部分農(nóng)產(chǎn)品保鮮需要0℃～4℃，采用鹽水凍冰制冷可大幅降低保鮮庫溫度，擴大農(nóng)產(chǎn)品保鮮貯藏溫度范圍。利用Design-expert8.0軟件分析了迎面風速、鹽水濃度、管排數(shù)三個

10、因素對保鮮庫內(nèi)溫度的影響，以溫度最低為優(yōu)化目標的最優(yōu)參數(shù)為迎面風速3.5 m/s、鹽水濃度10％、5管排換熱器時，保鮮庫內(nèi)最低溫度為-1.12℃。
　　(6)按保鮮庫實際儲量進行2t西紅柿的保鮮計算。計算全年運行耗冷量及需冰量，與傳統(tǒng)濕冷系統(tǒng)、普通機械制冷保鮮庫進行成本效益對比分析，三種保鮮庫初期建設(shè)成本分別為6.11萬元、8.06萬元、8.6萬元，全年電費消耗分別為0.19萬元、0.38萬元、0.77萬元，引入自然冷能可減少0.