基于吸附制冷機(jī)的微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)集成優(yōu)化理論與實驗研究.pdf

1、冷熱電聯(lián)供是一種基于能量梯級利用原則的節(jié)能和環(huán)保技術(shù)，出于對能源和環(huán)境問題的高度關(guān)注，研究者們逐漸將該項技術(shù)向住宅和小型商用供能領(lǐng)域拓展，微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)成為研究的熱點。由于受到余熱驅(qū)動制冷設(shè)備小型化的制約，目前微型冷熱電聯(lián)供的研究大多僅止于微型熱電聯(lián)供的層面，已有的一些基于小型余熱驅(qū)動制冷設(shè)備的微型冷熱電聯(lián)供的初步研究，也僅停留在部件簡單連接和系統(tǒng)驗證性實驗階段，沒有相關(guān)基礎(chǔ)理論作為支撐。本文針對目前微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)研究中存在的可

2、靠性差、能量浪費(fèi)嚴(yán)重、系統(tǒng)性能低下等主要問題，從系統(tǒng)構(gòu)建過程各階段所面臨的基礎(chǔ)性問題入手，以理論計算、動態(tài)仿真及實驗驗證為手段，開展了基于吸附制冷機(jī)的微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)集成優(yōu)化理論與實驗研究。系統(tǒng)集成優(yōu)化主要包括性能評估、熱動力學(xué)特性分析、熱力過程控制以及最優(yōu)化運(yùn)行等4個方面。本文形成的一套微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)研究的完整方法，同時可擴(kuò)展到大型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)或其他分布式供能系統(tǒng)的研究中。具體內(nèi)容包括：
　　 1)從理論熱力循環(huán)出發(fā)推

3、導(dǎo)得出了硅膠.水吸附制冷系統(tǒng)的驅(qū)動溫度下限解析表達(dá)式，對硅膠-水吸附制冷機(jī)與原動機(jī)的余熱源能量品位進(jìn)行匹配分析，從而完成了內(nèi)燃機(jī)和硅膠.水吸附制冷機(jī)相結(jié)合的微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的預(yù)構(gòu)建。建立了內(nèi)燃機(jī)和吸附制冷機(jī)的變工況性能預(yù)測數(shù)學(xué)模型，得到了預(yù)構(gòu)建微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的變工況性能，并對預(yù)構(gòu)建系統(tǒng)在實際變負(fù)荷條件下的熱經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行評估。
　　 2)建立了硅膠-水吸附制冷機(jī)動態(tài)分布參數(shù)仿真數(shù)學(xué)模型，完成數(shù)值計算，分析得到了硅膠-水吸附制

4、冷機(jī)內(nèi)部熱力狀態(tài)和外部能量輸入輸出的動態(tài)交變特性。并結(jié)合內(nèi)燃機(jī)性能預(yù)測模型，建立了微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)動態(tài)仿真數(shù)學(xué)模型，獲得了系統(tǒng)全過程工作特性，分析了系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和設(shè)計參數(shù)等對系統(tǒng)熱動力學(xué)特性的影響。基于分析結(jié)果揭示了系統(tǒng)4方面的熱力過程控制需求：冷啟機(jī)控制、變工況控制、缸套水溫度穩(wěn)定控制以及安全保護(hù)控制。
　　 3)分析了控溫?zé)峁茉谖⑿屠錈犭娐?lián)供系統(tǒng)熱力過程控制中的應(yīng)用，并與常規(guī)控制方法進(jìn)行對比。針對控溫?zé)峁芸刂浦械闹饕A(chǔ)問

5、題--蒸汽-不凝氣交界面的具體形狀以及不同組分的相互作用，建立了控溫?zé)峁軅鳠醾髻|(zhì)數(shù)學(xué)模型，獲得了控溫?zé)峁軆?nèi)部各參數(shù)場的分布規(guī)律以及控溫?zé)峁艿脑敿?xì)工作特性。建立了基于控溫?zé)峁芸刂频奈⑿屠錈犭娐?lián)供系統(tǒng)全過程動態(tài)仿真數(shù)學(xué)模型，獲得了完整的系統(tǒng)工作特性和控制響應(yīng)特性，指出系統(tǒng)在4個方面的控制上均表現(xiàn)良好。基于系統(tǒng)動態(tài)仿真模型，對系統(tǒng)流程和緩沖水箱容量進(jìn)行了優(yōu)化分析，獲得了優(yōu)化方案。
　　 4)根據(jù)理論分析結(jié)果，搭建了微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)性

6、能測試試驗臺，獲得了全工況下原動機(jī)、吸附制冷機(jī)以及聯(lián)供系統(tǒng)整體的實驗性能參數(shù)，同時對部件及系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行了驗證。測試結(jié)果表明：滿負(fù)荷條件下，內(nèi)燃機(jī)冷啟動時間僅為9分鐘，工況變化時缸套水溫度限定在85～92℃范圍內(nèi)，吸附制冷機(jī)動態(tài)交變工作時，缸套水溫度的波動幅度在±0.5℃以內(nèi)；熱電聯(lián)供模式下，系統(tǒng)最大熱、電輸出分別為35.7kW和16kW，一次能源利用率為76.5％；冷熱電聯(lián)供模式下，冷卻水溫度30℃、冷凍水入口溫度20℃2時，系統(tǒng)最

7、大冷、熱、電輸出分別為8.3kW、14.8kW、16kW，一次能源利用率為59.2％。滿負(fù)荷條件下聯(lián)供系統(tǒng)的一次能源利用率明顯高于分供系統(tǒng)，在部分負(fù)荷條件下則隨具體工況而定，指出聯(lián)供系統(tǒng)存在運(yùn)行優(yōu)化的問題。
　　 5)依據(jù)理論和實驗研究的結(jié)果，建立了微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)多目標(biāo)混合整型非線性最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。得到了實際系統(tǒng)在不同負(fù)荷結(jié)構(gòu)下的節(jié)能最優(yōu)化運(yùn)行策略和經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化運(yùn)行策略，并揭示了系統(tǒng)最優(yōu)化性能系數(shù)隨負(fù)荷結(jié)構(gòu)的分布規(guī)律。研究表明