风冷太阳能双级氨喷射制冷系统冷藏工况性能分析

　　由于冷链能力不足，世界果蔬平均产后损失率达30%[1]，我国也因冷链发展滞后使得果蔬产后损失率达20%以上[2]。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[3]，在中国则占全社会电力总负荷的20%以上[4]。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Tp为90℃、冷凝温度Tc为45℃、蒸发温度Te为-2℃、太阳平均辐照度Iθ为650W/m2，设计了一套作为100m3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[5]。该系统的流程如图1所示，主要部件的结构及参数见图2及表1、表2。在蒸发温度较低且冷凝温度较高?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Ⅱ之间的压力分配采用最大制冷系数原则，分配度定为1.4[6]。

　　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Ⅱ。氨蒸气流经引射器中的缩放喷嘴?，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Ⅱ抽吸，与工作蒸气充分混合后(状态6)，在引射器Ⅱ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。

　　2 系统性能分析

　　2.1 系统数学模型

　　在建立系统数学模型?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Ⅱ中的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。