生物质能吸收式制冷系统的热力分析

　　0 前言

　　吸收扩散式制冷系统是一种三工质的吸收式制冷系统，它没有任何运动部件，无振动，无噪音，适宜在比较安静的场所使用^[1]。该系统最大的特点是可以用热能驱动，适用于多种不同的能源，在无电和缺电的广大农村地区，用丰富的生物质能来驱动吸收扩散式制冷系统是一种理想的选择^[2]。

　　本研究选用生物质炉为制冷装置提供热能，制冷装置为50L小型吸收式制冷冰箱(图1)。通过对制冷系统的试验分析，找出系统存在的问题，对制冷装置进行热力分析及热力计算，找出影响该制冷系统热力系数的因素，为系统的改进提供参考依据。

　　1 吸收式制冷系统循环各点参数的确定

　　试验在恒温恒湿的空间内进，温度为(32±1)℃，环境湿度为(75±5)%。试验目的是检测生物质能吸收扩散式制冷系统的可行性及稳定性，通过测量各点参数，对制冷系统进行热力分析，找出影响制冷系统热力系数的各种因素，得出制冷系统的COP。所用燃料为玉米秸秆成型燃料，其密度是1t/m³，热值约为14700kJ/kg^[3]。

　　通过试验测得各点温度后，再由已经确定的各点热质的浓度，查氨水溶液h-ξ图和混合气体的h-ξ 图^[4]，可以确定各点热质的焓值，最后确定各状态点的参数(见表1)，为制冷系统的热力计算分析提供参考数据。

　　2 制冷系统的热力分析及计算

　　文献^[5]～[8]对吸收扩散式制冷系统的热力计算进行了讨论，但其计算方法过于复杂，计算时涉及的参数过多，而且推导过程冗长。本研究根据相关文献的研究成果，简化了吸收式制冷系统的热力计算方法，便于对系统的循环进行分析计算，从而找出系统存在的问题，为系统的优化提供参考依据。热力分析及计算参数见图2，计算得到的制冷系统各部分的热负荷见表2。

　　3 试验结果分析

　　3.1 热力计算结果分析

　　系统的热平衡：

　　将数据代入上式可知，该制冷系统基本处于热平衡。

　　从计算结果可以看出，该系统的管道热损失不是很大，其最大热损失是精馏热，因此系统的热力系数较小。要提高系统的热力系数，须采用回热装置回收利用精馏热，但此举提高了装置的成本，且系统结构变得更为复杂，目前该类型的制冷系统没有采用回热装置。

　　3.2 电加热和蒸汽加热的降温曲线对比

　　由图3可以看出，选用常规电力为制冷系统提供能量时，系统降温速度比生物质炉快，这主要因为常规电力加热是恒热流密度加热，所以制冷系统在工作时比较稳定，而且装置的起动时间也较短，当加热时间达到100min时，装置的温度降到了10℃。用生物质炉为制冷系统提供能量时，不能提供恒定的热流密度，热流量存在较大的波动。从降温曲线可以看出，以常规电力和生物质炉为制冷系统提供能量时，制冷系统达到平衡所需要的时间均小于12h，因此能够满足国家有关标准的要求。