孫紅磊 張 柯 孫蘇芮 王德昌

（青島大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島266071）

太陽(yáng)能單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)雖然應(yīng)用最為廣泛，同時(shí)兼具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的特點(diǎn)，然而單效機(jī)組的COP 普遍較低，同時(shí)為保證發(fā)生器中溶液溫度在允許范圍之內(nèi)以防止?jié)馊芤航Y(jié)晶，單效機(jī)組驅(qū)動(dòng)熱源溫度也不能過(guò)高。因而，為了充分利用高品位熱源且提高系統(tǒng)COP，在單效機(jī)組的基礎(chǔ)上又提出了雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)組。Kaushik 和Arora[1]對(duì)串聯(lián)雙效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)進(jìn)行了能量分析和火用分析，并與單效機(jī)組進(jìn)行了比較。他們發(fā)現(xiàn)單效機(jī)組的性能系數(shù)范圍為0.6-0.75，而串聯(lián)雙效機(jī)組性能系數(shù)的范圍為1-1.28，說(shuō)明雙效機(jī)組的COP 要比單效機(jī)組的高出60%-70%。解磊[2]等人以上海交通大學(xué)某大樓的BCHP 系統(tǒng)為參考實(shí)例，分析了吸收式制冷機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，應(yīng)用模塊化建模和集總參數(shù)法同時(shí)以BCHP 系統(tǒng)為例建立了雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的動(dòng)態(tài)仿真模型，同時(shí)根據(jù)不同輸入條件進(jìn)行了變工況仿真實(shí)驗(yàn)。張藝斌[3]等人提出一種太陽(yáng)能雙效溴化鋰吸收式與壓縮式聯(lián)合制冷系統(tǒng)的運(yùn)行模式，太陽(yáng)能雙效吸收式制冷系統(tǒng)承擔(dān)夏季空調(diào)的尖峰負(fù)荷，減少空調(diào)的能耗與高峰用電負(fù)荷。他們利用TRNSYS 軟件建立了系統(tǒng)模型進(jìn)行夏季運(yùn)行工況模擬，獲得系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)，同時(shí)他們還計(jì)算了該系統(tǒng)相較于獨(dú)立壓縮式制冷系統(tǒng)的節(jié)能量，并分析聯(lián)合運(yùn)行制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。研究結(jié)果表明，太陽(yáng)能吸收式系統(tǒng)承擔(dān)的負(fù)荷比例越小、設(shè)計(jì)集熱面積的輻照度越大，聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)的投資回收期越短，費(fèi)用年值越低。

圖1 太陽(yáng)能雙效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

綜上所述，太陽(yáng)能雙效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)可顯著提高系統(tǒng)COP，同時(shí)可以更好地利用高品位熱源，減少結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)，故本文應(yīng)用Simulink 對(duì)雙效機(jī)組進(jìn)行模擬，以研究其系統(tǒng)性能。

1 太陽(yáng)能雙效機(jī)組介紹

太陽(yáng)能雙效機(jī)組與太陽(yáng)能單效機(jī)組相比多了一個(gè)高壓發(fā)生器、一個(gè)高溫溶液熱交換器，高壓發(fā)生器中產(chǎn)生的高溫冷劑蒸汽用于加熱低壓發(fā)生器，使低壓發(fā)生器中的溴化鋰溶液產(chǎn)生溫度更低的冷劑蒸汽，不僅能夠有效利用水蒸氣潛熱，而且可以減少冷凝器的冷卻負(fù)荷，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。太陽(yáng)能雙效溴化鋰吸收式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2 太陽(yáng)能雙效機(jī)組模型

太陽(yáng)能瞬時(shí)集熱效率：

其中，集熱器瞬時(shí)效率截距a 取0.52（真空管集熱器）；Tin為太陽(yáng)能集熱器入口水溫,K；Ta為環(huán)境溫度,K，集熱器瞬時(shí)效率斜率b 取1.56（真空管集熱器）。

對(duì)雙效吸收式制冷系統(tǒng)應(yīng)用集總參數(shù)法處理，以下模型以高壓發(fā)生器為例，其他換熱器可參考文獻(xiàn)[4]，不予贅述。

質(zhì)量守恒：

圖2 太陽(yáng)能輻照度與集熱效率變化

圖3 雙效機(jī)組一周運(yùn)行情況

熱水側(cè)：

其中，Mhge，sol為高壓發(fā)生器中溶液的質(zhì)量，Xhge為高壓發(fā)生器中溶液濃度，Xw和Xsl為稀溶液以及高壓發(fā)生器濃溶液濃度，qm1，w和qm1，s為高壓發(fā)生器入口稀溶液和出口濃溶液的質(zhì)量流量，h1，w和h1，s為高壓發(fā)生器入口稀溶液和出口濃溶液的焓值，Q1為熱負(fù)荷，Qmv，1和hv，1分別為高壓發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽的質(zhì)量流量和比焓，qm1，hot為進(jìn)入發(fā)生器的熱水的質(zhì)量流量，h1hot，in，h1hot，out分別為進(jìn)入和流出發(fā)生器的熱水的比焓。

3 太陽(yáng)能雙效機(jī)組模擬

取某典型日太陽(yáng)能輻照度9：00-17：00 的數(shù)據(jù)模擬，觀察太陽(yáng)能輻照度與集熱器瞬時(shí)效率，結(jié)果如圖2 所示。可以得到以下結(jié)論: 在熱水質(zhì)量流量一定的情況下，太陽(yáng)能輻照度越強(qiáng)，集熱器內(nèi)水溫越高，瞬時(shí)效率就越高。一天中，太陽(yáng)能輻照度的變化曲線近似為拋物線型，集熱器瞬時(shí)效率的變化趨勢(shì)與太陽(yáng)能輻照度的變化趨勢(shì)大致相同。

根據(jù)第二節(jié)中的數(shù)學(xué)模型，在Simulink 軟件上對(duì)太陽(yáng)能雙機(jī)組進(jìn)行建模與仿真，以相同的太陽(yáng)能輻照度在雙機(jī)組中運(yùn)行一周情況如圖3 所示。該雙效機(jī)組設(shè)置為熱水溫度高于120℃時(shí)啟動(dòng)，低于120℃時(shí)關(guān)閉，熱水溫度隨太陽(yáng)能輻照度變化趨勢(shì)有一致性，制冷量的變化略有滯后，雙機(jī)機(jī)組在該典型周的系統(tǒng)表現(xiàn)符合實(shí)際。

4 結(jié)論

應(yīng)用Simulink 對(duì)太陽(yáng)能雙效溴冷機(jī)進(jìn)行了仿真，集熱器瞬時(shí)效率與太陽(yáng)能輻照度變化趨勢(shì)一致，雙機(jī)機(jī)組在該周的系統(tǒng)表現(xiàn)符合實(shí)際。