1、 本科毕业设计 (论文 ) 题目： 太阳能吸收式空调及供热综合系统的初步研究 院 （系） ： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 110223 学 生： 王雪翠 学 号： 110223127 指导教师 ： 张云辉 2015 年 6 月 15 日 I 摘要 太阳能吸收式空调系统主要由太阳集热器和吸收式制冷机两部分构成，太阳能吸收式制冷， 利用建筑物屋顶建立大量太阳能集热装置，把热量集聚起来构建太阳能空调及供热系统，太阳能空调系统利用太阳能集热器产生热水，夏天通过溴化锂吸收式制冷机制冷，供空调使用，系统可全年提供生活用热水，冬天可用作取暖 。 太阳能空调系统适用于集中供热和中
2、央空调 .溴化锂空调以热能为动力，电能耗用较少，且对能源要求不高。能利用各种低势热能和废气、废热以及地热、太阳能等，有利于地源的综合利用。具有很好的节电、节能效果，经济性好。 本设计采用溴化锂吸收式制冷机和热管式真空集热器，吸收式制冷机所采用的二元溶液为溴化锂和水，当太阳能不足时，采用燃气炉和太阳能联合取暖。太阳能吸收式空调系统可以实现夏季制冷、冬季取暖、全天提供生活热水等功能。 关键词 : 太阳能 空调 溴化锂 集热器 制冷机 供热系统 II Abstract Solar collectors and absorption chiller is composed of two parts o
3、f solar absorption air-conditioning systems, solar absorption refrigeration, the roof of the building to createa large number of solar heat collection device, the heat accumulated construction of solar air conditioning and heating system, solar air conditioning system using solar collector to produc
4、e hot water, summer by the lithium bromideabsorption refrigerationthe use of air conditioning, refrigeration, the system can provide hot water for daily life, can be used for heating in winter. The solar energy air conditioning system for central heating and air conditioning. The lithium bromide cen
5、tral air conditioning to heat energy, electric energy consumption is less, and the energy demand is not high. Can use a variety of low potential energy and waste gas, waste heat, geothermal, solar energy, which is conducive to the comprehensive utilization of ground source. With energy saving, energ
6、y saving effect is very good, the economy is good. This design uses a lithium bromide absorption type refrigerating machine and vacuum heat pipe type solar collector, absorption refrigeration the two element solution used for lithium bromide and water, when the solar energy is insufficient, the gas
7、stove and the sun Combined heating. Can not only be used as refrigeration of solar absorption refrigeration system, heating in winter,to provide domestic hot water and other functions. Key Words: Solar energy Air Conditioner Lithium bromide Heat collector Refrigerator Heating system III 主 要 符 号 表 T
8、温度 集热器安装倾角 安装地的纬度 Gc 工质液体的（流量，比热）值 两种换热流体的最大温差 Q 热负荷 a 传热管的放热系数 传热管壁厚 r 热阻 热导率 f 传热管表面积 喷淋溶液浓度 L 传热管长度 W 喷淋溶液量 n 传热管数 m 流程数 IV 目录 摘要 . I Abstract . II 主 要 符 号 表 . III 1 绪论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 太阳能吸收式空调及供热综合系统的发展现状 . 1 1.3 本论文研究的意义 . 2 1.4 本论文的主要内容 . 2 2 太阳能空调及供热综合系统的基本原理 . 2 2.1 太阳能集热器工作原理 . 2 2.2 太阳能
9、制冷制热的基本原理 . 2 2.2.1 太阳能空调工质的选择 . 2 2.2.2 制热原理 . 3 2.2.3 吸收式制冷机的基本原理 . 3 2.3 太阳能空调运用的技术理论 . 4 2.4 设计方案分析 . 5 2.5 系统设计 . 6 2.5.1 太阳能与建筑物结合 . 6 2.5.3 储热水箱 . 8 2.5.4 储冷水箱 . 8 V 2.5.5 辅助燃油锅炉 . 8 2.5.6 自动控制系统 . 8 3 太阳能吸收式空调采光面积的计算 . 10 3.1 集热器安装条件 . 10 3.2 集热器面积的计算 . 10 4 制冷机组主要部件的结构设计 . 12 4.1 吸收器设计 . 12
10、 4.2 蒸发器设计 . 15 4.3 发生器的设计 . 17 4.4 冷凝器的设计 . 19 5 结论与展望 . 20 参考文献 . 22 致谢 . 24 毕业设计（论文）知识产权声明 . 25 毕业设计（论文）独创性声明 . 26 附录 . 27 附录 1 外文翻译及原文 . 27 附录 2 零件图 . 27 1 绪论 第 1 页 1 绪论 1.1 概述 制冷和空调装置大多采用有温室效应和破坏臭氧层的人工合成物质作为工质。在当今能源短缺的背景下，高耗能的空调装置，严重制约着它的发展。因此，制冷和空调中的节能和环保问题越来越引起人们的关注。采用太阳能作为驱动能源、溴化锂溶液作为工质的太阳能制
11、冷与空调技术，完全符合当今节能和环保的要求。在太阳辐射较强的夏天，可启动低温溴化锂吸收式制冷机，充分地利用夏天的太阳能资源。 1.2 太阳能吸收式空调及供热综合系统的发展现状 太阳能吸收式制冷技术最早出现在 20 世纪上半叶，由于成本高而效率低而未受到重视。随着 能源危机的爆发以及环境问题的日益严峻，太阳能吸收式制冷由于利用可再生能源且不污染环境，受到更多的关注。 第一台太阳能吸收式制冷机组是美国佛罗里达大学的 Farbe教授于 1957 年开发的。该机组使用 NH3/H2O 吸收式制冷机和聚光集热器，冷却水为 21摄氏度的地下水， COP 约为0.45 左右。 1966 年澳大利亚昆士兰大学
12、的 Sheridan等人使用 LiBr/H2O 吸收式制冷机和平板集热器开发了太阳能空调系统，该系统为面积 122m2太阳房提供间歇式制冷。除此之外影响比较大的示范项目主要有： 20世纪 70 年 代中期，科威特科学研究院开发的两台大型太阳能吸收式制冷机组。其中包括 1983 年完成的科威特国防部办公楼项目，该系统直到 1995 年还在使用。与相同冷量的压缩式机组相比，该系统总耗电量能够节省 25%40%，是世界上最早实际应用的太阳能溴化锂吸收式制冷项目。 墨西哥以及约旦在 80年代中期也先后建成了太阳能驱动 LiBr/H2O 吸收式制冷系统，两套系统使用的均是太阳能平板集热器， COP 能够
13、达到 0.50.75。由于约旦和墨西哥处在低纬度地区，日 照强烈，集热器热水出口温度能达到 90 摄氏度以上。实验研究表明，即使室外温度高达 4246 摄氏度，也能维持室内温度 2628 摄氏度以及 50%左右的相对湿度。 欧洲是太阳能利用最广泛的地区，尽管太阳能吸收式制冷系统目前还处在初期的研究、实验阶段，欧洲已安装了大约 70台太阳能吸收式制冷机组，其中大部分位于德国和西班牙。 此外，天然气资源匮乏的日本也非常重视太阳能利用的研究。日本早稻学的木村，用抛物柱面型聚光集热器和 LiBr/H2O 吸收式制冷机组进行了制冷实验。1974 年，日本通产省制定了“阳光计划”，建造完成了矢崎 1号太阳
14、房，使用了西安工业大学毕业设计（论文） 第 2 页 LiBr/H2O 吸收式制冷机和具有选择性吸收面的平板集热器，为占地面积为 143m2住宅制冷取暖。 1975 年 3 月建立了 32m2的朝日太阳房，同样利用太阳能 LiBr/H2O 吸收式制冷机实现住宅的冷暖调节。 我国太阳能制冷方面的研究起步于 80 年代，主要的示范工程有 1718： 1987 年在深圳建立的太阳能溴化锂吸收式制冷示范工程，该工程使用了多类型的太阳能集热器，以及两台日本制造的 7KW溴化锂吸收式制冷机，为大约 80m2房间供冷，并为一家酒店提供热水；我国在九五科技攻关项目的支持下建立了两座大型示范工程，江门 100KW
15、太阳能溴化锂吸收式制冷项目以及乳山市科普公园 100KW太阳能供冷、供热项目，两个工程使用的均是溴化锂吸收式制冷机；十五期间，在北京奥运会先导项目的支持下，先后建立了两座太阳能制冷系统，即 2004 年北京太阳能研究所北苑办公楼项目以及 2003 年北京天普太阳能集团的新能源示 范大楼项目。 1.3 本论文研究的意义 传统空调制冷机采用氟利昂制冷剂会催化分解臭氧，削弱臭氧层对紫外线的阻挡，威胁人类健康；传统空调的大耗电量引起电力紧张，电力的发展同时带来 CO2废气，增加了大气温室效应和酸雨等问题。传统空调显然有悖于环保节能两大主题的。那么能否有方法既环保节能又满足人们对空调的需求，回答是：在一
16、定技术条件下是可以做到的。 太阳能吸收式空调与常规空调系统相比，意义重大： （ 1） 传统的压缩式制冷机以氟利昂为介质，它对大气臭氧层有破坏作用，而吸收式制冷机以无毒、无害的吸收剂（例如溴化 锂）为介质，它对保护环境十分有利； （ 2） 同一套太阳能吸收式空调系统可以将夏季制冷、冬季采暖和过渡季节提供热水结合起来，显著地提高了太阳能的利用率和经济性，明显之处就是节省了电能。 （ 3） 太阳能空调的季节适应性好，太阳辐射和制冷负载具有一致性，系统制冷能力随着太阳辐射能的增加而增大：辐射能越强，热媒水温度越高，空调制冷性能系数越高，空调系统的制冷效率也越高。而这正好与夏季人们对空调的迫切需求一致。
17、 （ 4） 太阳能空调建立在太阳能热水应用的基础上。增加的投资是制冷机部分（而这部分的投资在常规空调方面也是需要的），制冷机主要部件在 真空状态下运行，无高压爆炸危险，安全可靠，运转安静无噪音。 1.4 本论文的主要内容 （ 1）根据额定功率计算出理论和实际采光面积；（ 2）广泛研究目前国内外空调系统并合理选择其中一种，详细描绘空调制冷制热原理图；（ 3）对制冷设备的四大部分组成（压缩机，冷凝器，蒸发器，节流装置）详细设计其结构。2 太阳能空调及供热综合系统的基本原理 第 2 页 2 太阳能空调及供热综合系统的基本原理 2.1太阳能集热器工作原理 太阳能集热器是一种吸收太阳辐射能量并向工质传递
18、热量的装置，它是一种特殊的热交换器，集热器中的工质与远距离的太阳进行热交换。太阳能集热器由带涂层的吸热管（吸收太阳辐射热后温度升高热量能很快传递给流体通道中的水），透明盖板（产生温室效应，使之进去的能量大于表面散失的能量而提高温 升。）、保温层（减少热损失）、循环管、储热保温水箱及辅助装置等组成。普通集热器盛夏时热水温度可达 68 88 ，使用聚光集热器可使阳光点状或线状聚焦可获得 96 以上的高温水。 2.2 太阳能制冷制热的基本原理 2.2.1 太阳能空调工质的选择 在吸收式制冷机系统中完成吸收 -解析循环的工质通常是由两种沸点不同的物质所组成的二元溶液，其中低沸点的组分作制冷剂（蒸发剂）
19、，高沸点组分作吸收剂，一般又将吸收剂和制冷剂统称为“工质对”。对工质对的要求应尽量满足以下要求： （ 1）吸收剂应和工质组成非共沸溶液，在相同的压力下吸收剂的沸点应比工质的高，而且两者之差越大越好。两组分沸点相差不大的溶液，在发生过程中会相互夹带，要通过蒸馏才能除去气相中吸收剂，这样就要降低吸收式制冷机的效率。 （ 2）工质的临界温度高。 （ 3）吸收能力大，或者说溶质的溶解度大。 （ 4）不易结晶，适合于吸收剂在高浓度下操作。 （ 5）工质的气化潜热大。在工作温度范围内，冷凝器压力不过高、蒸发压力不过低。 （ 6）在工作温度范围内，冷凝压力不过高、蒸发压力不过低。 （ 7）工质凝固点 低、比
20、容小。 （ 8）化学性能稳定：不可燃，无爆炸危险，无腐蚀，无毒，无刺激性，高温不分解，对生态环境没有破坏作用。 （ 9）比热小、导热系数高、低粘度。 （ 10）价格低，易于获得。 （ 11）易于发现或检验泄露。 事实上找到满足上面所有要求的工质是很困难的，人们只能根据要求权衡考虑选择比较适合的工质对。因为水在很宽的温度范围内都有很高的潜能，而且廉价易得、无毒无味、不燃烧不爆炸，所以是最常见的制冷剂。目前常用的吸收式制冷机工质对主要由以氨为工质对的氨 -水溶液和以水为工质的溴化锂 -水溶液。 西安工业大学毕业设计（论文） 第 3 页 氨 -水溶液是最早应用于吸收系统的工质对，其主要优点是吸收能力
21、强，适合零度以下的低温热源，而且汽化潜热大，溶液价格低廉，泄漏时易被发现。但是由于制冷剂与吸收剂沸点相差比较小，需要设置蒸馏装置，而且氨气有毒性，要求的发生温度在 120左右，所以热源温度较低的太阳能空调一般不采用氨 -水溶液作为工质对。 溴化锂 -水溶液作为吸收系统最常用的工质对，主要优点是：溴化锂吸水能力 强，化学物质稳定，毒性较小，而且溴化锂与水的沸点相差很大，不需要精馏装置，而且发生温度低。其缺点是水沸点高，低温热源必须在零度以上，此外，溴化锂溶液宜结晶，高温下对金属的腐蚀性很强，需要添加缓蚀剂，最高使用温度在 150-160左右，温度再高溴化锂 -水溶液中的缓蚀剂络酸锂会分解。 因此
22、，对大多数的吸收式制冷机，多采用溴化锂 -水溶液作为工质对。 供吸收式制冷机应用的溴化锂，一般以水溶液的形式供应。但应满足以下要求： （ 1）性状：无色透明液体 （ 2）浓度：不低于 50% （ 3） 水溶液 PH 值： 8 以上 （ 4） 杂质最高含量：硫酸盐： 0.1%；溶液中不应含有二氧化碳、臭氧等不凝性气体。 2.2.2 制热原理 冬季需制热时超导太阳能集热器吸收太阳辐射能，经超导液传递到复合超导能量储存换器。当储热系统温度达到 40时，中央控温系统，自动发出取暖指令，让室内冷暖分散系统处于制热状态，经出风口输出热风。当房间温度达到设定温度值时，停止输出热风，房间的温度低于设定值时，出
23、风口又输出热风，如此自动循环达到取暖的目的（各房间的温度设定是独立的，互相不影响）。如遇到连续的阴天，太阳能不足时，燃气炉投入使用，以补充太阳能的不足。 2.2.3 吸收式制冷机的基本原理 吸收式制冷是利用两种物质所组成的二元溶液作为工质来进行的。这两种物质在同一压强下有不同的沸点，其中高沸点的组成部分称为吸收剂（例如：溴化锂，沸点为1265 ，有吸水性），低沸点的组成部分称为制冷剂（例如：水，沸点为 100 ）。 吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器四大件构成，另加热交换器，在制冷机运行过程中，真空泵将机组抽至真空后，当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水（由太阳能集热器提供）加热后，低压水不断汽化（在一般的高温下对溴化锂水溶液加热时，仅产 生冷剂水蒸气）；冷剂水蒸气进入冷凝器，被水冷或风冷降温后凝结；随着水的不断汽化，发生器内的水溶液浓度不断升高，进入吸收器；当冷凝器内的冷剂水经过节流阀减压节流进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，使冷媒水出口温度达到 6 8 ；在此过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的浓溴化锂溶液吸收，溶液浓度逐步降低，由溶液泵送回发生器，完成整个
