基于自然冷資源利用的降溫加濕系統(tǒng)試驗(yàn)研究.pdf

1、我國(guó)北方冬季漫長(zhǎng)寒冷，自然冷資源豐富，夏季短暫炎熱，利用此氣候特點(diǎn)，冬季貯冰至夏季用于生鮮、農(nóng)副產(chǎn)品的貯藏保鮮，可大大節(jié)約能源。目前常規(guī)制冷保鮮庫(kù)多采用電能驅(qū)動(dòng)，使用制冷劑造成環(huán)境污染，同時(shí)消耗大量能源。在能源危機(jī)和環(huán)境污染日益嚴(yán)峻的情況下，利用自然冷資源貯冰蓄冷保鮮蔬菜水果即節(jié)約能源又保護(hù)環(huán)境，是一種清潔的綠色能源。合理開(kāi)發(fā)利用可再生清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)消耗性能源，是解決能源短缺和環(huán)境污染的關(guān)鍵。
　　本文分析國(guó)內(nèi)外自然冷能利用的先

2、進(jìn)技術(shù)，結(jié)合北方地區(qū)氣候特點(diǎn)及試驗(yàn)條件，設(shè)計(jì)了一套引入自然冷能的降溫加濕裝置，冬季貯冰至夏季釋放冷量后得到溫度較低的冷水，代替?zhèn)鹘y(tǒng)制冷劑以間接換熱、內(nèi)循環(huán)制冷方式，預(yù)冷時(shí)間短，儲(chǔ)冰室與保鮮庫(kù)分離，大大提高保鮮庫(kù)空氣質(zhì)量。利用LabVIEW軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)了空調(diào)環(huán)境自控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫度、濕度自動(dòng)控制和多點(diǎn)同時(shí)降溫。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)對(duì)保鮮庫(kù)自動(dòng)控制系統(tǒng)整體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)?；谔摂M儀器技術(shù)為平臺(tái)，利用PCI-

3、6225數(shù)據(jù)采集卡、遠(yuǎn)端模擬量輸出模塊RM441、溫濕度傳感器、CO2氣體濃度傳感器、漏電保護(hù)器與計(jì)算機(jī)等硬件，搭建空調(diào)測(cè)控系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、顯示、控制等操作。可實(shí)現(xiàn)對(duì)保鮮庫(kù)內(nèi)溫度、濕度、二氧化碳?xì)怏w濃度等各物理參數(shù)的測(cè)量與控制。通過(guò)LabVIEW與Microsoft Access數(shù)據(jù)庫(kù)通訊，利用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、檢索、查詢(xún)、刪除等操作。
　　(2)設(shè)計(jì)基于自然冷能貯冰蓄冷的冰水混合間接換熱系

4、統(tǒng)，對(duì)其核心設(shè)備翅片管式換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，根據(jù)保鮮庫(kù)需冷量計(jì)算得出迎風(fēng)面積0.16 m2、總傳熱面積8.6m2、換熱管總長(zhǎng)度25.5m的四管排翅片管式換熱器。采用Design-expert8.0軟件分析冰水流量、迎面風(fēng)速、換熱管長(zhǎng)三個(gè)因素對(duì)換熱量和壓力降的影響。建立回歸模型，得出換熱量最佳且壓力降最低的尋優(yōu)結(jié)果為:迎面風(fēng)速2.86m/s、冰水流量0.85m3/h、換熱管長(zhǎng)24.36m，可得最優(yōu)換熱量4.92kW、壓力降56.

5、98Pa。
　　(3)利用ANSYS FLUENT軟件，對(duì)翅片管式換熱器空氣測(cè)的流動(dòng)與換熱特性進(jìn)行數(shù)值模擬，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，得到溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、平均場(chǎng)協(xié)同角的分布規(guī)律。分析不同迎面風(fēng)速、來(lái)流入角、來(lái)流溫度等對(duì)流動(dòng)換熱特性的影響。結(jié)果表明:迎面風(fēng)速對(duì)換熱影響顯著，迎面風(fēng)速分別取1.5～4m/s6個(gè)不同值時(shí)，換熱系數(shù)和壓力降分別增加了133％、428％;來(lái)流入角對(duì)翅片側(cè)的氣流分布影響大，過(guò)大或過(guò)小的來(lái)流入角會(huì)產(chǎn)生渦流及氣流分布

6、不均勻現(xiàn)象，影響傳熱性能。來(lái)流入角30°時(shí)比0°時(shí)換熱系數(shù)增加了18.7％，即迎面風(fēng)速方向沿著冰水流動(dòng)的方向呈逐漸降低的分布方式，對(duì)換熱有利;利用場(chǎng)協(xié)同原理分析了平直翅片管式換熱器的換熱特性，迎面風(fēng)速在1.5～3.5 m/s范圍內(nèi)時(shí)，平均場(chǎng)協(xié)同角隨迎面風(fēng)速增加而增加，平均場(chǎng)協(xié)同角度增加了12％，流場(chǎng)與溫度場(chǎng)的協(xié)同情況變差，對(duì)強(qiáng)化換熱不利。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到3.5m/s后，協(xié)同角度幾乎不隨風(fēng)速變化，最佳迎面風(fēng)速范圍介于2.5～3m/s之間。

7、>　　(4)在綜合分析傳統(tǒng)濕冷系統(tǒng)基礎(chǔ)上引入自然冷能，設(shè)計(jì)了噴霧式冷風(fēng)機(jī)濕冷系統(tǒng)。此系統(tǒng)同樣具備“三循環(huán)”，即噴霧水循環(huán)、冰水循環(huán)、濕空氣循環(huán)。分析和測(cè)試了噴淋水量、迎面風(fēng)速、濕球溫度對(duì)濕冷系統(tǒng)制冷性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:迎面風(fēng)速和噴淋水量是影響濕冷系統(tǒng)運(yùn)行效果的主要因素,換熱系數(shù)隨著迎面風(fēng)速和噴淋水量的增加而增加，達(dá)到最佳值后增加趨勢(shì)平緩。當(dāng)噴淋水量從0.08m3/h增至0.2m3/h，制冷量平均變化率增加了60.7％，確定最小噴淋

8、水量為0.14 m3/h;迎面風(fēng)速取1.5～4m/s范圍，總換熱系數(shù)增加了46％，空氣對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)和能效比(EER)分別增加了43％和5％，最佳迎面風(fēng)速3 m/s，最小噴淋水量0.14m3/h時(shí)，換熱系數(shù)高達(dá)114.78W/(m2·K);噴淋水的溫度對(duì)空氣降溫幾乎無(wú)影響;制冷量和能效比(EER)均隨入口濕球溫度的升高而減小，空氣濕球溫度從12℃增大至24℃時(shí)，制冷量和能效比分別減少了5％和5.3％，空氣入口濕球溫度高對(duì)換熱不利，此濕冷系

9、統(tǒng)適合北方干燥的地區(qū)使用;干工況下總換熱系數(shù)比噴霧工況總換熱系數(shù)下降了75％，該濕冷系統(tǒng)預(yù)冷時(shí)間短，實(shí)現(xiàn)低溫(3.8℃)、高濕（92％RH～100％RH）且相對(duì)穩(wěn)定的保鮮環(huán)境。
　　(5)冰水制冷保鮮庫(kù)內(nèi)最低溫度在4℃左右，而大多果蔬保鮮溫度介于5℃～7℃區(qū)間，部分農(nóng)產(chǎn)品保鮮需要0℃～4℃，采用鹽水凍冰制冷可大幅降低保鮮庫(kù)溫度，擴(kuò)大農(nóng)產(chǎn)品保鮮貯藏溫度范圍。利用Design-expert8.0軟件分析了迎面風(fēng)速、鹽水濃度、管排數(shù)三個(gè)

10、因素對(duì)保鮮庫(kù)內(nèi)溫度的影響，以溫度最低為優(yōu)化目標(biāo)的最優(yōu)參數(shù)為迎面風(fēng)速3.5 m/s、鹽水濃度10％、5管排換熱器時(shí)，保鮮庫(kù)內(nèi)最低溫度為-1.12℃。
　　(6)按保鮮庫(kù)實(shí)際儲(chǔ)量進(jìn)行2t西紅柿的保鮮計(jì)算。計(jì)算全年運(yùn)行耗冷量及需冰量，與傳統(tǒng)濕冷系統(tǒng)、普通機(jī)械制冷保鮮庫(kù)進(jìn)行成本效益對(duì)比分析，三種保鮮庫(kù)初期建設(shè)成本分別為6.11萬(wàn)元、8.06萬(wàn)元、8.6萬(wàn)元，全年電費(fèi)消耗分別為0.19萬(wàn)元、0.38萬(wàn)元、0.77萬(wàn)元，引入自然冷能可減少0.