地热尾水驱动的吸收压缩复合式热泵系统理论及实验研究

• 作 者: 邱泽正
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 吸收压缩式热泵 竖直管外降膜 系统分析 换热器

我国温度在20--40℃地热资源非常丰富，此外也有大量该温度段的地热尾水、工业余热废水排出。然而，与此同时我国用于供暖的能源消耗量也非常大。所以，如果能合理回收这部分能量用于供暖，其意义重大。热泵作为一种有效回收低温余热用于供暖的方法，得到了广泛的认可。但是对于使用常规压缩机的普通热泵机组来说很难达到供热温度，市场上多数高温热泵都存在压缩比过大，压缩机耗功过多而导致制热效率低下。在所有的热泵技术中，吸收压缩复合循环由于其能以较低的压缩比与吸收压力得到较高的制热温度而引起了学者们的关注。同时吸收压缩式循环由于使用多元工质，使得其可以通过浓度的调节来适应多种工况并取得较高的COP。　　
在吸收压缩式热泵中，由于在低温条件下发生，所以换热器对系统性能至关重要。现有的研究发现：适当的改善发生器性能，系统COP有着大幅增加。本系统中发生器形式的选择尤为重要。尽管对竖直管外降膜换热器低温发生工况下的性能研究较少，但近年来由于其较低的传热传质阻力和较高的换热能量引起广泛关注。在工质方面，国内外学者作了大量研究，氨水由于其良好的物理性能得到广泛关注。因此本系统选用竖直管外降膜发生器作为系统部件、氨水为工质进行研究。　　
本文为了优化以地热尾水驱动的吸收压缩复合式热泵（CAHP）系统，分别针对系统与发生器建立两个模型。模拟分析了溶液浓度、循环倍率、热源等因素对系统的影响。根据获得的优化参数，采用新型的竖直管外降膜换热器，搭建了实验台。以氨水为工质进行了实验研究。结果表明，实验获得的结果与优化设计较为吻合。在系统稀溶液平均浓度52％时，系统最优化溶液浓度差为11%。通过对稀溶液平均浓度38%、52%两种浓度对比实验表明，在相同的压缩比、热源温度条件下，较高的溶液浓度易于得到较高的制热温度和较低的循环倍率。当热源温度在35-45℃时，系统制热温度为65-70℃，系统COP达到4以上。