能源利用新技術太陽能制冷熱泵第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二

制冷技術是為適應人們對低溫條件的需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。如人體舒適性要求、食物的加工保鮮，材料的特性--超導現(xiàn)象，物態(tài)（氣體分離、液化）等需要利用制冷技術。制冷第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二幾個概念（1）制冷：用人工的方法在一定時間和一定空間內將物體冷卻，使其溫度降低到環(huán)境溫度以下并保持這個溫度。實質：將熱量從被冷卻對象中轉移到環(huán)境中

制冷≠冷卻普冷：120K以上深冷：20～120K低溫：0.3～20K超低溫：0.3K以下空調用制冷技術屬于普通制冷第3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二幾個概念(2)制冷劑：在制冷機中使用的工質稱為制冷劑。(3)制冷機：機械制冷中所需機器和設備的總合稱為制冷機。(4)制冷裝置：將生產(chǎn)冷量的制冷機械和消耗冷量的設備結合在一起的裝置。第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二(1)商業(yè)及人民生活

如人工冰廠、空調、冰箱、冷柜以及食品的冷凍冷藏、保鮮、冷藏運輸?shù)取?/p>

(2)工業(yè)生產(chǎn)及農牧業(yè)

如制藥、啤酒、精密儀器車間等；

農作物的種子進行低溫處理，人工氣候育秧室、蔬菜水果的保鮮等。

(3)建筑工程

如挖掘隧道、建筑河堤時采用的“凍土法”。

(4)科學實驗研究

如各種環(huán)境模擬裝置中創(chuàng)造的人工環(huán)境。

(5)醫(yī)療衛(wèi)生

如藥品、疫苗及人體器官的冷藏保存，手術中采用低溫麻醉等。

(6)尖端科學領域等

微電子技術、能源、新型材料、宇宙開發(fā)等。

(7)氧氣、天然氣(CNG、LNG)等液態(tài)運輸

天然氣：1立方米（液態(tài)）＝621立方米（標準氣態(tài)）

氧氣：1立方米（液態(tài)）＝800立方米（標準氣態(tài)）

第5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二發(fā)展歷史

（1）制冷技術的發(fā)展歷史1755年乙醚蒸發(fā)制冷----制冷技術的開始1834年第一臺乙醚蒸汽壓縮式制冷機1875年氨蒸汽壓縮式制冷機壓縮式制冷機占統(tǒng)治地位1859年氨水吸收式制冷機1910年蒸汽噴射式制冷機19世紀制冷技術基本成形第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二1910年第一臺以氨為工質的冰箱問世1920年美國開利公司制造出第一臺開啟式壓縮機的臥式柜型空調器1930年第一臺以氟利昂為工質（R-12)的制冷機問世1951年第一臺窗式空調器正式問世1964年我國第一臺“雙鹿”牌——窗式空調器問世80年代末我國電冰箱產(chǎn)量占全世界第一位90年代中我國空調器產(chǎn)量占全世界第一位第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二

制冷技術的發(fā)展概括起來可分為兩個階段：（1）天然冷源的應用階段古代~18世紀中期。采用的天然冷源主要是指冬季儲存的天然冰和夏季使用的深井水。（2）機械制冷階段

18世紀中期~今。

1755年是人工制冷史的起點?，F(xiàn)代制冷技術作為一門科學是由19世紀中后期發(fā)展起來的，到20世紀具有更大的發(fā)展。第8頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二（2）近代的突破性進展微電子和計算機技術的應用新材料在制冷產(chǎn)品上的應用機器設備的發(fā)展制冷工質開的開發(fā)

第9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二（4）制冷技術的研究方向減少能耗，如充分利用太陽能、地熱能等；合理選擇和利用制冷劑；提高制冷機的機械熱力性能。第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二制冷方法

制冷的基本方法（1）相變制冷*液體氣化*固體溶化與升華（2）氣體膨脹制冷（3）逆向可逆循環(huán)*逆卡諾循環(huán)

制冷的具體方法*蒸汽壓縮式制冷*吸收式制冷*蒸汽噴射式制冷*壓縮式氣體制冷循環(huán)*氣體渦流制冷*熱電制冷*固體吸附制冷第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二制冷工質開的開發(fā)

1934年美國人波爾金斯試制成功了第一臺以乙醚為工質、閉式循環(huán)的蒸氣壓縮式制冷機。

1830～1930，主要采取NH3、CO2、空氣等作為制冷劑；

1930～1990，主要采用氟里昂作為制冷劑；

1990～，積極尋找無污染的制冷劑，替代氟利昂。第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二蒸汽壓縮式制冷

按著熱力學第二定律，把熱量從低溫熱源傳遞到高溫熱源需要外界做功。

制冷劑氟利昂

CFC含氯氟化碳

HCFC含氫氯氟化碳

第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二制冷劑制冷劑：乙醚（1834）水二氧化碳（1866）氨（1870）二氧化硫（1876）氯甲烷（1878）氟利昂（Freon）（1930）氟利昂是飽和碳氫化合物的氟、氯、溴的衍生物的總稱

R12(1931)、R11（1932）、R114（1933）、R113（1934）

R13（1945）R14（1955）丙烷（C3H3）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）丙稀（C3H6）、丁烷（C4H10）、戊烷（C5H12）第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二對制冷劑的要求1、臨界溫度較高2、適宜的飽和蒸氣壓力3、凝固溫度低4、粘度和比重小5、導熱系數(shù)高6、絕熱壓縮系數(shù)小7、液體比重小8、循環(huán)的熱力完善度盡可能大9、不易燃、不爆炸、無毒、無腐蝕10、價格便宜、易于獲得第15頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二CFC、HCFC的替代問題1974年，Molina和Rowland發(fā)現(xiàn)氯氟碳化合物擴散到上層大氣，被紫外線分解成氯原子，同溫層中的臭氧就被催化破壞使臭氧層減薄或消失。同溫層離地面11~45公里，存在臭氧層能吸收90%的紫外線。第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二后果（1）紫外線增強，皮膚癌和白內障發(fā)病增多，人的免疫系統(tǒng)受到危害，每衰減1%，皮膚癌發(fā)病率增加4~6%（2）生態(tài)破壞，食品鏈破壞，損傷生物的細胞，阻止發(fā)育或產(chǎn)生變異，致使農作物和漁業(yè)減產(chǎn)。（3）產(chǎn)生附加溫室效益。CFC+甲烷的總和=CO2

平均氣溫上升，海平面回升，南極冰川有融化的趨勢。第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二CFC含氯氟化碳

壽命臭氧消耗潛能值溫室效應潛能值R1165年接近11R12120年接近12.8~3.4R113180年接近14.15R114180年接近14.15R115180年接近14.15R13400年接近15.1R501400年接近15.1HCFC含氫氯氟化物R2220年<0.10.35HFC含氫無氯氟化碳（R134aR152a等）R134a00.25第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二禁用問題1987年蒙特利爾協(xié)定對二類8種CFC限制使用

CFC：R11、R12、R113、R114、R115Halon：1211、1301、24021992年哥本哈根CFC1995年停止使用

HCFC2020年達到96年的0.5%2030年完全禁用

第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二30年代使用氟利昂，有50年的歷史R11、R12：空調制冷、泡沫塑料、發(fā)泡劑R113：清潔劑R114、R115：高溫制冷劑Halon：滅火劑停止使用CFC后,尚有大量CFC存在和繼續(xù)逸散，至少50年后才開始恢復，200年后恢復到1970年的水平。

第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二對策、替代（1）HFC134a可替代CFC12（2）混合工質

HFC+HCFC+HC（考慮可燃和阻燃）

410A407C（3）天然工質HC

丙烷碳氫化合物（hydrocarbon)

氨NH3（anmonia)

二氧化碳CO2發(fā)展新型制冷方法汽波制冷吸收式制冷磁制冷第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二單級壓縮制冷循環(huán)hp12345PkP0冷凝器蒸發(fā)器1245節(jié)流裝置壓縮機冷凝壓力Pk由冷凝溫度決定為了制取更低的溫度必然要求降低蒸發(fā)溫度冷凝溫度受冷卻介質（環(huán)境）溫度的限制，變化范圍有限蒸發(fā)溫度的降低導致蒸發(fā)壓力P0下降第22頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二氣體絕熱膨脹制冷第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)1.組成設備：蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流閥、吸收器、發(fā)生器、溶液泵。

①吸收器：吸收制冷劑蒸氣

②發(fā)生器：加熱、釋放制冷劑

③溶液熱交換器：內部能量利用，提高效率

④溶液泵：加壓作用

2.循環(huán)：制冷劑循環(huán)

溶液循環(huán)第24頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二太陽能吸收式制冷系統(tǒng)第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二6°C12°C冷凍水冷卻水進冷卻水出熱源：蒸汽或熱水tc~45°C~95°C~70°Cto~4°CCondenserGenerator壓力大約.80mbar(8kPa)壓力大約.8,2mbar(0,83kPa)ta~35°CEvaporatorAbsorber~50°C~70°C~27°C~32,5°C~37°CRefrigerant(Water)SteamorHotWaterDilutedSolution(LiBr)ConcentratedSolution(LiBr)TowerWaterChilledWater第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二溴化鋰吸收式制冷機第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二氨吸收式制冷第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二泵吸收器換熱器發(fā)生器蒸發(fā)器節(jié)流閥QL載冷體水低品位蒸汽TR、QR冷凝器QH水氨吸收式制冷第29頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二蒸氣壓縮式與吸收式制冷機的比較吸收式制冷機是一種以熱能為主要動力的制冷機。蒸汽壓縮制冷循環(huán)：壓縮機（消耗機械功）吸收式制冷循環(huán)：吸收器，發(fā)生器，換熱器，泵

（消耗低品位熱量）

第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二太陽能吸附式制冷

太陽能固體吸附式制冷是利用固體吸附劑（例如沸石分子篩、硅膠、活性炭、氯化鈣等）對制冷劑（水、甲醇、氨等）的吸附（或化學吸收）和解吸作用實現(xiàn)制冷循環(huán)的。吸附劑的再生溫度可在80—150℃之間，也適合干太陽能的利用。第31頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二能夠在55－85oC熱源溫度下有效工作；適合太陽能以及其它低品位熱能應用；目前已小批量生產(chǎn)制冷機組性能性能指標單位制冷量8.5kW冷凍水出水溫度10oC冷凍水流量1.5t/h冷卻水進口溫度32oC冷卻水流量5t/h熱水進口溫度85oC熱水流量3.6t/hCOP0.4冷凍水系統(tǒng)工作壓力0.6