太阳能氨水吸收制冷系统的设计文档格式.docx

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范智平

日期：

2013年6月1日

在现代社会生产以及人们的日常生活中制冷机得到广泛应用。

本文设计的是一种以AT89C51单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的太阳能氨水吸收式制冷系统的设计。

介绍了太阳能集热器和氨水吸收式制冷机的结构、原理和特点。

该控制系统可以用DS18B20实时采集检测到温度信号并可以通过按键设置设定的温度。

同时用LED八段数码管显示检测到的温度与设定的温度。

通过检测到的温度与设定的温度比较来控制溶液泵电机的运转状态。

关键词：

太阳能集热器；

吸收式制冷；

单片机；

DS18B20；

引言

能源是人类活动的物质基础。

人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。

在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。

虽然我国矿物能源储量总量比较丰富，但是由于我国人口基数大，人均能源资源拥有量在世界上处于较低水平。

煤炭和水力资源人均拥有量相当于世界平均水平的50%，石油、天然气人均资源量仅为世界平均水平的1/15左右。

耕地资源不足世界人均水平的30%，制约了生物质能源的开发。

中国是目前世界上第二位能源生产国和消费国。

能源供应持续增长，为经济社会发展提供了重要的支撑。

能源消费的快速增长，为世界能源市场创造了广阔的发展空间。

中国已经成为世界能源市场不可或缺的重要组成部分，对维护全球能源安全，正在发挥着越来越重要的积极作用。

中国政府正在以科学发展观为指导，加快发展现代能源产业，坚持节约资源和保护环境的基本国策，把建设资源节约型、环境友好型社会放在工业化、现代化发展战略的突出位置，努力增强可持续发展能力，建设创新型国家，继续为世界经济发展和繁荣作出更大贡献。

太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁、可再生绿色能源，处处均可开发运用、无需开采和运输、不会破坏生态平衡和污染环境，合理利用太阳能可以有效缓解能源紧张的问题。

我国是太阳能资源十分丰富的国家之一，太阳能的开发与利用将有巨大的市场前景，它不仅具有明显的经济效益，而且还带来很好的社会效益、环境效益。

大规模开发和利用太阳能是世界各国政府和学者都十分重视的热门课题。

我国已经把太阳能利用作为可再生能源的重要组成部分，并出台了一系列的政策指导性文件，鼓励和支持太阳能太阳能利用的研究开发和应用。

第一章概况及现状分析

1.1课题研究的背景

臭氧层被破坏是当今全球性环境问题之一．它对人类所赖依生存的环境造成了巨大的损害，保护臭氧层已经成为世界各国义不容辞的迫切任务。

削减和淘汰消耗臭氧层物质（ODs）不仅对保护具氧层而且对保护环境有着十分重要的意义，也是许多相关领域中开展科学研究和技术革新的强大推动力。

随着世界经济的快速发展，人类已面临着日益严重的全球气候变暖和能源枯竭的威胁，因此，太阳能、地热和工业废热等低品位能源的利用己被人们所关注。

而吸收式制冷，以其具有可直接利用低晶位热源驱动、不使用对臭氧层有破坏作用的CFCs为工质等独特的优点，也越来越受到人们的青睐。

研究如何高效利用工业余热、太阳能和地热，采用吸收式制冷循环进行制冷，减小制冷设备的体积，对加快CFC替代进程、节约能源具有重要的现实意义。

日常生活中，我们对太阳能集热器的应用比较多见，而对吸收式制冷机的应用相对比较少，即使常见的溴化锂吸收式制冷机大多也只是应用在酒店、宾馆的中央空调系统，吸收式制冷机还没有走进寻常百姓的家庭。

以热能为动力的氨水吸收式制冷机，其中水是吸收剂，氨水是制冷剂。

早在十九世纪五十年代第一台氨水吸收式制冷机就已经被试制成功，并在工业生产中得到应用。

蒙特利尔议定书的制定将使我们普遍使用的CFC及HCFC制冷工质将会逐步禁用，各国科学家不得不另辟蹊径寻找其他的工质。

在这种情况下，以氨作为制冷剂的各种系统，特别是氨水吸收式制冷系统又重新受到人们的重视。

现在在吸收式制冷机中，只有两种普遍实用的工质对，它们是以氨为制冷剂，水为吸收剂的氨与水和以水为制冷剂，溴化锂为吸收剂和溴化锂与水。

由于水作制冷剂，蒸发温度不能达到0℃以下，因此以溴化锂水溶液为工质的吸收式制冷机，虽然有许多的优点，但它的不足在于只能产生0℃以上的冷媒水供空调和某些工艺冷却使用。

氨水吸收式制冷机可以获得O'

C以下的低温，氨水吸收式制冷机所需热源温度不需很高，低于200℃，而产生的蒸发温度范围可达+10℃到-60℃，与压缩式制冷相比，它具有噪音小、变负荷性能好、调节方便等优点。

其最大的特点在于能够利用低品位的热能，可以用工业余热、废热、太阳能、地热能等作为动力，使能源得到充分合理的利用，并可大量节省电力。

所以它在那些既需冷量较多，又有余热或热电联产的企业中特别适用。

例如炼油、石油化工、化肥、橡胶、食品加工和冷藏、酿酒等企业中应优先考虑采用。

从我国的实际情况来看，一方面电力供需矛盾突出，若继续发展压缩式制冷

机，则势必加剧电力供应的紧张：

另一方面热能的有效利用率远远落后于工业发

达国家。

据预测，2000年，我国余热资源全年将达到2．9亿吨标准煤，其中200℃～280℃以下的低品位余热比重若按64％～65％估计，2000年将达到8亿吨标准煤。

所以综合利用能源，发展可用低品位热能氨水吸收式制冷机，以最大限度的节省电力是大有可为的。

太阳能吸收式空调技术的研究发展

1.2太阳能吸收式制冷技术的研究发展

在我国，太阳能制冷及空调的研究始于20世纪70年代后期，其中多数是小型的氨-水吸收式制冷试验样机。

例如：

天津大学1975年研制的连续式氨-水吸收式太阳能制冰机，日产冰量可达5.4kg；

北京师范学院1977年研制成功1.5m2干板型间歇式太阳能制冰机，每天可制冰6.8～8kg；

华中工学院研制了采光面积为1.5m2，冰箱容积为70L，以氨-水为工质对的小型太阳能制冷装置。

1987年，中国科学院广州能源研究所与香港理工学院合作在深圳建成了一套科研与实用相结合的示范性太阳能空调与热水综合系统。

“九五”计划期间，国家科委把“太阳能空调”列为重点科技攻关项目。

1998年在广东省江门市建成的一套大型太阳能热水示范系统建造在一栋24层的综合大楼上，采用平板型集热器和一台100kW的两级吸收式制冷机。

1999年在山东省乳山市科普公园的太阳能馆又建成了一套大型太阳能空调及供热综合示范系统，系统采用热管式太阳能集热器和100kW的单级溴化锂制冷机。

国家科技攻关项目北京天普太阳能集团的新能源示范大楼2003年正式建成，总建筑面积8000m2，系统采用热管式真空管集热器和U型管式真空管集热器，空调制冷采用一台200kW的单级溴化锂制冷机，并采用一台地源热泵机组作为辅助。

2006年7月份，由长沙远大空调公司自主开发研制的太阳能空调已经落户天津华苑软件园。

此太阳能系统由两台制冷量5815kW太阳能直燃机、166个集热模块、阳光跟踪系统及相关控制系统构成，为建筑面积12万m2 

大厦提供制冷、采暖。

国内近期关于此项工作的研究方面，大连理工大学的徐士鸣教授等研究了以空气为携热介质的开式太阳能吸收式制冷系统特性并取得了多项研究成果；

中国科学院广州能源研究所在太阳能空调系统的整合设计方面进行了开拓性的工作；

华中理工大学的舒水明教授主要进行了太阳能吸收式制冷系统蓄能技术方面问题的研究；

上海交通大学的王如竹、刘艳玲提出了一种太阳能燃气联合驱动的双效溴化锂吸收式空调。

在国外，1983年世界上最早的大型太阳能吸收式制冷系统在阿拉伯半岛国家科威特安装完成，该系统为建筑面积530m2科威特国防部办公楼提供制冷。

1995年约旦大学的M.HAMMAD等人研制了改进了的第二代太阳能驱动溴化锂制冷机。

1998年5月由北京桑达公司为德国斯图加特Meissner&

Wurst公司建造的太阳能吸收式空调系统建成。

国外各种研究同样集中于寻求新的工质对、太阳能集热器的结构与循环性能的关系、系统能量平衡研究、制冷与制热联合工作研究等方面。

1.3太阳能氨水吸收制冷系统组成与工作原理

本课题结合实际状况设计了一个太阳能驱动的氨水吸收式制冷系统，它是用太阳能集热器提供的热能来驱动氨水吸收式制冷机制冷，主要由太阳能集热器和氨水吸收式制冷机两大部分构成。

在我设计太阳能氨水吸收制冷系统的设计之前，首先了解一下太阳能氨水吸收制冷系统的基本组成与工作原理深。

由于吸收式制冷机可以利用低品位能源作为动力，并且制冷剂不用氟里昂，因而可以节能降耗，减少温室气体和氟里昂对大气环境的污染。

太阳能氨水吸收式制冷系统，是用太阳能集热器提供的热能来驱动氨水吸收式制冷机制冷，主要由太阳能集热器和氨水吸收式制冷机两大部分构成。

日常生活中，我们对太阳能集热器的应用比较多见，而对吸收式制冷机的应用相对比较少，即使常见的溴化锂吸收式制冷机大多也只是应用在宾馆、酒店的中央空调系统，吸收式制冷机还没有走进寻常百姓的家庭。

下面就家用太阳能氨水吸收式制冷系统的组成与工作原理作一分析探讨。

[1]

1.3.1太阳能集热器的工作原理

图1.1太阳能集热器

太阳能氨水吸收式制冷系统的开发实际上是个成熟技术的组合应用问题。

既然太阳能热水器能为我们的日常生活提供热水，同样地我们可以利用太阳能热水器提供的热媒水，来驱动氨水吸收式制冷机制冷，满足人们使用制冷空调的愿望和需要。

目前太阳能集热器的制造技术已经成熟，太阳能热水器提供的热媒水可以满足氨水吸收式制冷机的要求。

下面对太阳能集热器的工作原理和结构特点作一介绍。

太阳能集热器在吸收了太阳光辐射以后，集热管会吸收太阳光的热量使集热器的内温度会上升，集热管内的存储水的温度也随之升高。

我们知道水的温度升高，水的比重会减轻，集热管中的水便会经上面的水管进入蓄水箱上部。

但是蓄水箱下部存储的冷水有较大比重，就会由蓄水箱下部的水管流到集热器的下方。

流进的冷水在集热器内吸收热量后，水的比重又会减轻，水又上升到水箱内。

蓄水箱内的水不断对流循环，水温会逐渐提高，直到散失的热量与吸收的热量相平衡时，水的温度不会再升高时为止。

这种热水利用循环加热的原理，因此又被称循环热水器。

集热器是一种利用温室效应，将太阳能辐射转换为热能的装置，该装置与一般热水交换器不一样，热交换器通常只是液体到液体，或是液体到气体的热交换过程，而平板行集热器时直接将太阳辐射传给液体或气体，是一个复杂的传热过程。

平板型集热器结构形式很多，世界上已实用的集热器就有直管式、瓦楞式、铝翼式、扁管式等二十多种。

1.3.2氨水吸收式制冷机组成及工作原理

氨-水吸收式制冷机是一种以热能为动力的制冷机，其中水是吸收剂，氨水是制冷剂。

下面将氨-水吸收式制冷机的组成及工作原理以及工质的循环过程介绍如下。

1氨-水吸收式制冷系统的组成

氨－水吸收式制冷系统由发生器、吸收器、溶液泵、冷凝器、蒸发器和节流阀所组成。

如图1.2所示

图1.2氨水吸收式制冷系统的组成部件

2氨－水吸收式制冷系统工作原理

氨－水吸收式制冷系统是利用氨和水所组成的氨水二元混合溶液作为工质来运行的。

氨和水两种物质在相同的压强下具有不同的沸点，在一个物理大气压下，氨的沸点为-33.4℃，水的沸点为100℃，两者相差仅133.4℃。

我们把高沸点的组分称作为吸收剂，把低沸点的组分称作为制冷剂。

在氨－水吸收式制冷系统中我们把氨作为制冷剂，把稀氨水溶液作为吸收剂，利用氨水溶液的浓度随着压力和温度变化将产生变化的物理性质，将制冷剂与氨水溶液分离，系统通过制冷剂的蒸发而制冷，又通过溶液实现对制冷剂的吸收。

由于这种制冷方式是利用吸收溶剂的质量分数变化来完成制冷剂循环，所以被称为吸收式制冷。

制冷剂的循环过程：

在氨—水吸收式制冷机运行过程中，当氨水溶