[01168920]太阳能与生物质能联合驱动吸附制冷系统关键技术研究

1.任务来源： 河南省教育厅科学技术研究重点项目（14A480005） 2.应用领域和技术原理： 本项目为河南省教育厅科学技术研究重点项目“绿色建筑中可再生能源集成应用关键技术研究（14A480005）”的核心关键技术之一,着重研究适合于代替化石燃料可再生能源的太阳能、生物质能等低品位能源驱动的吸附制冷系统方案。根据农村可再生能源条件,针对目前我国农村产业结构调整、农户产业模式的发展现状,通过理论分析和试验研究,提出了一种作为油麦菜等果蔬的真空预冷+贮藏冷库的冷源,适合于太阳能、生物质能等低品位能源驱动吸附式制冷系统的设计方案。研究利用太阳能和生物质能联合驱动、以玉米秸秆为原料经磷酸化处理进行粒状活性炭制备、用于活性炭-甲醇工质对的吸附式制冷系统,可为果蔬等农产品种植园区实现农户自建小型保鲜贮藏冷库提供有效的技术支持,以期缓解当地果蔬等农产品集中上市的销售压力,解决当地因销售不畅、物流滞后等问题。 3.性能指标（写明计划任务书或合同书要求的主要性能指标和实际达到的性能指标） （1）计划任务书的主要性能指标： 1)分析基于热源变化特性及其对吸附机组性能的影响,设计联合制冷系统的运行方案。 2)基于强化传热传质的机理分析,设计一种用于实验室小试、带有分散到吸附剂中的矩形支管的圆形刺孔膜片式吸附质管的壳管式吸附床。 3)针对生物质锅炉与太阳能联合匹配驱动吸附制冷系统实际并网运行进行分析,通过系统仿真和试验测试,研究生物质能与太阳能的适配性（耦合过程）问题。 4)搭建吸附性能模拟试验台,采用重量法测试制备的粒状活性炭对甲醇的吸附、解吸能力,着重研究了活性炭-甲醇工质对的性能参数及吸附制冷循环中的吸附量、吸附率等对联合系统制冷性能的影响。 5)采用理论分析、数值模拟与工程应用相结合的研究方法,验证设计方案在真空预冷中应用的可行性及关键技术和技术难点。 6)本项目结合理论分析、模拟与试验研究结果,从理论和试验层面上,注重研究成果转化与推广。 （2）实际达到的性能指标: 1)设计了一种用于实验室小试、带有分散到吸附剂中的矩形支管的圆形刺孔膜片式吸附质管的壳管式吸附床。 2)通过系统仿真和试验测试,研究生物质能与太阳能的适配性（耦合过程）问题。研究结果表明,生物质能与太阳能匹配与否对系统的制冷量有较大的影响,反映了系统供冷能力与末端热负荷具有同向变化的特性。 3)设计了生物质锅炉与太阳能联合匹配驱动吸附制冷系统的设计方案;结合当地生物质能资源情况和气候条件的不同,提出适宜于系统运行的三种控制模式。 4)搭建了吸附性能模拟试验台,采用重量法测试制备的粒状活性炭对甲醇的吸附、解吸能力,着重研究了活性炭-甲醇工质对的性能参数及吸附制冷循环中的吸附量、吸附率等对联合系统制冷性能的影响。 5)采用理论分析、数值模拟与工程应用相结合的研究方法,验证设计方案在真空预冷中应用的可行性及关键技术和技术难点。 4．总体性能指标与国内外同类研究比较 本项目研究生物质热水锅炉和太阳能集热器在相互匹配联合运行时,相互促进,相互制约,整个系统耦合性难度极大。研究旨在分析双热源联合运行时,双热源在联合工况下动态使用、相互调节的适配关系,从而优化整个系统运行性能。 从国内农村的特点出发,研究新型作为油麦菜等果蔬的真空预冷+贮藏冷库的冷源,适合于太阳能、生物质能等低温热源驱动吸附式制冷系统具有较大推广应用价值,将能最大限度延长油麦菜等果蔬的贮藏和运输期以及货架期。 5．成果的创造性、先进性。 从提高果蔬贮藏品质角度出发,分析了以太阳能、生物质能等低温热源驱动、适合于市区城郊果蔬种植园区及缺电边远山区等区域的果蔬保鲜贮藏的吸附式制冷系统设计方案的研究和取得的成果已在模拟试验台上完成并网运行,并得到良好的实际运行效果。 6．作用意义。 能有效地使用太阳能与生物质能作为能源搭配组合,重点解决了实际运行中两热源之间适配性问题,所使用太阳能和生物质能均为可再生能源,符合国家能源发展规划,对推进分布式能源的应用、改善能源结构、促进环境保护具有重要意义。 7．推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见。 根据我国不同区域的生物质能、太阳能资源情况与气候条件的不同合理地选择生物质能和太阳能匹配组合方案和不同运行控制模式,能够保证系统高效的运行,满足不同地区的需求,可在全国范围内推广使用。 2)存在的问题 ①需要进一步对生物质成型燃料热水锅炉与平板型太阳能集热器构成的双驱动热源系统耦合进行深入研究; ②建议在后续的应用研究方面,需要结合生物质锅炉与太阳能联合匹配驱动吸附制冷系统并网运行实际,进一步跟踪观测,获取运行试验数据; 根据我国不同区域的生物质能、太阳能资源情况与气候条件的不同合理地选择生物质能和太阳能匹配组合方案和不同运行控制模式,能够保证系统高效的运行,满足不同地区的需求,可在全国范围内推广使用。