二次冷凝除霜冷库制冷系统运行特性

针对冷库蒸发器除霜能耗大的问题,以二次冷凝除霜冷库为研究对象,建立了系统热力学模型,通过试验验证了二次冷凝除霜模型的有效性,并对比热气旁通除霜模型验证其节能性。为优化二次冷凝除霜冷库除霜性能,设计试验研究不同因素对系统运行能耗的影响,通过改变不同的蒸发器传热温差、蒸发温度和冷凝温度,获得系统除霜周期能耗并进行对比分析。结果表明：1)蒸发器传热温差宜取7～9℃;2)蒸发温度降低,二次冷凝除霜周期能耗增加,但相比热气旁通除霜节能性增加,当冷凝温度为34～38℃,蒸发温度为-20～-10℃时,单位冷库容积二次冷凝除霜周期能耗为0.055～0.080 kW·h/m³,相比热气旁通除霜节能12.7%～15.8%;3)冷凝温度增加,二次冷凝除霜周期能耗增加,同时相比热气旁通除霜节能性增加,当蒸发温度为-15℃,冷凝温度为34～38℃时,单位冷库容积二次冷凝除霜周期平均能耗为0.067 5～0.078 5 kW·h/m³,相比热气旁通除霜节能12.3%～16.5%。该研究可为制冷系统的节能运行提供参考。     

移动式冷库性能及其冷却均匀性分析

针对果蔬冷链运输过程中采摘后的“最先一公里”的保鲜问题,该研究开发了一种移动式冷库。该设备用于田间果蔬预冷以及冷藏,以消除果蔬采摘后的田间热和呼吸热。对该设备冷库库板的导热热阻、机组制冷系数以及冷库内部的冷却均匀性进行了性能试验研究,并采用温度异质性系数和温度变异系数用以评价冷库内部的冷却均匀性。结果表明,冷库板的导热热阻为3.98 m²·℃/W,制冷一体机的制冷系数为2.07,具有较高的导热热阻以及制冷系数,有利于设备的节能运行;设备运行过程中冷库门侧左上角测点处具有较低的温度异质性系数为0.08 %,制冷机组侧右上角测点处具有较高的温度异质性系数为0.48 %,冷库整体的温度变异系数为0.034%,不论是温度异质性系数还是温度变异系数均低于0.5 %,可以认为该冷库具有较高的冷却均匀性,将有利于降低果蔬预冷过程的损腐率。     

湿冷系统运行特性及其在果蔬预冷保鲜中的应用研究

提出湿冷系统所具有的“三循环”特征，分析了该系统中气液传热传质机理，通过对物料的适应性试验，对系统的运行特性进行了检测，说明湿冷系统的优点在于：蒸发器不用除霜，提高了制冷压缩机的运行效率，冷库具备较为稳定的高湿低温环境，比普通机械冷库更适合于果蔬的预冷和储藏保鲜     

基于辐射制冷技术的冷链保温箱隔热性能测试与能耗分析

针对冷链运输装备运行过程中高能耗的问题，引入辐射制冷技术，减少装备得热量，达到降低运输能耗，节能减排的目的。该研究以冷链保温箱为研究对象，将所研制辐射制冷涂料应用于冷链保温箱外表面并展开隔热性能测试。试验表明，涂覆辐射制冷涂料后，保温箱外表面平均温度较未加辐射制冷涂料下降0.7～6.9 ℃，峰值温度最高降低了17.3 ℃，降幅达28.5%；内表面平均温度下降3.6～5.5 ℃，峰值温度最高下降了7.7 ℃，降幅达15.0%；箱内空气平均温度下降4.0 ℃。同时，箱内温度均匀性得到改善，温度极差降幅为30.2%～30.7%，温度方差降幅为26.3%～29.9%。在试验基础上，研究构建保温箱传热模型，分析涂覆辐射制冷涂料的节能减排效益。与普通冷链保温箱相比，涂覆辐射制冷涂料后，1.5 m3容积的冷链保温箱全年漏热量减少44.3 kW·h，最高减少碳排放量51.8 kg（以CO2计）；此外，通过对保温材料厚度、涂料类别分析可知，辐射制冷涂料在运用于保温层较薄的保温箱时，效果较佳，且在改善保温箱隔热性能同时可增大保温箱的有效容积；从节能降耗的角度出发，建议冷藏运输装备外表面涂装采用具有高反射比的浅色涂料。研究可为冷链运输装备节能运用提供新思路，对有隔热要求的粮库、冷库、油罐等农业设施亦具有参考意义。     

基于竖管降膜的多效太阳能苦咸水蒸馏器设计及性能分析

工业化太阳能苦咸水淡化系统对基础设施要求高,无法满足当前缺水地区小型分布式淡水制备的需求。针对上述问题,该研究提出一种新型基于竖管降膜的多效太阳能苦咸水蒸馏器,其具有液膜蒸发、多效运行、传热热阻小、热能利用效率高等特点。基于封闭小空间内蒸发冷凝机理,分析装置内水蒸气传热传质过程,基于此,分别测试定输入功率运行工况下,一效、二效、三效和四效蒸馏器的产水速率、蒸发温度和冷凝温度的变化规律,研究不同效数对装置单位能耗产水率l和性能系数(Gain Output Ratio,GOR)等的影响,分析多效太阳能苦咸水蒸馏器的投资回收周期等经济评估参数。结果表明,装置单位能耗产水率、产水速率和性能系数均随运行效数的增加而增大,当输入电功率为200W时,四效苦咸水蒸馏器达到稳态运行时单位能耗产水率和产水速率分别为1.45 g/kJ、1.039 kg/h,分别比三效蒸馏器增加36.80%、35.88%,四效苦咸水蒸馏器运行温度为83.76℃,蒸发冷凝总温差为19.07℃,性能系数达到3.36,投资成本回收周期约为5.69 a,具有较好的分布式制水应用前景。     

微型冷库复合加热循环除霜系统的研制与试验

针对冷冻冷藏库传统除霜方法高能耗、冷库温湿度波动大等缺陷,通过设计系统除霜结构,完善控制策略,研发了一种智能除霜方法。复合加热循环除霜采用时间—压差联合智能控制策略界定最佳除霜点,配备排管辅助制冷技术,基于欧姆龙PLC高精度控制系统使各设备协同完成除霜过程。对复合加热循环除霜系统进行试验研究,对比分析不同除霜方法的工作性能及能耗情况。结果显示:相比于传统电加热除霜,复合加热循环除霜过程冷库温度波动减小3.8℃,相对湿度波动降低21.1百分点,除霜时间缩短14 min,系统除霜节能率达34.5%。     

挂机式自动冷库的研制和应用效果

以设计既具有现代技术水平又适于中国国情、经济实用的冷库为目的,研制了系列挂机自动冷库。通过对冷库的制冷系统、控制系统和围护结构的设计研究,装配了以涡旋式制冷压缩机为核心的壁挂式制冷机组,制造了高精度、自控、多级安全保护和实时化霜的控制系统,确定了土建装配复合式的库体结构。设计研制的系列挂机自动冷库,单元库容几吨到数百吨,可应用于农产品基地预冷加工、冷藏保鲜和农贸市场销售保鲜等,在全国推广应用经济和社会效益显著。     

太阳能辅助闭式热源塔热泵系统冬季制热性能

热源塔热泵系统以空气为冷热源,在冬季制热时其性能会随环境温度的降低而降低。为此研发了可应用陕南地区农村建筑的太阳能辅助闭式热源塔热泵系统,试验研究了冬季工况下系统的制热性能,初步分析了太阳热能与空气热能的互补机理。研究结果表明:系统制热量范围为12.1～15.2 k W,热泵机组性能系数范围为2.3～3.5,系统能效比范围为1.5～2.4,供热温度高于41℃;冷却水温度对压缩机耗电量的影响程度大于防冻溶液温度,冷却水平均温度每升高1℃,压缩要耗电量增加98.1 W,而防冻溶液平均温度每升高1℃,压缩机耗电量减小9.5 W;太阳能辅助热源塔热泵制热模式下,热泵机组通过改变防冻溶液与空气和集热工质换热温差的方法来改变防冻溶液从空气和集热水箱中的吸热量,以实现空气热能与太阳热能的互补。建议在实际应用中应避免供热温度过高以减小压缩机耗电;在集热水箱温度较高时通过降低风机频率减小风机耗电以提高系统综合能效,但应避免风机低频率工作可能给机组安全运行带来的隐患。     

基于CFD数值模拟的冷藏车节能组合方式比较

精确掌握温度控制是实现高质量食品冷链运输的关键,节能减排降低运输成本也是供应商所追求的目标。该文以短距离冷藏运输车为研究对象,以土豆为货物区试验材料,建立了求解冷藏车车厢温度场分布计算模型。模拟过程采用2种不同的风机制冷温度（0和3℃）,依据制冷机组功率和货物最佳冷藏温度,确定运输过程中打开和关闭制冷风机最佳间隔时间。模型以冷气出风口风速、冷气温度、车厢以及货物的初始温度、货物的物性参数为边界条件,采用计算流体力学（CFD）非稳态SST κ-ω计算模型,模拟开启风机和关闭风机不同阶段车厢内温度场的分布情况。结果表明在组合方式为制冷温度3℃,制冷时间和关闭制冷风机阶段都为10 min时比制冷温度为0,制冷时间15 min和关闭制冷风机为20 min时要节约3.6×105 J能耗。该研究为合理选择制冷风机温度和冷却时间最佳组合方式,以及实现节能减排降低运输成本提供了依据。     

直膨式太阳能热泵供暖系统运行控制策略

针对直膨式太阳能热泵用于建筑供暖时稳定性差、效率低等问题,该研究基于构建的直膨式太阳能热泵地板辐射供暖试验平台,提出了一种基于环境参数的系统运行控制策略。热泵采用环保工质丙烷,集热/蒸发器和冷凝器均采用微通道结构,通过蓄热水箱与水循环管路相连,将热量输送到地板辐射供暖系统。基于大量试验数据与分析,拟合得到满足室内热舒适前提下不同环境温度下的供水温度下限,根据实际的太阳辐射强度将水箱内部水温提升至相应设定值以满足蓄热需求。试验结果表明：基于所提出的控制策略,系统能够及时响应环境工况变化,在多种工况都能保证较优的性能并满足舒适供暖需求,系统平均性能系数在2.02～3.58之间,压缩机入口工质过热度稳定保持在7～11 ℃,压缩机排气温度保持在90 ℃以内。所提出的运行控制策略有助于直膨式太阳能热泵供暖系统安全稳定高效运行。     

寒冷地区太阳能减压膜蒸馏RO浓水淡化系统设计与试验

针对目前反渗透(reverse osmosis,RO)浓水的零排放以及膜蒸馏产生的蒸汽冷凝及相变热回收问题,该文设计了一套适用于寒冷地区的太阳能减压膜蒸馏RO浓水淡化系统。系统主要由太阳能集热器、膜蒸馏组件、冷凝装置及真空泵等部分组成。该系统在宁夏银川市贺兰县的苦咸水地区进行了试验,对太阳能的集热效果、减压膜蒸馏的RO浓水淡化效果、冷凝装置的冷凝效果及对温室作物的加热效果进行了测试分析。试验表明:所选的太阳能集热器面积基本可以满足全年的膜蒸馏用热,在反渗透淡水池中设计的不锈钢散热盘管长度可以满足蒸汽冷凝要求,在地表以下30~40cm处铺设地热盘管可以满足蒸汽冷凝要求和温室加热需求。在浓水进水温度为80℃、渗透侧真空压力为-0.080MPa时,减压膜蒸馏系统产水量可以达到37.62L/h,但随着膜蒸馏系统运行时间的加长,膜污染加重,产水量逐渐降低,在系统运行了近240h以后,对膜组件进行清洗,清洗后的系统产水量比清洗前提高了近1.5倍。通过试验验证,该系统基本能够满足寒冷地区温室的使用要求。该研究对降低膜蒸馏系统能耗、解决膜蒸馏的蒸汽冷凝及相变热回收、实现RO浓水零排放、减少浓水对环境污染具有重要意义。     

植物工厂水蓄能型地下水源热泵供热系统节能运行特性研究

植物工厂供热系统中,采用传统能源存在一次能源利用率低且污染严重的问题。地下水源热泵节能环保,如果结合蓄能技术可进一步降低运行能耗。该文以上海崇明自然光植物工厂为例,对水蓄能型地下水源热泵供能系统进行节能运行特性研究。结果表明:水蓄能型地下水源热泵供能系统在冬季运行时,采用基于分时电价政策的间歇运行模式,即在电价低谷时,热泵机组边供热边蓄热;在电价高峰期,充分利用蓄热水箱供热。典型周内供能系统按照间歇模式运行可以维持室内温度17~26℃之间,系统稳定运行时,热泵机组制热功率与耗电功率的比值(coefficient of performance,COP)稳定在4.2左右。其中计算典型日水蓄能型地下水源热泵系统比不蓄能系统节省30.34%的费用,供能系统COP为3.17,进一步说明系统较为高效平稳。系统冬季运行一次能源利用系数0.99,相对于冷水机组与燃煤锅炉配套系统,节能率达到81.05%。计算不同能源冬季加热成本,燃煤、燃气和燃油方式分别是该系统运行成本的1.25、2.93和5.08倍。实践表明,水蓄能型地下水源热泵式供热系统不仅能够移峰填谷,降低运行费用,而且充分合理地利用地热能,节能减排,具有良好的经济和环保效益。     

主动蓄放热-热泵联合加温系统在日光温室的应用

为提高主动蓄放热系统集热效率,增强日光温室抵御低温能力,设计了一套主动蓄放热-热泵联合加温系统。白天运行主动蓄放热系统,将北墙获得的太阳辐射能储存到蓄水池中;根据天气情况及蓄水池水温变化适时开启热泵机组,降低主动蓄放热系统循环水温,进而提升其集热效率;夜间室内气温较低时,通过主动蓄放热系统放热。试验结果表明：与对照温室相比,试验温室夜间气温高出5.26～6.64℃;热泵机组制热性能系数COPHp为4.38～5.17,主动蓄放热系统可为热泵机组热源提供充足的热量,保证理想的热源温度;在日光温室特定的光热环境下,主动蓄放热-热泵联合加温系统的集热效率达到了72.32%～83.62%,总体COPSys值达5.59,节能效果显著。该研究为提高日光温室夜间温度提供了新思路。     

空调降温兔舍热回收通风设备的节能效果

为缓解中国南方湿热气候下夏季兔舍中降温与通风之间矛盾,一种改进的热回收通风设备应用于空调降温繁殖兔舍中,拟解决空调制冷运行能耗成本高的问题。在制冷空调运行阶段,室外气温在31～39℃时,兔舍内温度维持在22～27℃。选取两间均使用空调降温的兔舍分别作为处理舍和对照舍,处理舍中使用热回收通风设备降低通风带来的能量损失,对照舍中没有通风。试验结果表明,相比于对照舍,处理舍中因为通风的原因,温度提高了1.4℃,但同时舍内的NH3和CO2浓度分别降低10%和21%。在整个炎热季节中,热回收的应用能够降低10.2%的空调能耗,热回收效率达到63.3%。试验中,当室内外温度差高于5.1℃时运行热回收通风才是经济的,在中国东南地区典型夏季气候下,一年有501 h满足节能运行的要求,每平米兔舍总计能够节约电量为4.6 kWh。此外,热回收设备的压降和管道系统的通风组织,是提高热回收通风效果的潜在重要因素。     

真空冷却预处理在微波冻干胡萝卜片中的应用

为了探讨真空冷却预处理在微波冻干工艺中应用的可行性,该文以WDG-5型微波冻干设备为平台,以胡萝卜为试验原料,开展真空冷却预处理工艺试验以及3组不同工艺方法包括真空冷却后无冷库冻结、真空冷却后再冷库冻结、无真空冷却处理对微波冻干的影响研究。真空冷却工艺试验中,在真空泵和冷阱制冷机组满负荷运转的工况下,预处理22 min后胡萝卜片达到冰点,物料失水16.5%,在预处理60 min后,物料表层和芯部温度分别为-41.2、-29.5℃,物料总失水20%。3组冻干试验中,与无真空冷却处理组相比,真空冷却后无冷库冻结组、真空冷却后再冷库冻结组的干燥初期微波安全加载功率相对较高,冷冻干燥时间缩短了2 h,总耗电分别节省了17.3%、19.9%;3组试验的冻干胡萝卜片在含水率、复水率、颜色等指标方面均无显著差异,真空冷却后无冷库冻结组、真空冷却后再冷库冻结组的胡萝卜片维生素C保存率均超过80%,而无真空冷却处理组维生素Ｃ保存率为68%。结果表明,在胡萝卜片微波冻干工艺中应用真空冷却预处理技术,有效改善了冻干初期的微波低压放电问题,缩短干燥时间,降低能耗,并提高维生素Ｃ保存率。     

季节性冻土区灌溉管道排空防冻模式设计

为了避免灌溉管道浅埋时管内水体冻胀造成的管道损坏问题,该文提出了可用于季节性冻土区的管道排空防冻模式。根据理论分析和典型设计确定了排空方式、压缩机的类型和工作压力、管道排气容量、管道排空时间和压缩机的覆盖面积。并进行了大田试验测试管道排空时间和管道越冬时的温度。管道排空时间的大田试验结果表明,实测管道排空时间均小于管道排空时间计算值,证明管道排空模式中管道排空时间计算公式有效;管道排空后的温度监测表明,在管道埋深为80 cm时,越冬期间,管沟是否换填对管道内的温度影响不显著,同期温度差值介于0.8～1.23 ℃之间,管内最低温度为(3.66 ℃,越冬后管道均没有损坏,表明管道浅埋排空防冻模式的防冻效果良好。     

翅片结构对航空活塞式风冷发动机缸体强度与传热性能的影响

航空活塞式风冷发动机由于结构紧凑、体积小、质量轻等优势,在通用航空、农业等领域得到广泛运用。针对航空活塞式风冷发动机热负荷问题,该研究以某水平对置四缸四冲程航空活塞风冷汽油机为研究对象,试验测试了标定功率工况下发动机缸内压力,结合缸压试验数据与风冷发动机缸体的结构与传热特性,搭建一维仿真模型,计算获得了缸内燃气侧边界条件。采用热电偶法测试了标定功率工况下缸体关键区域的工作温度,结合缸体温度测试数据与缸内各位置的温度和传热系数,建立流固耦合仿真模型。选择翅片厚度、翅片间距、翅片长度3个主要结构参数分析其对缸体结构强度及传热性能的影响。结果表明,翅片结构对缸体的强度及传热性能影响较大,翅片厚度增大使得温度最大下降19.8℃、应力最大下降33.0 MPa。以翅片厚度、翅片间距、翅片长度3个翅片主要结构参数为因素设计正交试验,计算结果表明,翅片长度变化对缸体温度影响最大;选取最优值优化后与原机相比温度最大下降18.2℃。翅片厚度对翅片强度影响最大,选取最优值优化后与原机相比热应力最大下降50.1 MPa。研究结果可为航空活塞风冷发动机散热翅片的设计与优化提供参考依据。     

动力电池冷热双向循环热管理系统性能分析

基于工质相变换热和无泵循环思路,提出了一种动力电池冷热双向热管理系统。以某款三元锂电池为研究对象,试验测试了冷热双向循环热管理系统的散热和加热工况。结果表明:该系统能实现电池箱低温工况加热与高温工况散热的运行切换管理。散热工况下,换热板采用4根竖管比单根蛇形管的散热能力强;冷凝器侧强制风冷散热与自然对流散热相比,能将系统一换热功率提高10%～44.2%,系统二换热功率提高20%～48.6%;电池箱温度为60℃时,自然对流散热系统换热板的最大温差小于2℃,强制对流散热系统换热板的最大温差小于1℃;在电池初始温度25℃时,1C、2C、3C放电倍率下,放电结束强制对流散热在能将8块电池的平均温度分别降低2.1、3.9、4.7℃。加热工况下,多组试验电池箱的升温效果一致性较好。考虑车辆行驶中换热板倾斜的影响,受制于工质的流量分配,散热工况时温度均匀性优于加热工况。     

太阳能耦合燃料电池联供系统余热回收的运行参数模拟研究

该文将太阳能与燃料电池相结合,构建太阳能耦合质子交换膜燃料电池的联供系统(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)。试验与仿真研究太阳能耦合质子交换膜燃料电池联供系统余热回收的运行参数。试验结果表明:在低温太阳能集热器/空气源热泵热水系统中,储热水箱平均温度为45.55℃,热泵运行温度设定为40～45℃。仿真结果表明:增加PEMFC电堆单电池个数及氢气燃料分压力,可有效提高PEMFC电堆输出电压。提高PEMFC电堆的输出电压及电流的同时,电堆的运行温度随之降低,同时也相应的延长了PEMFC电堆的启动时间。PEMFC电堆循环冷却水进出口温度为45～55℃,当PEMFC电堆循环冷却水进出口温度为50～55℃时,太阳能冷却水进出口温度为40～45℃,PEMFC电堆的运行温度为80.47℃,氢气反应速率为0.015 4 mol/s,板式换热器热效率的合理区间为0.5～0.9。试验及仿真研究结果表明,40～45℃的低温太阳能集热器/空气源热泵热水系统,可连续不断地吸收PEMFC循环冷却水热量,确保联供系统正常运行。     

高精度温压检定系统的研制与试验

目前在低温（＜0℃）状态下尚无能同时对温度、压力、湿度进行标定的现成产品,基于双温双压原理该文研制了一套温、压检定系统,以实现对传感器和仪器设备同时进行温度和压力的标定;在给出系统结构、工作原理的基础上,建立了温度系统和压力系统的数学模型,给出了bang-bang控制和改进PID（proportional-integral-differential）的复合控制方法,最后进行了现场试验,试验结果表明：在系统的绝对压力为30～130 kPa,温度为-70～80℃时,温度测量绝对误差＜0.02℃,压力测量绝对误差≤15 Pa,温度控制绝对误差＜0.03℃,压力控制绝对误差≤18 Pa,温度和压力的目标确定度分别为0.06℃和10 Pa,结果表明该检定系统具有控制精度高、稳定性强和可靠性高的特点,可用于检定、地面仪器考核、探空仪器考核。该研究为进一步研究温、湿、压综合检定系统提供技术手段和试验数据。