通過使用吸收式制冷機提高CO2制冷系統(tǒng)的性能

在制冷系統(tǒng)中使用天然制冷劑是解決諸如全球變暖等重要環(huán)境問題的有效途徑。為替換早期對環(huán)境有害的制冷劑，工業(yè)界已經(jīng)開始使用各種天然制冷劑。最常見的天然制冷劑有CO2、丙烷、丁烷、氨、其中CO2是唯一的一種無毒、不易燃、穩(wěn)定性好且成本低廉的制冷劑。因此，研究人員對CO2制冷系統(tǒng)進行了廣泛和深入的研究，研究的目的旨在提高系統(tǒng)的性能系數(shù)COP。與其他常規(guī)制冷劑系統(tǒng)相比，基于CO2的制冷系統(tǒng)的性能系數(shù)通常比較低。原因主要是：基于CO2的制冷系統(tǒng)的低臨界點溫度低（31.1℃），壓縮過程需要大量的電能消耗。在溫暖氣候條件下，制冷循環(huán)必須以跨臨界模式運行，因此這一問題會更加嚴重，進一步降低了系統(tǒng)性能。

圖1 CO2壓縮系統(tǒng)和用于過冷的吸收式制冷機的制冷配置

已有的文獻明確表明，用過冷方法來增強跨臨界模式下CO2制冷機的性能是一個值得研究的方向。本文將使用吸收式制冷機來提高CO2制冷系統(tǒng)的整體性能，目前嘗試這種過冷方法的研究還很少。本文研究的思路是最佳利用壓縮機產(chǎn)生的廢熱，并將廢熱全部饋入吸收式制冷機。這項工作的另一個新穎之處是對各種散熱溫度進行了詳細優(yōu)化。此外，本文還對所提出的系統(tǒng)可行性進行評估，這是目前唯一從財務角度研究使用吸收式制冷機作為過冷裝置的文獻工作。圖1為系統(tǒng)流程圖。

此項研究得出的結論總結如下：

在所有檢測過的系統(tǒng)中，帶有過冷的系統(tǒng)比沒有過冷的系統(tǒng)更有效，系統(tǒng)性能系數(shù)COP和能源效率均得到提高。

帶有吸收式制冷機過冷的系統(tǒng)，COP平均提升值為23.35%，最大提升值為74.93%。在較高排熱溫度和較低制冷溫度的情況下，系統(tǒng)性能提升效果更為顯著。

新系統(tǒng)的最佳高壓比參考系統(tǒng)的最佳高壓稍高，平均增加了6%。

在-35℃制冷量和50℃對環(huán)境散熱的情況下，最大過冷度最高為30.52℃。

新系統(tǒng)的投資回收期（Te=-25℃＆Tc=40℃）約為2.57年。

資料來源：Bellos & Tzivanidis - International Journal of Refrigeration 108 (2019) 37–52.