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滑冰场用跨临界/亚临界CO2压缩循环综合冷热源系统的基础问题研究

批准号:
52076085
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
邵双全
依托单位:
学科分类:
工程热力学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
邵双全

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
本项目针对传统制冷剂替代的迫切需求和滑冰场的多种不同品位的制冷与热回收需求,构建了基于多级热回收、并行压缩、高效引射和高效换热等关键技术的CO2跨临界/亚临界压缩循环的综合冷热源系统。通过理论分析、实验测试和仿真建模研究,获得变负荷需求、变运行模式和全年宽温区条件下的各项关键技术模块和整个系统的变工况运行特性,实现基于蒸气压缩循环能效系数和传热系统“火积耗散”指标的多目标协同优化。建立适用于冰雪场馆及类似建筑的多功能CO2跨临界/亚临界压缩循环综合冷热源系统的优化设计方法和变工况运行控制策略,为冰雪场馆及类似建筑的综合冷热源系统的共性技术难题提供解决方案,促进我国冰雪运动和冰雪场馆建设事业的发展。
英文摘要
CO2 is one of the best choices for the phase-out of traditional refrigerants. For the requirements of concurrent cooling and heating with different temperatures in ice rink, the transcritical/subcritical CO2 compression system is proposed with the key technologies such as multi-stage heat recovery, parallel compression, ejector, et al. Based on the theoretical analysis, experimental test and computer simulation, the operating characteristics of these key technologies and the whole CO2 system are obtained under variable working conditions of the load ratio, heat amount, and outdoor air temperature through the whole year. The optimization of the system design and operation are carried out for the synergy of the efficiency of the CO2 compression cycle and the entransy dissipation of the heat recovery system. It is presented the optimal design guideline and operation control strategy of the concurrent cooling and heating system based on the transcritical/subcritical CO2 compression cycle for rice rink or similar applications. The above works will boost the development of winter sports, the ice and snow stadiums and the ice-snow sports industry.
滑冰馆及类似建筑的多温区制冷/热回收都迫切需求新型的冷热源系统,本项目提出了基于CO2跨临界/亚临界压缩循环的综合冷热源系统,并针对所涉及的多级热回收、并行压缩、高效引射、高效换热等基础科学问题展开研究。首先构建了一种集成空气调节换热器和并行压缩机的增压式CO2制冷系统,在相当宽温度范围内的COP都会高于HFCs系统;提出了一种并行压缩循环,并通过建模分析了该循环应用在人工冰场制冷及热回收系统中的全年性能变化趋势,并行压缩循环在全年范围内都具有高效的制冷和热回收性能;基于火积耗散理论建立了多级热回收模型,能够得到最佳的进出口参数;基于夹点分析法对双级热回收设计进行热力学优化分析,得到了各级质量流量比和排气压力对系统综合性能的影响规律;提出了CO2复叠式空气热泵系统,并建立了系统理论模型并构建了实验样机,在-35℃低环境温度下能够高效制取50℃以上热水;基于制热能力衰减的角度结合数据驱动研究了空气源热泵最佳除霜起始点,所提出的除霜控制方法,除霜频率、热量损失和功耗损失分别比原始控制方法大幅度降低,季节性能参数SCOP明显提高;建立了跨临界CO2制冷系统回热器仿真模型,得到了CO2侧压力、入口水温对热回收系统的影响规律。上述技术方法组建了多功能CO2综合冷热源系统的控制策略、集成设计方法和仿真平台,对于推进清洁环保工质CO2制冷与热泵系统的推广应用提供了理论支撑,为北京冬奥会国家速滑馆CO2制冷及热回收的技术方案进行了验证与优化,能够进一步促进我国冰雪场馆建设与绿色制冷供热事业的发展。参与出版著作4部,发表论文46篇(22篇被SCI收录),申请专利发明专利8项(4项已授权);培养11名博士生和9名硕士生(已有4人毕业)。
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