通过使用吸收式制冷机提高CO2制冷系统的性能

在制冷系统中使用天然制冷剂是解决诸如全球变暖等重要环境问题的有效途径。为替换早期对环境有害的制冷剂，工业界已经开始使用各种天然制冷剂。最常见的天然制冷剂有CO2、丙烷、丁烷、氨、其中CO2是唯一的一种无毒、不易燃、稳定性好且成本低廉的制冷剂。因此，研究人员对CO2制冷系统进行了广泛和深入的研究，研究的目的旨在提高系统的性能系数COP。与其他常规制冷剂系统相比，基于CO2的制冷系统的性能系数通常比较低。原因主要是：基于CO2的制冷系统的低临界点温度低（31.1℃），压缩过程需要大量的电能消耗。在温暖气候条件下，制冷循环必须以跨临界模式运行，因此这一问题会更加严重，进一步降低了系统性能。

图1 CO2压缩系统和用于过冷的吸收式制冷机的制冷配置

已有的文献明确表明，用过冷方法来增强跨临界模式下CO2制冷机的性能是一个值得研究的方向。本文将使用吸收式制冷机来提高CO2制冷系统的整体性能，目前尝试这种过冷方法的研究还很少。本文研究的思路是最佳利用压缩机产生的废热，并将废热全部馈入吸收式制冷机。这项工作的另一个新颖之处是对各种散热温度进行了详细优化。此外，本文还对所提出的系统可行性进行评估，这是目前唯一从财务角度研究使用吸收式制冷机作为过冷装置的文献工作。图1为系统流程图。

此项研究得出的结论总结如下：

在所有检测过的系统中，带有过冷的系统比没有过冷的系统更有效，系统性能系数COP和能源效率均得到提高。

带有吸收式制冷机过冷的系统，COP平均提升值为23.35%，最大提升值为74.93%。在较高排热温度和较低制冷温度的情况下，系统性能提升效果更为显著。

新系统的最佳高压比参考系统的最佳高压稍高，平均增加了6%。

在-35℃制冷量和50℃对环境散热的情况下，最大过冷度最高为30.52℃。

新系统的投资回收期（Te=-25℃＆Tc=40℃）约为2.57年。

资料来源：Bellos & Tzivanidis - International Journal of Refrigeration 108 (2019) 37–52.