【摘 要】
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冬奥会促进了冰雪场馆的建设,也激发了人民对冰雪运动的热情,人工冰场数量快速增加。但是人工冰场能耗高,节能减排的潜力巨大,因此为人工冰场研制高效制冷系统意义重大。环保制冷剂CO2具有热物理性质良好、热回收潜力大等优势,因此,本文构建了人工冰场用CO2制冷及热回收系统,并结合火积理论和夹点分析法对其进行了优化分析和实验研究。首先,构建了一种结合并行压缩、喷射技术和多级热回收的人工冰场用CO2制冷及热回
【基金项目】
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国家重点研发计划课题“国家速滑馆超大冰面二氧化碳跨临界制冷系统关键技术研究和示范应用”（2019YFF0301504）； 国家自然科学基金项目“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”（52076085）； 华中科技大学学术前沿青年团队“健康建筑”（项目编号:2019QYTD10）；
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冬奥会促进了冰雪场馆的建设,也激发了人民对冰雪运动的热情,人工冰场数量快速增加。但是人工冰场能耗高,节能减排的潜力巨大,因此为人工冰场研制高效制冷系统意义重大。环保制冷剂CO2具有热物理性质良好、热回收潜力大等优势,因此,本文构建了人工冰场用CO2制冷及热回收系统,并结合火积理论和夹点分析法对其进行了优化分析和实验研究。首先,构建了一种结合并行压缩、喷射技术和多级热回收的人工冰场用CO2制冷及热回收系统（PCRC）,建立了热力学模型并进行了验证,在不同运行模式下进行了性能分析,并与常规CO2制冷循环（BRC）和CO2喷射制冷循环（EERC）对比。研究结果表明,三个循环中,PCRC的制冷性能系数（COPc）、热回收性能系数（COPh）以及综合性能系数（COP）最高;在高环境温度下,PCRC相较于BRC的增益更加明显。其次,基于夹点理论对系统进行了性能优化分析,研究发现夹点会升高热回收换热器的CO2出口温度,降低系统的热回收量、COPh和COP;总体来看,应当升高低温热回收和降低高温热回收的水质量流量。再次,进一步结合火积理论对多级热回收进行了优化分析。研究结果表明,串联多级热回收的级数越多,不可逆损失越低;并联多级热回收中,水质量流量越大以及出口水温越高,总火积耗散热阻越小;存在一个最佳分流比使得总火积耗散热阻最小。最后,研制出实验样机并进行了应用测试。通过对数据分析发现,样机的运行较为稳定,制冰效果良好,而且COPc相对较高,实验结果与理论值之间偏差在10%以内。
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