【摘 要】
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本文以开发一种基于自然能源的果蔬保鲜装置——太阳能光伏-地源热泵冷链基站为目标,以此来解决果蔬冷链初始端的冷藏保鲜问题。基站以分布式光伏发电系统和地源热泵作为能源系统,结合相变蓄能为保鲜室提供冷量/热量。冷链基站以保鲜室工作为主,工作过程分为蓄冷期、预冷期及保鲜期。本文首先基于负荷计算对于基站能源系统进行设计,之后通过FLUENT模拟确定基站保鲜室内部风口布置形式及送风角度、货仓布置形式及气氛施放
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2016YFC0700707）； 河北省自然科学基金项目（E2013202122）； 天津市科技计划项目（18YFCZZC00080）；
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本文以开发一种基于自然能源的果蔬保鲜装置——太阳能光伏-地源热泵冷链基站为目标,以此来解决果蔬冷链初始端的冷藏保鲜问题。基站以分布式光伏发电系统和地源热泵作为能源系统,结合相变蓄能为保鲜室提供冷量/热量。冷链基站以保鲜室工作为主,工作过程分为蓄冷期、预冷期及保鲜期。本文首先基于负荷计算对于基站能源系统进行设计,之后通过FLUENT模拟确定基站保鲜室内部风口布置形式及送风角度、货仓布置形式及气氛施放速率。最后采用TRNSYS搭建冷链基站系统模型,模拟了整个基站的运行过程,确定了冷链基站的运行参数。以集装箱为基站主体,按照存储果蔬量为5吨、蓄冷期为30天、预冷期为24小时的要求,基于负荷计算结果确定了地源热泵制冷量为4 k W,地埋管为1口埋深130m的双U管型,水泵的流量和扬程分别是23.0 L/min、13.0 m,送风口风量为3645 m3/h。计算用电设备总耗电功率为2.06 k W。根据耗电量计算光伏发电系统:逆变器功率为5000 W;蓄电池型号为W12-250S,数量为40块,连接方式为4串-10并;太阳能光伏组件选用发电量为290 W的单晶硅光伏组件,连接方式为2串-12并。基于能源系统选型及送风量计算结果,采用FLUENT软件分别对蓄冷期和预冷期的气流组织进行模拟。在蓄冷期对风口布置数量、送风速度、风口单/双面布置及送风角度进行数值模拟。结果表明:单面布置时温度不均匀系数会随着风口数量增多而减小,且温度不均匀系数随送风速度的增加而减小,但是风速过大会使得远端壁面承受应力变大;双面布置时因存在回流易形成热量堆积,相变层均匀性变差,相变层相变时间随着送风角度减小而缩短。综合考虑,保鲜室内部风口布置选择为三风口单面布置形式,风口送风速度为4 m/s,蓄冷期送风角度为-20°。在预冷期对货仓布置形式及N2和CO2施放速率进行数值模拟,结果表明:相变层的存在可以有效的增加冷却效果,并且当无垫仓板存在时,相变层的作用更加明显,垫仓板的存在,对货仓温度的均匀可以起到很好的作用;内部气体组分浓度达到要求的时间随着N2施放速率的增大而缩短,气氛不均匀系数随着CO2施放速率的增大而增大,且CO2施放速率过小会使得气氛调节时间过长。综合考虑,最终选用货仓布置形式为有垫仓板倒U字形布置,N2施放速率为5.5 m3/h,CO2施放速率为0.3 m3/h。用TRNSYS软件建立冷链基站系统模型,选择夏季及冬季发电量最小的两个时期进行模拟,在满足用电的情况下,为保证系统获得较高COP和适宜的保鲜室温度,选定保鲜室夏季、冬季送风温度均为4℃。
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