论文标题：Application of multi-objective optimization based on Sobol sensitivity analysis in solar single-double-effect LiBr−H₂O absorption refrigeration

期刊：Frontiers in Energy

作者：Shiqi Zhao, Qingyang Li, Yongchao Sun, Dechang Wang, Qinglu Song, Sai Zhou, Jinping Li, Yanhui Li

发表时间：08 Jan 2024

DOI：10.1007/s11708-024-0938-4

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主要内容

为提高太阳能制冷系统对不同热源的适应性，该文章设计并分析了一种太阳能驱动的单双效LiBr−H₂O吸收式制冷系统（ARS）。采用基于Sobol敏感性分析的多目标优化方法对系统进行优化，以提高太阳能效率并降低成本。建立了太阳能单双效LiBr−H₂O ARS模型，并对不同配置下系统的连续运行特性进行了模拟和比较。结果表明，无辅助热源的系统平均制冷时间约为每天8.5 h，双效模式（DEM）在指定条件下连续运行1周可产生约11 kW的制冷量，添加辅助热源的系统满足每日制冷时间的要求，系统的太阳能分数（SF）达到59.29%。集热器面积对SF影响较大，而热水循环泵流量和储水箱容积对SF影响较小。优化后的SF提升3.22%，平准化成本下降10.18%。此外，与太阳能单效LiBr−H₂O ARS相比，优化后系统的SF分别提高了15.51%和17.42%。

文章对太阳能单双效LiBr−H₂O ARS进行了分析和优化。通过Sobol敏感性分析，获得参数敏感性，指导优化变量的选择。利用 NSGA-II 算法，执行多目标优化，优先考虑最大化 SF 和最小化平准化成本。主要研究结果和结论包括：

1) 该系统在高太阳辐射气候下在一周内无需使用 AUX 即可在 SEM 和 DEM 模式之间熟练地转换。日均制冷时间约为8.5小时。

2）采用Sobol灵敏度分析方法评估太阳能单双效LiBr−H₂O ARS的灵敏度。它确定了影响太阳能利用的每个设计和运行参数的敏感性。

3）采用NSGA-II算法对太阳能LiBr−H₂O ARS进行优化，旨在最大化太阳能利用率并最小化平准化成本。此优化导致 SF 增加 3.22%，平准化成本减少 10.18%。与单效LiBr−H₂O ARS相比，单双效LiBr−H₂O ARS的SF显着增强，优化后提高了17.42%。

4）通过优化，单位集热面积日累计制冷量大幅提升，从1.05 kWh/m² 提升至1.16 kWh/m²。此外，二氧化碳排放量减少了 8.29%。这些优化工作显着提高了系统的整体性能，从而提高了效率并减少了对环境的影响。

综上所述，与传统的单效或双效制冷系统相比，太阳能单双效LiBr−H₂O ARS对热源的适应性更强。此外，采用多目标优化在降低成本的同时提高了系统的太阳能利用率。这是将基于灵敏度分析的多目标优化应用在一个新系统中的一次尝试，以提高系统实际应用的普适性和优化方法的效率，对于该系统：①构建太阳能单双系统-效果ARS LiBr−H₂O ARS单元，将优化与实验结合起来，调整性能最佳的实验条件，②对整个系统进行模型训练，提高优化效率。

图1 太阳能单双效LiBr−H₂O ARS示意图。

图2 6月8日至14日青岛市太阳辐照度和环境温度数据

图3 每日单双效运行模式切换及每日累计制冷量。

图4 每日单双效运行模式切换及每日累计制冷量AUX

原文信息

Application of multi-objective optimization based on Sobol sensitivity analysis in solar single-double-effect LiBr−H₂O absorption refrigeration

Shiqi Zhao¹, Qingyang Li¹, Yongchao Sun¹, Dechang Wang¹, Qinglu Song¹, Sai Zhou¹, Jinping Li², Yanhui Li¹

Author information

1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao University, Qingdao 266071, China

2. College of Energy and Power Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China

Keywords

solar energy, absorption refrigeration, single-double-effect, solar fraction (SF), multi-objective optimization

Cite this article

Shiqi Zhao, Qingyang Li, Yongchao Sun, Dechang Wang, Qinglu Song, Sai Zhou, Jinping Li, Yanhui Li. Application of multi-objective optimization based on Sobol sensitivity analysis in solar single-double-effect LiBr−H₂O absorption refrigeration. Front. Energy, https://doi.org/10.1007/s11708-024-0938-4

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通讯作者简介

王德昌(1975-)，男，教授，博士，主要从事太阳能沼气能多能量互补冷热电气联供系统理论与实验研究；制冷用换热器性能理论和实验研究；热泵干燥技术与应用研究。

Frontiers in Energy （SCI），能源领域综合性英文学术期刊，于2007年创刊，现为中国工程院院刊之一 (Transactions of CAE)。翁史烈院士和倪维斗院士任名誉主编。中国工程院院士黄震、周守为、苏义脑、彭苏萍任主编，加拿大皇家科学院、加拿大工程院、中国工程院外籍院士张久俊、美国康涅狄格大学校长、教授Radenka Maric、法国普瓦捷大学教授Nicolas Alonso-Vante和上海交通大学教授巨永林任副主编。

出版能源领域原创研究论文、综述、展望、观点、评论、新闻热点等。选文注重“前沿性、创新性和交叉性”，涉及领域包括：能源转化与利用，可再生能源，储能技术，氢能与燃料电池，二氧化碳捕集、利用与封存，动力电池与电动汽车，先进核能技术，智能电网和微电网，新型能源系统，能源与环境，能源经济和政策。

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