099基于火用分析的家用空调系统冷凝热回收技术的节能研究

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1、基于火用分析的家用空调系统冷凝热回收技术的节能研究河北工程大学张伟捷☆高彦兵新奥集团魏艳萍摘要本文指出了传统的热平衡分析方法在能源利用效率分析时的缺陷，指出了火用分析方法在能源利用效率分析时的优势，建立了常规压缩式风冷家用空调系统和改装的带冷凝热回收装置的家用空调系统的火用分析模型，基于火用分析方法对常规压缩式风冷家用空调系统和改装的带冷凝热回收装置的家用空调系统两种工作过程进行热力计算，在此基础上对这两种工作过程分别进行火用分析，并将分析结果加以对比。分析结果表明，带冷凝热回收装置的家用空调系统的运行模式对改善机组性能及节能均有积极意义。关键

2、词制冷循环过程；火用损失；循环火用效率；EES0引言随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，家用空调已进入千家万户，空调耗能总量剧增，如何有效地降低空调耗能，缓解能源供应的压力，已日益显得重要。在这其中一项重要的工作就是对如何提高制冷系统的能源效率进行研究。当前能源利用效率的研究主要使用两种方法：一是基于热力学第一定律的热平衡方法，二就是基于热力学第二定律和第一定律的火用分析方法[1]。热平衡分析方法的特点是不同质的能量在数量上的平衡，只考虑了量的利用程度，反映的只是量的外部损失。它为节能研究指明了一定的方向，但是由于热平衡分析方法无法揭示系统

3、内部存在的能量“质”的变化和损耗，不能深刻揭示能量损耗的本质，而且由于能效率的分子分母常常是不同质的能量的对比，不能科学地表征能的利用程度，在此情况下，就需要进一步对其做火用分析[2]。本文基于火用分析方法，利用EES编写程序对常规压缩式风冷家用空调系统和改装的带冷凝热回收的家用空调系统两种工作过程进行热力计算，并在此基础上做对比火用分析，揭示两种不同制冷系统中各部位火用损失的类型和数量，以便找出并推荐使用火用效率高的制冷系统，从而实现家用空调系统的节能优化。1火用分析方法火用分析方法依据的是能量中火用的平衡关系，即热力学第一和第二定律。通过分

4、析，揭示出能量中火用的转换、传递、利用和损失的情况，确定出该系统或装置的火用利用效率。由于这种分析方法和评价指标是基于热力学第一和第二定律基础之上的，故称为“火用方法”和“火用效率”。火用分析方法比热平衡分析方法更科学、更深入、更全面。它综合考虑了能量的量与质，将不同形式、不同量和质的能量统一到做功能力这个统一的尺度下面，所有形式的能量就有了统一的度量，就有了可比性。它除考虑量的利用程度之外，还考虑了质的匹配，反映的是量和质两方面的损失。火用分析方法真正指明了节能措施的方向，因此火用分析方法在制订能源长期规划过程中具有重要的指导作用。2家用空调

5、制冷系统的火用分析常规空冷家用空调系统是能连续地提供冷量的生产装置，冷量就是它的“产品”。而对于改装的带冷凝热回收装置的家用空调系统，除了冷量为其“产品”外，回收的冷凝热也为其“产品”。在实际的家用空调系统中，蒸汽压缩式制冷方式应用最广，下面就对这种空调制冷装置进行火用分析。2.1火用分析模型的建立基于逆卡诺循环的空调冷热源工作流程通常由以下几个过程完成：（1）循环工质从低温热源吸收热量的过程；（2）循环工质向高温热源排放热量的过程；（3）循环的能量补偿过程。结合当前家用空调中普遍采用的制冷系统，建立以下的灰箱模型，如图1所示。环境温度为T0，

6、环境压力为P0，蒸发温度为TL，冷凝温度为TH，制冷剂从蒸发器吸取冷量为QL，制冷剂由冷凝器放热到空气或冷却水的热量为QH，系统的供给火用为压缩机的耗功Wc，制冷剂向空调房间输出的冷量火用为EX，QL，制冷剂在冷凝过程中放出的热量火用为EX，QH，制冷剂在点1，2，3，4处的火用分别为Ex1，Ex2，Ex3，Ex4,制冷剂在压缩机，冷凝器，节流阀，蒸发器的火用损分别为Ex,L，C，Ex,L，Con，Ex,L，Th，Ex,L，Ev，制冷剂在点1，2，3，4处的焓分别为H1，H2，H3，H4，制冷剂在点1，2，3，4处的熵分别为S1，S2，S3，S

7、4。图1蒸汽压缩制冷装置的火用分析模型图2蒸汽压缩制冷循环T-s图为了便于分析，对以上的火用分析模型做如下假设：（1）循环工质在冷热源系统中的流动为稳态流动过程；（2）循环工质在冷凝器内为定压放热过程，在蒸发器内为定压（定温）吸热过程，循环工质在连接管路中的流动阻力损失可忽略不计；（3）压缩机的压缩过程和节流阀的节流过程都为绝热过程；（4）在冷凝器和蒸发器的出口侧流动工质的状态都为饱和状态。根据以上假设，可画出工质在空调冷热源设备中工作的T-s图，如图2所示。1→2s为定熵压缩过程，1→2为实际不可逆压缩过程，2→2s→3为定压放热过程，3→4

8、为绝热不可逆节流过程，4→1为定压（定温）吸热过程。2.2各单元设备的火用效率和火用损失系数2.2.1压缩机压缩机的火用效率为ηe，C＝＝1－火用损失