热力系统火用分析在压缩式热泵中的应用

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1、热力系统火用分析在压缩式热泵中的应用引言“（火用）”，作为一种评价能量价值参数，从“量”和“质”两个方面规定了能量“价值”，解决了热力学中长期以来没有一个参数可以单独评价能量价值问题，改变了人们对能性质、能损失和能转换效率等问题传统看法，提供了热工分析科学基础。同时，它还深刻揭示了能量转换过程中变质退化本质，为合理用能指明了方向。热泵作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给加热对象（温度较高物体）。目前国外热泵技术已到了广泛应用，仍不断发展。国家对节能和环境保护工作重视，我国热泵研制和推广工作也到了迅速发展。我们暖通空调领域，热泵尤其是压缩式热泵有着

2、非常广泛应用前景。本文从“（火用）”这个角度出发，对压缩式热泵采暖系统中应用进行了（火用）分析。1（火用）与能量以前很长一段时间，人们习惯于从能量数量来量度能价值，却所消耗是什么样能量。众所周知，各种不同形态能量，其动力利用价值并不相同。是同一形态能量，不同条件下也具有不同作功能力。“焓”与“内能”虽具有“能”含义和量纲，但它们并不能反映出能质量。而“熵”与能“质”有密切关系，但却不能反映能“量”，也没有直接规定能“质”。合理用能，就需要采用一个既能反映数量又能反映各种能量之间“质”差异同一尺度。“（火用）”正是这样一个可以科学评价能量价值热力学物理

3、量。1.1（火用）和（火无）概念各种形态能量，转换为“高级能量”能力并不相同。以这种转换能力为尺度，就能评价出各种形态能量优劣。转换能力大小与环境条件有关，还与转换过程不可逆程度有关。，实际上采用给定环境条件下，理论上最大可能转换能力作为量度能量品味高低尺度，这种尺度称之为（火用）（Exergy）。它定义如下：当系统由一任意状态可逆变化到与给定环境相平衡状态时，理论上可以无限转换为任何其他能量形式那部分能量，称之为（火用）[1]。可逆过程才有可能进行最完全转换，可以认为（火用）是给定环境条件下，可逆过程中，理论上所能作出最大有用功或消耗最小有用功。与

4、此相对应，一切不能转换为（火用）能量，称之为（火无）（Anergy）。任何能量E均由（火用）（Ex）和（火无）（An）两部分所组成，即E＝Ex＋An1.2能量转换规律从（火用）和（火无）观点来看，能量转换规律可归纳为以下几点：（1）（火用）与（火无）总量保持守恒，即我们常说能量守恒原理。（2）（火无）再能转换为（火用），否则将违反热力学第二定律。（3）可逆过程不出现能贬值变质，（火用）总量守恒。（4）一切实际不可逆过程中，不可避免发生能贬值，（火用）将部分“退化”为（火无），成为（火用）损失。这种退化是无法补偿，（火用）损失才是能量转换中真正损失。（

5、5）孤立系统（火用）值不会增加，只会减少，至多维持不变，此即孤立系统（火用）减原理。（火用）与熵一样，可用作自然过程方向性判据。1.3热量（火用）若某系统温度高于环境温度，当系统由任意状态可逆变化到与环境状态相平衡状态（又称“死态”）时，放出热量Q，与此同时对外界作出最大有用功。这种最大有用功称为热量（火用）ExQ。从热力学温度为T恒温热源取热量Q，当环境温度为T0时，由热量可能到最大功ax，即热量（火用）ExQ为热量（火用）具有下列性质：（1）热量（火用）是系统放出热量中所能转换最大有用功。（2）热量（火用）大小与Q大小有关，还与系统温度T和环境温

6、度T0有关。（3）相同数量Q，不同温度T下具有不同热量（火用），当环境温度确定以后，T越高，（火用）越大。（4）热量（火用）与热量一样是过程量，状态量。2（火用）平衡与（火用）分析我们对热力系统进行能量分析时，希望对能量形态变化过程分析，定量计算能量有效利用及损失等情况，弄清造成损失部位和原因，提出改进措施，并预测改善后效果。我们通常采用能量平衡分析分为热平衡（焓平衡）分析及（火用）平衡分析两种。2.1（火用）平衡与（火用）损失能量守恒是一个普遍定律，能量收支应保持平衡。，（火用）能量中可用能部分，它收支一般是不平衡，实际转换过程中，一部分可用能将转

7、变成不可用能，（火用）将减少，称之为（火用）损失。这并不违反能量守恒定律，（火用）平衡是（火用）与（火用）损失（不可用能）之和保持平衡。设穿过体系边界输入（火用）为Exin，输出（火用）为Exout，系统各项内部（火用）损失为Ii，外界作功为ance）。它是指热用户到热量与消耗外功之比，即如热泵完全可逆，即按逆卡诺循环1-2-3-4-1进行，如图3-2所示，则此时致热系数最大。实际上传热必然存温差，工质向室内放热时冷凝温度T1高于TH，从采暖热源吸热时工质温度T2低于TL。按工质实际工作温度范围（T1－T2）计算其最大致热系数。由上式可知，（T1－T

8、2）越小，或T2/T1越大，则越大。始终大于1。当T2/T1接近1时，将趋于无穷大。这说明热泵所能提供热量数