[精品]工程热力学论文

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1、中央空调系统的火用分析摘要：依据热力学第二定律的火用分析方法，对空调系统热力学模型屮的四个子系统分别进行了火用分析，分析了造成空调系统能量利用率低的根木原因，指出了提高能量利用率的措施。关键词：空调系统，热力学分析，火用分析，火用效率，节能1•引言现有的空调系统尽管已经经过了不断改进及完善，但仍然存在许多无法从根木上克服的问题，如：温湿度耦合处理带来的损失、难以适应温湿度比的变化、冷表面滋牛•霉菌、对流吹风感、盘管送风的噪音以及室内重复安装两套环境调节系统等。因此继续研发高舒适度、节能、低成本的室内环境调节系统是非常有必耍的。建

2、筑节能已成为全球关注的热点，我国的建筑能耗现已占社会总能耗的20%〜30%,空调能耗乂占建筑能耗的50%〜60%。不同空调冷热源对空调能耗的影响很大，因此，需要考察冷热源的经济性问题。如何降低空调系统的能耗，节约能源，传统的热力学第一定律分析方法仅从能量的数量上进行分析，存在着有吋不能揭示真正薄弱环节和问题实质的不足。木文则尝试利用热力学第二定律的火用分析方法，揭示空调系统能最利用过程屮存在的真正薄弱环节，提出提高空调系统能量利用率的根本措施。2.空调系统的热力学模型热力学分析方法在分析屮首先要建立图1空调系统的热力学模型实际分

3、析对象的热力学模型。常规的集中空调系统的热力学模型如图1所示。从图1中可以看岀，常规空调系统可以视为由冷却水、制冷机、空气处理和空调对象四个了系统组成，冷却水系统丄要由冷却塔与冷却水泵组成，制冷机系统主要由制冷主机组成，空气处理系统则主要由空气处理机组和冷冻水泵组成，空调対象系统主要山送、凹风管道和末端送风装置组成。图1中各符号的含义如下：h,力2分别为冷却塔进出口空气的比焙，kJ/kg；h3,辰分别为冷却水进出口比焙，kJ/kg;/?5,尿分别为冷冻水供回水比焙，kJ/kg；/27为新风比熔，kJ/kg;；加，加分别为空调送

4、、回风比焙，kJ/kg;ho为排风比焙,kJ/kg；为进出冷却塔空气质量流量，kg/s；Ge为冷却水质量流量，kg/s；Gf为冷冻水质量流量，kg/s；G肋为新风质量流量,kg/s；G理为空调送风质量流量，kg/s；G“为排风质量流量，kg/s；VVi为冷却塔风机功率,kW；W2为冷却水泵功率，kW；W3为制冷机功率，kW；W4为冷水泵功率，kW；W5为空气处理机组风机功率，kW；W6为末端空气处理设备功率，kW；0女为冷却塔的散热量，kW；0为空调系统冷负荷，kW03.空调系统的火用分析火用分析方法主要涉及热力学参数，属于纯

5、热力学分析，主要分析系统及系统屮各部分的火用效率、火用损。对能量利用和转换过程的传统分析方法是热力学第一定律分析方法，对图1所示的集中空调系统热力学模型进行分析，可以看出空调系统实质上就是一个增加了转换环节的电压缩式制冷系统。利用热力学第一定律进行分析，并根据空气质量平衡关系，设空调系统新风量等于排风量，空调系统的热力学第一定律效率指标可以表示为Q+Gan（hO—力7）/、7W1+W2+W3+W4+W5+W6热力学第一定律分析方法存在将不同质的能量等量齐观，不能反映热能利用设备的内部损失和揭示真正薄弱环节等不足。随着社会节能

6、意识的不断增强，对能量利用过程的分析逐渐采用热力学第二定律的火用分析方法山。对提高空调系统热力学第一定律效率的分析己有许多阐述，也提供了许多空调系统节能的措施和建议，在此不作赘述，卞面着重利用热力学第二定律火用分析法对空调系统节能进行分析。3.1环境参考点不同于一般的热力学状态函数数值计算中的参考点，火用函数的参考点是一个特定的、理想的外界，它由处于完全平衡状态卜•的人气圈、水圈和地壳岩石圈屮选定的基准物组成，具冇其确定的压力和温度，这一状态的火用为零。根据火用参数本质是反映工质的做功能力，而做功能力是工质状态和环境状态的差别造

7、成的这一特性团，针对空调系统节能分析的具体特点，本文在分析屮取室外设让工况——室外设计温度、当地大气压力和相对湿度为100%的饱和湿空气为火用参数的坏境参考点。凡是与室外设计工况相同的空气和水状态，与环境之间没有差别，也就没冇做功的能力，其火用值为零。3.2空调系统火用分析针対能量利用系统的火用分析，有两种火川效率表示方法，普通火丿IJ效率和目的火用效率。木文采用目的火用效率表示。依据火用值的计算方法冋，对于图1所示的空调系统热力学模型，其热力学笫二定律效率久，町以表示为空调系统收益火用和消耗火用的比值，即Ql半T+Ga”[（/

8、i]0一〃7）-T（S]O_$7）]LUWI+W2+W3+W4+W5+W6式中£）为室外设计温度，K；7；为室内平均温度,K；怖和片分别为排风和新风的比爛,kJ/（kgK）。对常规空调系统，将不同的设计参数代入上式后，即可计算出其火用效率。为了进一步深入分析造成