江亿--吸收式换热的概念与应用--热泵讲的比较细.pdf

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1、第26卷第10期建筑科学Vol.26，No.102010年10月BUILDINGSCIENCEOct.2010［文章编号］1002-8528(2010)10-0136-05吸收式换热的概念与应用付林，李岩，张世钢，江亿，赵玺灵(清华大学建筑学院建筑技术科学系，北京100084)［摘要］根据热力学第二定律可知，能级不匹配的大温差换热过程存在较大的不可逆损失，将造成大量可用能的浪费，这种可用势能可用于驱动吸收式热泵等可逆型装置。本文提出了一种新型换热方式:以一端的大温差传热为吸收式热泵提供驱动力，实现局部由低温向高温的换热，由此形成

2、了吸收式换热概念，并在此基础上构建了吸收式换热机组。吸收式换热突破了传统的“由高温向低温换热”的思维，也打破了以往吸收式制冷机仅用于制冷或制热的局限。吸收式换热理论适用于热能工程中各种存在能级不匹配的大温差换热过程，可降低这些环节的不可逆损失。通过吸收式换热，一方面可大幅提高热力管网的输送能力，降低管网的建设投资，节约输送泵电耗;另一方面可为低位余热回收提供有利条件，进而大幅提高系统的能源效率。［关键词］吸收式换热;不可逆损失;热力管网;余热回收;Co-ah循环+［中图分类号］TK123;TK115［文献标识码］A［1］0引言换

3、热温差越大，不可逆损失就越大。以常规热电联产集中供热为例，随着供热规模能源损失与浪费的原因很多，但从本质的高度不断加大，系统发展成了如图1所示的模式，在整个看只有一个:不可逆性。不可逆性的定量表示就是能量的转换与输送过程中经历了2个温差较大的换熵产，熵产降低了给定环境下能源的可用性，其所降热环节:热网加热首站的汽—水换热和热力站的低值称为耗损。根据热力学第二定律，热量可自水—水换热，这2个环节均存在不可逆损失，进而造［2］发的由高温传向低温，这是一个熵增减的过程，且成了大量可用能的浪费。图1常规的大型热电联产集中供热流程然而

4、，这些不匹配的换热环节存在着较大的系一、二次热网间的不匹配换热环节蕴涵的可用势能统优化和改进的潜力，即存在着较大的可用能再利驱动增热型吸收式热泵，回收热力站周边的低位可用的空间。文献［3］介绍了利用集中供热系统的再生能源(如地热、土壤源和太阳能等)，如图2所示。［收稿日期］2010-06-12吸收式热泵的原理见图3，以高位的热量QY作［基金项目］“十一五”国家科技支撑计划项目(2007BAB23B01);北京市科技计划项目(D07040600560701)为驱动力，产生制冷效应，吸收低位的热量QD，将热［作者简介］付林(1968

5、-)，男，博士，教授量QY+QD于中间温度放出。近几年，吸收式热泵［联系方式］fulin@mail.tsinghua.edu.cn第10期付林，等:吸收式换热的概念与应用137TT0sλ=1－ln(3)T－TTsrr热交换过程的损失与效率为:ΔEx=Exin－Exout(4)Exoutλoutηx==(5)Exinλin式中，Exin、Exout分别为换热环节的输入和输出;λin、λout分别为换热器两侧热媒的能级。2吸收式换热概念图2一、二次网间换热的不可逆损失与应用仍以图1所示的热电联产集中供热系统为例，技术得到广泛

6、的推广应用，可利用蒸汽、热水及燃气在热力站水—水换热环节，一次网(热侧)设计温度等作为驱动能源，其性能受驱动热源、低温热源以及为130/70℃，二次网(冷侧)设计温度为65/50℃，中温热源的品位的制约，通常制热性能COPh在1.6换热环节效率ηex，2仅有65.8%;如果降低热侧供～2.3左右。利用吸收式热泵回收包括可再生能源水温度至85℃，去加热等流量的冷侧流体(65/50在内的各种低位余热用于供热，可带来较佳的节能℃)，则换热环节效率η′可提高至81.5%(见ex，2［4］收益。图4)。显然，这种不可逆损失是由参与换热

7、的冷、热侧流量的不对称性所导致的较大传热温差造成的。图3吸收式热泵的原理图1热力学分析方法对能源转换系统的评价，应以热力学第二定律的分析方法作为评价依据，并制定相关的量化评价指标，从合理利用能源的角度出发，注意能源品位的量度。基于这种思维，将不同能源对蕴涵的可用能()Ex与其总能量Q的比值定义为这种能源的图4热力站环节水—水换热的损失［5］能质系数λ:λ=Ex/Q(1)由此，本文提出一种新型的换热理念———吸收以热水等液态流体为热媒的热力管网，设其供、式换热，如图5所示。系统由吸收式换热1和常规回水温度分别为Ts和Tr，则

8、其中热量Q中的可用换热2两部分组成。其原理为:以130～95℃热侧能()Ex为:高温段A的热量QA(λ(A)=0.315)作为驱动势能，T0Ts吸收55～25℃热侧低温段C的热量QC(λ(C)=Ex=Q(1－ln)(2)Ts－TrTr0.157)并抬升其能级，