溴化锂吸收式热泵系统热力学研究

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1、溴化锂吸收式热泵系统热力学研究　　摘要：以热力学为基础，计算稳态工况下吸收式热泵与压缩式热泵的制热系数COPh、制冷系数COP、热量火用效率及冷量火用效率，对结果进行比较分析，得到吸收式热泵的热量火用效率是压缩式热泵的5倍，压缩式热泵中有97.34%的机械能转变成了火无。吸收式热泵火用利用程度要高于压缩式热泵，合理利用了能量。关键词：溴化锂吸收式热泵；热力学分析；评价指标；火用分析中图分类号：O414.1文献标识码：A目前，在传统的吸收式热泵供热系统中，以溴化锂为工质的吸收式热泵系统由于具有较高的节能效益和较短的投资回收期而得到了迅速发展。溴化锂吸收式热

2、泵特有的优点在于可以利用各种形式热能来驱动使其从低温吸取热量供给热用户，除可利用燃料燃烧产生的中高品位能，还可利用自然界中大量存在的低品位能，如太阳能、地热能及乏气中的余热能等[1]。因此，溴化锂吸收式热泵机组具有更显著的节能效果，受到人们的日益重视，在我国提倡建设能源节约型社会的背景下将会有更加广泛的应用。1.评价指标6溴化锂吸收式热泵通过发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器及溶液泵与外界进行能量交换[2]，如图1所示。图1吸收式热泵与外界能量交换假设吸收式热泵处于稳态，忽略热泵自身的散热损失，根据热力学第一定律得到吸收式热泵的能量平衡式。（1）式中：Qg—

3、热泵消耗热量，即从热水中获得热量与热泵消耗电量之和，kW；Qo—热泵从低温热源吸收热量，kW；Wp—溶液泵耗功量，kW；Qa—吸收器放出热量，kW；Qk—冷凝器放出热量，kW。由于溶液泵耗功量Wp远远小于热泵消耗热量Qg，因此溶液泵的耗功量Wp可以忽略不计。则式（1）写为（2）实验台选用的热泵为第一类吸收式热泵，其供热主要是依靠冷凝和吸收过程的放热量Qk和Qa来提供，而热泵消耗热量为Qg。根据热泵机组在稳态工况下的实验数据，计算其制热系数COPh。（3）6溴化锂吸收式热泵制冷过程主要依靠蒸发器从低温热源吸收热量Qo，使低温热源温度降低达到制冷的目的，热泵

4、消耗热能为Qg。根据热泵机组在稳态工况下的实验数据，计算其制冷系数COP。（4）吸收式热泵是利用热能驱动工质循环，实现对热能的“泵送”功能；而压缩式热泵则靠压缩机驱动工质循环流动，从而连续的将热量从低温热源“泵送”到高温热源供给用户。稳态工况下，假设吸收式热泵从低温热源吸收的热量Qo和向高温放出的热量Qk分别与压缩式热泵从低温热源吸收的热量Q2和向高温放出的热量Q1相等时，对吸收式热泵和压缩式热泵的火用效率进行分析比较。图2压缩式热泵的lnp-h图图2为压缩式热泵的lnp-h图，依据能量守恒定律得到（5）压缩式热泵供热主要是依靠冷凝过程的放热量Q1来提供

5、，而压缩式热泵消耗的功为W。压缩式热泵的制热系数COPh′。（6）6压缩式热泵的制冷过程主要依靠蒸发器从低温热源吸收的热量Qo使低温热源温度降低达到制冷的目的。压缩式热泵消耗的功为W。因此，压缩式热泵的制冷系数COP′。（7）2.火用效率对热泵系统进行分析时，通常从热力学第一定律出发，得到制热或制冷系数，这种分析方法是基于能量的“量”，只适用于定质量系统，对比的基准是卡诺理论热效率。但在实际中，各过程几乎都为不可逆过程，与卡诺循环在实际中的意义不大。而以热力学第二定律为基础的火用效率则是基于能量的“量”和“质”综合考虑，针对不可逆性带来的能量损耗提出火用

6、效率，它是对热效率的改进，但又有实质性的不同。火用效率是以热力学第二定律为主要内容，但同时又兼顾热力学第一定律，是两个定律的结合。火用效率是收益火用与支付火用的比值。火用效率可以确定能量转换的效果和有效利用程度[3]。吸收式热泵热量火用效率：（8）冷量火用效率：（9）压缩式热泵热量火用效率：（10）6冷量火用效率：（11）稳态工况下，吸收式热泵与压缩式热泵的制热系数、制冷系数及热量火用效率、冷量火用效率计算结果，如表1所示。表1不同形式热泵计算结果由表1分析可知，压缩式热泵的制热系数及制冷系数均高于吸收式热泵，即制取同样多的热量或冷量，压缩式热泵所消耗的

7、电能要少于吸收式热泵消耗的热能。但吸收式热泵的热量火用效率及冷量火用效率均高于压缩式热泵。吸收式热泵的热量火用效率是压缩式热泵的5倍。压缩式热泵中有97.34%的机械能转变成了火无。吸收式热泵火用利用程度要高于压缩式热泵，合理利用了能量。3.结论6从热力学角度出发主要研究了吸收式热泵与压缩式热泵的制热系数COPh、制冷系数COP、热量火用效率及冷量火用效率，当吸收式热泵从低温热源吸收的热量Qo和向高温放出的热量Qk分别与压缩式热泵从低温热源吸收的热量Q2和向高温放出的热量Q1相等时，压缩式热泵的制热系数及制冷系数均高于吸收式热泵；吸收式热泵的热量火用效率

8、及冷量火用效率均高于压缩式热泵。吸收式热泵可获得比压缩式热泵更高的火用效率，符合