热泵定义及Yong效率计算方法探讨.doc

热泵定义及Yong效率计算方法探讨文章缩号:10o9539X(21)o20ol603文献标识码:B中国分类号:113热泵定义及炯效率计算方法探讨计异方法订张永贵胡亚范王厚才(大庆石油学院,黑龙江安达151400)摘要:热力学中对热泵的定义与工程实际中的热泵意义不一致,由此导致热泵用效率计算方法的出入,以至产生热泵媚效率大干1的原则性错误.本文以热泵,炯分析基本理论为依据,就热泵定义及热泵婀效率计算方法17题进行了广迁深八的探讨,提出了新的热泵定义,给出了符合蜩分析理论原则的热泵炯效率计算方法.关捷词:热泵;定义;堋效率1引言历史上最早提出炯概念的时间是1868年.当时Tait第一次使用了”可用性”的概念,确定了热量中的可用部分与不可用部分.此后又产生了”可用能”,”有效能”等类似概念,这些都是炯概念的雏形.直到1956年才由Z.Rant第一次提出了炯的名称,很快有许多学者采用,并逐步得到国际公认,炯作为一个热力学参数才最后被确定下来,其物理意义也逐步趋于明确和完整.1957年德国的诺?艾勒斯纳教授来华讲学,首次将德文的Exere介绍给我国,被我国学术界译为炯,从此我国学术界开展了较为广泛的炯分析的研究与应用工作,出现了不少”炯分析”的文章.笔者曾经从事过热泵技术研究工作,在进行热泵装置炯分析的计算过程中发现,运用热力学定律和文献中的炯效率计算公式计算理想热泵循环炯效率时,有些情况下得出的结论竞与炯分析理论发生根本性的矛盾,因此,撰文谈谈自己的认识和研究结果与学术界共商,希望能得到炯分析界前辈和同仁们的指正.2现用热泵蜩分析方法及其局限性关于热泵装置煳分析方面的文献很多,比较有代表性的如文献【1,2.与众多文献一样,在文献中统一以下式计算热泵装置的炯效率:0llJ式中各项参考图1,其中.表示热泵输出有用热量Q的炯值.表示热泵装置消耗的功.图1压缩式热泵能量分布原理圈围2理想热泵懦环TS围我们暂不去计算一个实际运行的压缩式热泵的炯效率,而是用热力学理论来分析.假设上述热泵循环是理想循环,则热泵循环的_堋效率必然等于Im.按照炯分析理论和热力学基本定律并参考图2所示的理想热泵循环TS图可以得出:ExQ=Qn(1一)=rHxS(1一)=S(h一)I2)W=QHQL=TH×ASn×S=S(hTL)(3)式中:为环境基准温度.于是可计算出理想热泵循环炯效率为:=措()丽lJ由式(4)可以看出,按上述计算方法,理想热泵循环炯效率只有在低温热源(被回收余热)温度rL=的条件下才等于1只要存在r1>,就会得出.>1的结果.这显然是与各种文献中所定义的炯效率1的基本原则相违背的.3对现用热泵堋分析方法的改进意见如上所述,笔者利用现有的热泵炯效率计算公式和热力学定律推导出了与炯效率不相符的结论,对此,有如下三种可能性:3.1如果限定热泵装置回收的低温余热温度不能高于环境温度,这一问题便不成为问题了.但热泵乃是多用于余热回收的装置,而在余热回收中,如果存在高于环境温度的热源,人们总是会去优先利用的,所以在谈热泵时,如果认为热泵只是用于回收与环境等温热源热量的装置I,显然是不切合实际的,也是与文献【5】中对热泵的定义不相符的.3.2如果在计算热泵供出婀i时,环境温度取低温热源温度,这一问题同样不存在,但这种假设是与炯分析基本理论相违背的.3.3现用的热泵炯效率计算式是有局限性的,它只限于热泵的低温热源是环境温度.这种局限性可能产生于两个方面,即一是炯分析理论本身造成的局限性;二是对热泵装置定义的局限性.在文献【4】中,对热泵的定义是:热量由大气传至高温暖室所用的机械称为热泵.而文献【5】中对热泵的定义是:热泵由压缩机,冷凝器,膨胀机构,蒸发器等热力循环必要部件所构成,它在低温下吸取热流量(冷侧),并在消耗高品位能量的条件下,将它升到较高的温度,然后将这一部分热流量以及由高品位能量转变而成的热流量,作为有用热流量输出.显然这两个定义是有差别的,后者应该明确是压缩式热泵,而前者的”大气”相对于后者的”低温”具有更大的局限性,后者的低温可阻是高于环境温度,也可以是低于环境温度,而前者则限定了是大气,与工程实际中应用的实际热泵装置是不相符的.所以,热力学基础理论中对热泵所做定义的局限性是产生现用热泵炯效率计算式局限性的根本原因.综上所述,正确的热泵概念应该是:消耗较少的高质能,将热量由低温条件传至高温条件,并以供热或冷热并供为目的的机械称为热泵.分析热泵装置的工作原理及热泵婀效率表达式可见,当热泵装置存在Tr>时,低温热源提供的炯流应作为”代价”处理,因为在热泵回收的工业余热,地热,太阳能等类型的热源中,工业低温余热是在工业过程中产生的,在其产生的过程中消耗了能源,而地热,太阳能等是一种能源或资源,无论哪一种,与环境相比都潜在着”代价”问题.因此,应该将这些”代价”作为一种”消耗”来对待,即对热泵这类特殊的装置,在炯效率表达式的分母中应该存在另外的炯流.笔者认为这是问题的关键这样便得到如下的理想热泵循环炯效率计算式:一一=坠一1r,.一+Ex.一THTo一式中:为输人热泵的低温能量的炯值.该式对于任意选定的低温热源,无论其温度高于环境温度还是低于环境温度都适用,而且满足热泵循环炯效率1的基本原则.所以在理论上具有普遍适用性,是全面的.4新的热泵循环煳效率计算式分析笔者认为前述”第3章3.3节”论述是正确的,具有更广泛的适用性.对此,除了运用热力学理论推导出了符合炯分析基本原理的结论,还查阅了有关文献,例如文献【2】中详细阐述了如下的炯效率一般规律+即:4.1在炯效率的表达式中,每种输人,输出炯流或出现在分子上,或出现在分母上,不可能同时出现在分子和分母上;4.2输人炯流出现在分母上时为正值,出现在分子上时为负值;4.3输出佣流出现在分母上时为负值,出现在分子上时为正值;4.4炯效率表达式的分子,分母同时为正值,所以节能与环保2o01手第2期.17分子上至少出现一项供出炯,而在分母上至少出现一项供人炯;4.5效率表达式的分母与分子之差应等于炯损失.显然.本文改进后的炯效率计算式是符合上述一般规律的,这又进一步证明了改进的正确性.尽管如此,笔者认为改进后的计算式仍存在一定问题,这主要是在进行热经济学分析时,对低温热源的炯成本如何处理,按理论应该计算该项炯成本,但在实际工程中,这项输入能量是无成本的,即使计算成本,其成本与一般热量成本也是不同的,这显然就造成了理论与工程实际的矛盾.关于这方面的问题,有待于进一步深人研究.5结论5.1利用热力学定律,分析了理想热泵循环炯效率表达式,指出了现用热泵.堋效率计算式只适用于低温热源温度等于环境温度这一特定条件的局限性.5.2在分析热泵装置特点的基础上,依据炯分析理论,给出了具有普遍适用性的炯效率计算式,新的计算式与热泵的实际情况是相符的.5.3深人阐述了新的热泵炯效率计算式与炯效率一般规律的符合情况,证明了新的炯效率计算式的正确性.5.4指出了现用热泵炯效率计算式局限性的产生原因,指出文献4中对热泵的定义的局限性是导致现用热泵炯效率计算式局限性的根本原因.5.5分析了新的炯效率计算式,指出了新的计算式在进行热经济学分析时存在的问题.【参考文献】【1】项新耀工程炯分析方法.北京:石油工业出版社,l990.241243.【2】朱明善,等能量系统的炯分析北京清华大学出版社,1988181182.263264.【3】赵冠春,等.炯分析及其应用.北京:高等教育出版社,198486.【4】庞麓鸣,等工程热力学,北京:高等教育出版社,1988135I5耿惠彬热泵:第一卷.导论和基础.北京:机械工业出版社,1986.3蒸发式家用中央空调系统介绍谈丛熙(北京煤炭设计研究院)近年来,我国人民生活水平逐渐提高,使用空调设备的住户日益增多,但现在采用的壁挂式空调机大都是一台内机配一台外机,外机悬挂位置由各户自行选定,凝水随意排放,遣成建筑物外观凌乱不堪,影响市容环境.近来问世的蒸发式家用中央空调系统,无论住户太小,即使布有十几台风机盘蕾机组,都只需一台制冷外机,其宽x厚x高为08×0.48x1.21.4m,而且运行噪声也很小(55分贝),可将它安置在封闭阳台内,只要将排风用软蕾接出墙外,对阳台使用就无太大影响.也可安置在排风竖井附近等墙角,外套隔声柜,则对室内也币致产生干扰.这种新型的家用中央空调,氟里品仅在主机箱内压缩换热循环,对家内各终端风机盘蕾的循环冷介质为712C冷水.另外在氟里昂冷却器外壁设有淋水通过风吹18?节能与|不操2001年第2期汽化,提高了其散热效果,从而使冷却风量减少了80%90%.为了防止淋水在散热点外表结垢,设备自动回收利用了各风机盘蕾排放的冷凝水.另外每台风机盘回水管上还配有温控平衡阁,总之蒸发式家用中央空调与其他旧式空调设备相比节电40%,与那些大型集中式空调系统相比节约空调运行费60%,为了进一步减少供,回水管熟损防止结露,管道采用了导热系数仅为0.034W/m-K封闭性很好的檬塑海绵蕾套.另外这种家用中央空调主机内可配置热泵系统.向风机盘蕾提供4540循环水供-采暖用,如能配装燃气燃水器则可完全实行冬季独立自主呆暖,同时还可提供生活热水,而且它的运行使用时间完全自主掌握,避免了与物业管理部门的收费矛盾,节省了开支,另外建筑物外墙也比原来整齐干净.