燃气空调系统热力学分析

1、燃气空调系统循环过程热力学分析目录1 12 23 34 4燃气空调发展背景燃气空调制冷循环原理双效燃气空调系统热力学计算结论1 1燃气空调发展背景 随着世界经济的不断发展，人们的生活水平不断提高。 空调装置愈来愈广泛的被使，但因此导致一系列不良后果。首先加剧能源紧张，如今年夏季高温，各大城市用电不断出现前所未有的高峰。据有关专家测试表明，用电负荷近 30% 由空调引起，而发达国家空调用电达到40%以上。 其次空调CFC和HCPC的大量排放，对大气臭氧层很大破坏，对环境产生了无法挽回的损失。能源的紧张导致了很大的峰谷差，要克服峰谷差就得再建电厂，而电厂的投资巨大，达到8000元每千瓦时。在低峰时

2、，有很多电用不完，造成了浪费，对国民经济发展不利。 虽然空调设备已经很大程度地改善了人们的生活质量，但也存在明显不足之处，夏天制冷时，不能满足人们的生活热水的需要，冬天制热时，会感到舒适性不足，也不能解决生活热水问题。所有这些，对空调设备提出更新和更高的要求。另外一方面，我国天然气资源丰富，是一种运输方便的廉价能源。 根据欧美、日本及韩国的经验，燃气空调已经很好解决了这一问题。燃气空调是指以天然 气、液化气、人工煤气等清洁燃料作为能源提供制冷、采暖、卫生热水的空调系统及设备。1 1燃气空调发展背景2 2燃气空调制冷循环原理 燃气空调工作循环过程如图 1 所示，它由高低压发生器、高低压溶液换热器

3、、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液泵及节流阀等部件组成。在循环过程中，高压发生器不断流入经溶液泵加压的稀溶液，稀溶液沸腾而蒸发出冷剂水蒸汽后溶液变浓。高压发生器中产生的冷剂水蒸气作为热源加热低压发生器中的溶液，之后与低压发生器产生的冷剂水蒸气一起进入冷凝器。冷凝器中有冷却水管束，冷剂水蒸气在管束表面冷凝成水滴落在冷凝器的接水盘中。图 1 燃气空调制冷流程图2 2燃气空调制冷循环原理 自冷凝器流出的冷剂水经节流进入蒸发器，由蒸发器泵将冷剂水不断循环喷淋到冷媒水管束上，冷剂水汽化吸热，使冷媒水管束中的水降温成5左右的冷冻水。为使蒸发器内的冷剂水的蒸发连续不断的进行，必须不断的吸收掉冷剂水蒸汽，并维持一

4、定的蒸汽压，因而设置了吸收器。从发生器流经溶液节流阀而来的浓溶液进入吸收器，由吸收器泵将浓溶液喷淋到吸收器内的冷却水管束上，同时吸收蒸发器产生的冷剂水蒸气，使溶液变稀。吸收器出来的稀溶液再由泵输送到发生器进行下次循环。图 1 燃气空调制冷流程图2 2燃气空调制冷循环原理 利用热力学第一定律我们通过分析可以获得整个循环过程中能量变化，但不能准确描述能量转换过程。火用是作为衡量各种类型能量潜在做功能力大小的一种热力学参数，它是从能的“量”和“质”相结合的角度出发, 科学地评价各种类型能量价值的物理量。火用方法可以从能量的数量和质量两方面入手，找出能量转换过程的薄弱环节。 在研究过程中我们将系统中部

5、件的火用损失分为不可逆热传递引起的火用损失和由于内部不可逆过程引起的火用损失。以冷凝器为例，我们假设释放到冷却水的热量Qcon 是在恒定的温度Tcon 下进行的，因此不可逆热传递的火用损失可以定义为热量Q con的火用与释放到冷却水的火用 的差值，即 2 2燃气空调制冷循环原理 内部不可逆引起的火用损失可以定义为系统内部工作流体的 火用与热量Qcon火用的差值，即 根据我们的定义，我们将系统各个设备分析如下：2.12.1蒸发器 冷冻水火用变化： （1）不可逆热传递引起的火用损失： （2）内部不可逆过程引起的火用损失： （3）2.22.2高压发生器 对于高压发生器，我们仅对进入循环系统有效利用的

6、热量Qgen 火用进行分析，将燃气燃烧过程中的火用 损失作为系统外部损失考虑，因此高压发生器的火用损失是由于发生器内部不可逆过程引起的，损失的火用可以表示为： （4） 2.32.3低压发生器 不可逆热传递引起的火用损失： （5） 内部不可逆过程引起的火用 损失： （6）由于时间问题以下吸收器、冷凝器、溶液换热器、节流阀的火用分析就不再一一列举。3 3双效燃气空调系统热力学计算 在分析过程中，我们假设系统是在稳态工况下运行，并忽略了换热器和管路中的压力损失。图 1中燃气空调系统各点的工作参数见表 1。其中环境工况为 32，一个标准大气压，系统高压发生器工作温度为 171, 低压发生器工作温度为

7、92, 蒸发器工作温度5, 吸收器工作温45, 冷凝器工作温度 42。分析如下： 利用热力学第一定律分析结果如表2所示，可以看出系统满足能量守恒定律。利用热力学第二定律（火用分析）对系统进行的分析结果由图2-图5所示。 3 3双效燃气空调系统热力学计算 表1 燃气循环状态点参数3 3双效燃气空调系统热力学计算 表2 双效直燃机系统的热力学第一定律分析 3 3双效燃气空调系统热力学计算 图 2 不可逆热传递引起的火用损失率 3 3双效燃气空调系统热力学计算 图 3 内部不可逆引起的火用损失率3 3双效燃气空调系统热力学计算 图 4 进入系统的火用变化率3 3双效燃气空调系统热力学计算 图 5 总

8、损失和输出的火用变化率4 4结论 通过对双效直燃机系统的热力学系统分析,获得了循环过程的热力学特性以及具体设备不同能量损耗，并得出以下结论：1）系统中吸收器、高低压发生器的火用 损失最大，它们的火用 损失占到系统总火用 损失的40%左右，因此双效燃气空调系统中影响系统热力性能的薄弱环节是在吸收器和高低发生器，如何降低这些设备的火用 损失, 完善其热力过程, 是提高双效燃气空调系统热力性能的关键所在。在吸收过程中,火用 损失的类型有: 传热温差、扩散、混合等不可逆损失和由冷却水带走的火用 损失。但由冷却水带走的火用 损失只占吸收器总火用 损失的很少部分, 主要的不可逆损失在于传热温差及吸收时的扩散、混合过程之中。2）蒸发器和冷凝器的火用 损失也占有很大一个比重，造成这部分火用 损失的主要原因是蒸发器和冷凝器的传热温差太小。因此，在使用过程中，提4 4结论 高蒸发温度，降低冷凝温度，可以提高对能量的有效利用。