压缩式和吸收式制冷机比较

蒸汽压缩式和吸收式制冷系统的火用分析
摘要：通过对吸收式和蒸气压缩式制冷系统的火用分析，揭示了系统中真正的能量损失所在，提出了减少火用损、合理用能的途径，并对系统的优化提供有力的理论参考。

关键词：火用压缩式制冷吸收式制冷火用效率火用损失系数
Exergy analysis of the Screw Shell and the Absorption refrigerating system
Li-tiejun，Li-xiaodong
(Heating company of handan in hebei;handan;056038)
Abstract:The paper appears where is the real energy loss,according to the exergy analysis of the Screw Shell and the Absorption refrigerating machine.It also points out the way of reducing exergy loss and utilizing energy rationally.In a word,the paper peovides the theory reference for improvement and optimization of the system.
Key werds: exergy; screw shell; absorption refrigerating; exergy efficiency; exergy loss coefficient
1.前言
能源问题已受到全世界的普遍关注，能源的利用和发展关系着整个国民经济的发展和人类的生产和生活，节约能源更加受到人们的重视。

所谓节能，就是采用技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以接受的措施，减少能源的损失和浪费，提高能源利用率和能源的经济效益。

以前人们的节能观念只停留在尽量减少能量利用环节中的跑、冒、滴、漏现象，而忽视了能量利用中的能量匹配问题。

本文通过分析两种制冷系统的火用损失、火用损失系数的对比，指出在系统中火用损最大的环节，找出火用损产生的原因，并提出了改进措施。

2.火用分析法概述[1]
火用是指在周围环境条件下任一形式的能量中理论上能够转变为有用功的那部分能量。

代表了能量中“质”与“量”的统一，不仅反映了能量中“量”的大小，还反映了能量“质”的高低。

它可以评价某一能量利用系统的能量利用程度，但它只可以比较相同条件下的热工设备或装置。

更合理的评价某一设备和某一循环系统的能量利用程度的是火用效率或火用损失系数。

火用效率是指收益火用和耗费火用用的比值，火用损失系数是是耗费火用的损失份额，在评价某一循环系统时往往采用火用损失系数：收益火用占整个循环火用代价的份额。

3.压缩式制冷机的火用分析模型
3.1压缩机的火用分析模型（图1）
由火用平衡方程有：
压缩机火用损失为：E XL1=G1[（h1’-h2）-T0（S1’-S2）]+w c
：进入压缩机的制冷剂蒸汽的焓、熵
式中：h1’、S1’
、、
h2、S2：离开压缩机的制冷剂蒸汽的焓、熵
w c：压缩机输入的轴功
G1：制冷剂的质量流量
T0：环境温度图1
3.2冷凝器火用分析模型（图2）
由火用平衡方程知冷凝器火用损失为：
E xl2=E xh2-E xh3+E’xh1-E’’xh1
= G1 [h2-h3-T0(s2-s3)]+G2[(h’1-h’’1)-T0(s’1-s’’1)]
式中：h2、s2：进入冷凝器的制冷剂蒸汽的焓、熵
h3、s3：离开冷凝器的制冷剂蒸汽的焓、熵
h’1、s’1：进入冷凝器的冷却水的焓、熵图2
h’’1、s’’1：离开冷凝器的冷却水的焓、熵
G2：冷却水的质量流量
3.3节流阀的火用分析模型（图3）
由火用平衡方程和绝热节流过程方程有节流阀的火用损失为：图3
E xl3= G1T0(s4-s3’)
式中：s3’、s4：进入和离开节流阀的制冷剂的熵
3.4蒸发器的火用分析模型（图4）
由火用平衡方程可知火用损失为：
E xl4=E xh4-E xh1+E’xh2-E’’xh2
= G1 [(h4-h1)-T0(s4-s1)]+ G3 [(h’2-h’’2)-T0(s’2-s’’2)]
式中：h4、s4：进入蒸发器的制冷剂的焓、熵
h1、s1：离开蒸发器的制冷剂的焓、熵
h’2、s’2：进入蒸发器的冷冻水的焓、熵
h’’2、s’’2：离开蒸发器的冷冻水的焓、熵图4
G3：冷冻水的质量流量
3.5回热器的分析模型：（图5）
由火用平衡方程知火用损失为：
E x,l5= G1 [h3-h3’-T0(s3-s3’)+h1-h1’-T0(s1-s1’)]
4.蒸汽双效吸收式制冷机的火用分析模型图5
此机组的分析模型：冷凝器同压缩式机组一样，由于节流板和蒸发器间的状态参数不稳定，故把这两个设备作为一个整体来处理，吸收器、发生器、热交换器作为一个整体处理。

具体模块和压缩式机组类似。

5.工程实例：
5.1压缩式制冷机
烟台荏原公司的RHSBW150F制冷机组[3]，蒸发温度为4℃，冷冻水进出口温度为7℃/12℃，冷凝温度为40℃，冷却水进出口温度为30℃/35℃，压缩机出口温度为78℃，单机制冷量为533KW，压缩机输入功率为104KW，制冷剂流量为3.2Kg/s,过热度和过冷度都为5℃，冷冻水的流量为25.56 Kg/s,冷却水的流量为30.56 Kg/s，制冷剂为R22，由R22的压焓图和水的状态参数表查得制冷剂各状态点的参数[2]，计算此制冷机的火用损失、火用损失系数如表1：
5.2蒸汽双效吸收式制冷机
REW015型蒸汽双效吸收式制冷机[3],单机制冷量为528Kw,冷凝器出口冷剂水为38℃的
饱和水,进口冷剂为90℃的饱和水和100℃的饱和蒸汽,其质量流量比为1:0.85,冷却水供回水温度为32℃/38℃,流量为36 Kg/s;蒸发器出口冷剂水温度为5.8℃,压力为5.8mmHg,冷剂水质量流量为0.222 Kg/s,冷冻水供回水温度为7℃/12℃，流量为25.2 Kg/s;消耗的蒸汽流量0.1625 Kg/s,供给的蒸汽温度为185℃,压力为0.8 MPa,凝结水温度为90℃,背压不大于0.05 MPa,另外此机组还配有0.75 K w的真空泵,0.15 Kw的冷剂泵,3.5 Kw的溶液泵。

由水和水蒸气的表和水蒸气的焓-熵图查得各状态点的参数[2]，经计算结果如表1：
由表1可知，对于蒸汽压缩式制冷机，火用损失由大到小顺序依次为蒸发器、冷凝器、压缩机、回热器、节流阀。

各设备产生火用损失的原因是过程的不可逆性。

冷凝器的火用损失有内部火用损失和外部火用损失，内部火用损失主要由制冷剂和冷却水之间的传热温差引起的，温差越大，火用损失越大，由数学原理知，温度较高的介质对火用损失的影响比温度较低的介质产生的影响大，所以要减少火用损失，就要尽可能的降低冷凝温度，同时还要加强传热效果，如提高冷却水流量、采用传热系数高的换热器，减小油垢和水垢的热阻等；外部火用损失是制冷剂在冷凝器中传给冷却水的热量，由于没有加以利用，而由冷却水排放到环境中造成的火用损失，可以采用冷凝热回收、提高压缩机效率、减低冷凝压力等措施来减小这部分损失。

压缩机的火用损失是由实际的压缩过程不可逆造成的，可以采用减小压缩比和减小压缩机内部摩擦阻力来减少。

节流阀火用损失是由于摩擦阻力引起的，减小节流压力降，在冷凝器中采取过冷措施，可以减少节流阀的火用损失。

蒸发器的火用损失也是传热火用损失，同冷凝器类似，可通过强化换热，减小传热温差来减少其火用损失，目前空调系统中广泛采用的低温冷水吊顶辐射技术就是针对这一原理的应用。

从表1可以看出，蒸汽双效吸收式制冷机的火用损失由大到小的顺序，其中冷凝器、节流板和蒸发器的火用损失原因同压缩式制冷机，而发生器和换热器部分产生火用损失的主要原因是传热温差引起的。

通过蒸汽压缩式和吸收式制冷机的对比可以发现，制取相同数量的冷量火用，吸收式制冷比蒸汽压缩式制冷的耗费火用大。

5.结束语
利用火用分析的方法对压缩式制冷机和吸收式制冷机进行了能耗分析。

1.说明了对制冷系统进行能耗分析的必要性。

2.建立了制冷系统的火用分析模型。

3.通过实际制冷设备进行计算，找出了系统中火用损失最大的设备。

4.揭示了制冷系统中火用损失产生的原因，并提出了相应的改进措施。

参考文献：
1.傅秦生编能量系统的热力学分析方法西安交通大学出版社
2.廉乐明等编工程热力学（第四版）中国建筑工业出版社
3.彦启森等便空气调节用制冷技术（第三版）中国建筑工业出版社
4.烟台荏原设备公司制冷机组样本。