循环形式对工质热力循环性能影响的分析
作者: 张羽;钱婷婷;王之瑶;李晓明;
摘要:在双级压缩中,5种工质表现出和单级压缩中相近的趋势,其中r600同样质量单位制热量较高。且与单级压缩相比较,5种工质的cop值都有所提高,其中r134a、r245ca、r245fa提高幅度较大,因此,中高温热泵使用这三种工质时,适宜采用双极压缩的型式。
关键词:热泵工质;双级压缩;cop
前言 热泵是一种高效、节能的装置,根据热泵系统冷凝温度的不同,可将热泵系统分为常温热泵和中高温热泵。为了能够满足 工业 过程对中高供热温度的需求,中高温热泵技术已成为近年来热泵技术 发展 和研究的主要方向之一。而寻求环境特性和循环性能俱优的中高温热泵工质,便成了当前中高温热泵技术研究中的关键问题。
在《热力条件对工质热力循环性能影响的分析》一文中,具体选择hfcs类制冷剂r245fa, r245ca和r236ea及r134a和碳氢类的制冷剂r600作为研究对象,进行了以上工质在单级压缩循环中的热力学性能的分析。为了进一步提高热泵系统的热力性,本文采用多级压缩对各工质进行了热力学性能的分析,并将分析结果与单级压缩热力循环进行了比较。wwW.lw881.com
1系统型式及其参数确定
本文采用的压缩系统型式是两级节流、中间不完全冷却的双级压缩热泵循环。两级节流是由冷凝压力pc,先节流到中间压力pm,再节流到蒸发压力pe。所谓中间不完全冷却是指从低级压缩机出来的蒸汽处于过热状态,而不是饱和状态。
假设:节流过程为等焓过程;蒸发和冷凝为等压过程;冷凝温度tc=50-80 ℃, 蒸发温度te=0-30℃,不计制冷剂在蒸发器、冷凝器和管道内流动时的流动阻力损失;不计制冷剂在管道中与外界的热交换损失;同单级压缩一样,系统采用回热循环,从冷凝器出来的工质进入换热器放出热量达到过冷,这部分热量用来加热从蒸发器出来的蒸汽使其过热。r245fa, r245ca, r236ea为b型工质选择能使排汽温度高于冷凝温度5℃的过热度,低压压缩机的质量流量取为1l/s。系统如图1所示。等熵压缩效率ηs=0.85。各种热力性能指标 计算 方法如表1所示。
2 工质的性能指标分析
为了研究多级压缩时所选工质的综合性能,本文分析的循环性能评价指标为热泵的单位质量制热量qc,单位质量压缩功w,制热系数cop。
2.1单位质量制热量qc比较
图2给出了冷凝温度不变时,5种工质的单位质量制热量随着蒸发温度的变化 规律 ;从图中可以看出:
1)5种工质的单位质量制热量随着蒸发温度te的变化趋势相同,随温度的增加而略有减少,基本不变。
2)从图中可以看出,r600的单位质量制热量明显高于其他工质。
2.2 单位质量压缩功w比较
图3给出的是当冷凝温度为80℃时,5种工质单位质量压缩功w随着蒸发温度的变化规律。从图中可以看出:
1)5种工质的w值随蒸发温度的增加而减小,并且随着蒸发温度的增加,5种工质的w值越来越接近。
2)在较低的蒸发温度时,5种工质的w值与单级压缩相比有所减少,一定程度上解决了单级压缩时因w值过高而引起的压气机输气系数低,制冷剂和润滑油分离,从而导致运行工况恶化的问题。
当冷凝温度保持80°c不变时,5种工质的cop随蒸发温度的变化趋势如图4所示,从图中可以看出:
1)当冷凝温度tc不变时,5种工质的cop都随着蒸发温度te的增高而增加。
2)在相同的工作区间,r134a,r236ea,r600这三种工质的cop值相近,而r245ca的制热系数较高。
3 单、双级压缩比较
1)5种工质的cop值在级压缩中都有所提高,其中r134a、r245ca、r245fa提高幅度较大,这和在中高温热泵工作区间,这三种工质的压缩比较大有关系,因此,中高温热泵使用这三种工质时,适宜采用双级压缩的型式。
2)5种工质表现出和单级压缩中相近的趋势,其中r600同样质量单位制热量较高。
4 结论
1. 综合来看,三种新工质r245fa、r245ca、r236ea在中高温热泵工况下,制热系数均能达到3.2以上,且其制热系数均高于现常用的替代工质r134a,可见,三种新工质应用于中高温热泵系统中能满足热力性质要求,而且用其替代r134a,对现有系统进行改造可提高其热力性能;
2. r245ca、r245fa这两种工质在循环温升较大的情况下,压缩机进出口的压缩比较大,会造成压缩机效率低下,进而影响到制热系数的大小,因此,这两种工质应用到中高温热泵系统时,应考虑双极压缩;
3. r600作为中高温热泵工质时,由于其单位质量制热量、单位容积制热量高,因此所需设备减小,同时其压缩比仅高于r134a,系统型式采用单级压缩就可以满足要求。
参考 文献
[1]张小松 李应林 蔡亮,《双压缩机混合动力燃气热泵空调系统》,2006年05月16日
[2]毕彤 徐光 王嘉璐,《热泵技术在我国的 发展 》, 2008年1期
[3]张振涛 张壁光 顾炼百 李梁,《两级压缩高温热泵木材干燥的研究》,《南京林业大学学报》2007年31卷4期
[4]王志国 宋永臣等,《高温热泵室内模拟试验及 工业 应用》,《机械工程学报》2006年42卷7期
[5]陈东 谢继红,《热泵技术及其应用》,化学工业出版社,2006
[6]庞合鼎 王守谦 阎克智,《高效节能的热泵技术》,原子能出版社1985年5月
[7] dan cringus, artem bakulin, jrg lindner, peter vhringer, maxim s. pshenichnikov, and douwe a. wiersmaj. phys. chem. b, 2007, 111 (51), pp 14193–14207publication date (web): november 30, 2007
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