影响热泵COP的因素与节能途径分析VIP专享VIP免费

文章编号:�1005�0329(2007)01�0064�05影响热泵COP的因素与节能途径分析陈则韶1,江�斌1,史�敏2,樊高定2(1.中国科学技术大学,安徽合肥�230027;2.合肥通用机械研究院,安徽合肥�230031)摘�要:�从有效能流失入手,对影响蒸气压缩式热泵COP的各种因素进行了分析,并加以举例计算说明。最后提出了压缩式热泵的节能途径。对影响热泵COP的因素进行分析,对设计高效热泵有一定的参考价值。关键词:�热泵;有效能利用率;节能中图分类号:�TQ051.5����文献标识码:�AAnalysisofFactorsInfluencingtheCOPofHeat�pumpandEnergy�savingMethodsCHENZe�shao1,JIANGBin1,SHIMin2,FANGao�ding2(1.UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230027,China;2.HefeiGeneralMachineryResearchInstitute,Hefei230031,China)Abstract:�ManyfactorsinfluencingtheCOPofacompression�typeheatingheat�pumpwereanalyzedbasedonthelossoftheenergy.Thechangesofenergyefficiencycausedbythefactorswereshownbytheexamples,andsomeenergy�savingmethodswerediscussed.Its'usefultodesignahighefficiencyheat�pump.Keywords:�heat�pump;energyefficiency;energy�saving1�热泵工作原理热泵的工作流程如图1所示。图1�基本型热泵流程示意热泵工作情况:把热量Q1从低温输送到高温,消耗了电能w,获得了热量Q2。据能量守恒定律:Q1+w-Q损失=Q2(1)所以出现�Q2>w。��热力学把功和电能的品质定为1,热量的品质是用热量中所含的最大可做功能的份额来表示,即可以用理想热机的效率或卡诺热机效率来表示。工作在热源温度T和环境温度T0的卡诺热机效率是(1-T0/T2),这即是温度为T的热量的品质标度。(1)热泵获得热量的品质标度为:1-T0T2(2)(2)热泵工作的必要条件:输入的有效能必须大于得到的有效能。(3)热泵的火用效率:���u=Euw=(1-T0T2)COP=(1-T0T2)(�+1-a)(3)热泵的火用效率�u<1,所以这种热泵工作能进行。除了使用电能,还可以消耗高温的热能Qh获得有效能转给热泵得到的热量Q2,这种情况必收稿日期:�2006�04�1364��������������FLUIDMACHINERY�����������Vol�35,No�1,2007须满足:Eu,Qh>Eu。而得到的热量Q2>Qh。这是利用余热来制冷或制热的原理。(4)有效能损失份额:(1-�u)为有效能损失的份额,是提高热泵COP的潜力。(5)热泵的极限COP值COPmax=1/(1-T0T2)=T2T2-T0(4)2�影响热泵系统COP值的各种因素2.1�传热温差的影响逆卡诺循环热泵是不可能实现的,因为其蒸发器的吸热和冷凝器的散热没有考虑换热温差,在接近零温差下换热要无穷长的时间和极大的换热面积,这是不现实的。为了使吸热和放热能以一定传热速率进行,制冷设备的冷凝器和蒸发器都设计有一定传热温差。设冷凝器传热温差为Th,蒸发器传热温差为Tc,冷凝温度为Th(比热水温度T2高Th),蒸发温度为Tc(比环境温度T0低Tc)。假设有逆卡诺循环热泵工作在热源温度为Th,冷源温度为Tc时,其理论COP为:COPT=ThTh-Tc=T2+ThT2+Th-(T0-Tc)=T2+ThT2-T0+(Th+Tc)(5)当T0=283.15K,T2=323.15K,且Th=Tc时,COPT与Tc的关系如图2所示。图2�传热温差对COP的影响在蒸发器温差为10!,冷凝器温差为4!时,不考虑实际循环的不可逆损失,本例的理想逆卡诺循环COP约6.06,制热量为Q2=COPTw。考虑传热温差时热泵的热力完善度或火用效率为:��u=COPTCOPmax=(T2+Th)(T2-T0)[T2-T0+(Th+Tc)]T2�(6)在本例工况下进行逆卡诺循环的热泵热力完善度见图3。在蒸发器温差为10!,冷凝器温差为4!时,热力完善度约0.750。图3�传热温差对热力完善度的影响2.2�实际工质与逆卡诺循环的差别(1)实际工质理论循环实际工质理论循环参见图4,其约定是:低压饱和蒸气1绝热压缩至2,等压放热至饱和液态点3,等焓节流至4,在低压下等压蒸发吸热至1。图4(a)为p�h图,用于计算较方便;图4(b)为T�s图,用于定性分析较方便。该理论循环除等焓节流外均当作可逆过程,所以可以用工质状态图的平衡参数进行计算。(a)�p�h(b)�T�s图4�理论压缩制冷循环p�h图和T�s图图4中各点参数见表1,蒸发温度279.15K,652007年第35卷第1期����������流�体�机�械���������冷凝温度327...