三種常用制冷方式比較

1、三種常用制冷方式比較1、刖言本文介紹了三種主要空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，蒸汽壓縮式空調(diào)系統(tǒng)具有較高的制冷系數(shù)和較強(qiáng)的制 冷、制熱能力，但這種系統(tǒng)所使用的制冷劑 CFCs對(duì)臭氧層有活多或少的破壞，且運(yùn)行時(shí)噪音很 大，窗式空調(diào)尤為明顯。分體式中央空調(diào)系統(tǒng)將冷凝器、 壓縮機(jī)封閉在一金屬箱體內(nèi)放在室外，將蒸發(fā)器裝在一箱體內(nèi)放在室內(nèi)，從而可以降低系統(tǒng)的噪音，同時(shí)，它采用新型的制冷劑，例如用 R134a取代CFCs可以有效降低對(duì)臭氧層的破壞。但新型制冷劑的采用卻使系統(tǒng)的 COP值有所降低。 吸收式空調(diào)系統(tǒng)的COPfi中等，具有廢熱再利用及再生熱的優(yōu)點(diǎn)， 但這種系統(tǒng)體積較大。熱電式空 調(diào)系統(tǒng)體積小，噪音低，但它的C

2、OPfi較其他兩種系統(tǒng)低，并且設(shè)備價(jià)格昂貴。此外，這種系統(tǒng)利 用直流電運(yùn)行，可使用電池或 DV直接驅(qū)動(dòng)。2、三種空調(diào)系統(tǒng)的熱力循環(huán)和原理2.1蒸汽壓縮式循環(huán)大多數(shù)蒸汽壓縮式空調(diào)系統(tǒng)能全年不設(shè)有換向閥的蒸汽壓縮式空調(diào)系統(tǒng)只能在夏天用于制冷, 運(yùn)行，既能制冷也能制熱，兩種過程分如圖1所示。在制冷循環(huán)系統(tǒng)中，壓縮機(jī)從蒸發(fā)器吸入低溫低壓的制冷劑R134a蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)絕熱壓縮成為高溫高壓的過熱蒸汽，再壓入冷凝器中定壓冷卻，并向冷卻介質(zhì)放出熱量，然后冷卻為過冷液態(tài)制 冷劑,液態(tài)制冷劑經(jīng)膨脹閥（或毛細(xì)管）絕熱節(jié)流成為低壓液態(tài)制冷劑，在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸收空調(diào) 循環(huán)水（空氣）中的熱量，從而冷卻空調(diào)循環(huán)水（空氣）

3、達(dá)到制冷的目的，流出低壓的制冷劑被吸入 壓縮機(jī)，如此循環(huán)工作.蒸汽壓縮式空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際逆卡諾循環(huán)過程的值如下:冊(cè)仁=:-1 1 J (1)顯然，當(dāng)熱源溫度相同時(shí)，實(shí)際逆卡諾循環(huán)的 COPc值比理想卡諾循環(huán)的COPrnot的值小，并 且隨著和 的增大而減小。從公式（1）可以看出：，對(duì)COPc值的影響較亠大?？照{(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)器中 空氣出口溫度比進(jìn)口溫度低，一般至少低 8C,即大于等于8C。對(duì)于冷凝器，為使制冷系 統(tǒng)能有效的運(yùn)行，周圍環(huán)境溫度一般要求低于 43C。在制熱狀態(tài)下，通過換向閥將圖一中室內(nèi)的蒸發(fā)器由冷凝器取代， 室外的冷凝器由蒸發(fā)器取代，整 套裝置就是一熱泵，不停地將熱量從室外空氣

4、中輸送到室內(nèi)。 為使熱泵能有效地運(yùn)行，周圍環(huán)境溫 度一般要求高于一5C。該熱泵的由下式計(jì)算得出: ：-. - (2)2.2吸收式制冷循環(huán)蒸汽壓縮式循環(huán)是被稱為做功式循環(huán)，因?yàn)闅怏w制冷劑的加壓過程是由壓縮機(jī)做功完成的，而 吸收式循環(huán)是以熱能為動(dòng)力的循環(huán)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)運(yùn)行時(shí)發(fā)生器中高壓液體轉(zhuǎn)變成高壓氣體時(shí)吸收了 大量的熱，這些熱是由油、煤氣和天然氣的燃燒及地?zé)崮?、太陽能、工廠廢熱提供的?；镜奈帐窖h(huán)如圖三所示，吸收器和發(fā)生器組成的這部分相當(dāng)于一臺(tái)“熱力壓縮機(jī)”，所以吸收式循環(huán)過程的原理和蒸汽壓縮式相似。 在空調(diào)系統(tǒng)中，吸收式循環(huán)常用LiBr - H2O作工質(zhì)對(duì)， 其中水為制冷劑，LiBr為吸收劑

5、。發(fā)生器內(nèi)裝有一定量的溴化鋰濃溶液，吸收器內(nèi)裝有一定量的溴 化鋰稀濃液，吸收器內(nèi)的溴化鋰稀濃液經(jīng)溶液泵，熱交換器進(jìn)入發(fā)生器，在外熱源（蒸汽或水）加熱下, 溴化鋰稀溶液的水分蒸發(fā)而變成溴化鋰濃溶液，所蒸發(fā)的水蒸氣進(jìn)入冷凝器（吸收式循環(huán)比蒸汽壓 縮式循環(huán)的最大的優(yōu)點(diǎn)在于吸收式循環(huán)中加壓液體比蒸汽壓縮式循環(huán)中加壓氣體耗功少），在冷凝器中被冷卻水冷卻放熱后，經(jīng)節(jié)流減壓進(jìn)入蒸發(fā)器，在高負(fù)壓的蒸發(fā)器中汽化吸熱冷卻空調(diào)循環(huán)水， 汽化后的水蒸汽進(jìn)入吸收器，在吸收器內(nèi)被來自發(fā)生器的溴化鋰濃溶液吸收，使溴化鋰濃溶液變成 了溴化鋰稀溶液，再經(jīng)過溶液泵，熱交換器送至發(fā)生器濃縮成溴化鋰濃溶液在水蒸氣吸收過程中， 產(chǎn)生的

6、汽化潛熱由冷卻水帶走溴化鋰溶液為高溫液體，在進(jìn)入吸收器之前經(jīng)過熱交換器冷卻，加熱 進(jìn)發(fā)生器前的稀溶液從而回收了部分熱量，提高能源的利用率吸收式循環(huán)中熱量傳遞的過程可概 括為：當(dāng)空氣中的低溫?zé)嵩蠢鋮s蒸發(fā)器中的水時(shí)，高溫?zé)嵩磳?duì)發(fā)生器中的溶液加熱， 冷凝器和吸收器通過水和空氣將熱量排到周圍大氣中。吸收式制冷系統(tǒng)的COR值由下式計(jì)算得出：2一 - 一宀）（3）當(dāng)整個(gè)循環(huán)完全可逆時(shí)，吸收式循環(huán)制冷系數(shù)值最大，也就是說來自熱源Qge n的熱量被轉(zhuǎn)移到卡諾發(fā)動(dòng)機(jī)，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出量（匚-嚴(yán)）供給卡諾制冷機(jī)除去冷空氣中的熱。設(shè) -宀 2：； - ,則吸收式制冷系統(tǒng)可逆情況下的 COPfi為：COj =字屮心

7、3P =(1-其中，Ta是空氣溫度，二是冷卻空間的溫度，Ts是熱源溫度，從公式（4 ）可以看出，Ta增大,COP增大；二增大，COP增大；Ts增大，COF增大；吸收式制冷理想可逆循環(huán)的的 COF值通常是實(shí)際循環(huán)的兩倍多從某種意義上說，在吸收式制冷系統(tǒng)中用術(shù)語 COP是不合適的，通常情況下這種系統(tǒng)的 COP 值比蒸汽壓縮式低。但卻不能因此而否定該系統(tǒng)，因?yàn)樵谶@兩種循環(huán)中，COP的定義不同。做功轉(zhuǎn)化的能比熱能所付出的代價(jià)要高。而且，在夏天使用這種系統(tǒng)制冷能避免蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)中使 用電能所引起的用電高峰。太陽能和工業(yè)廢熱對(duì)它來說是一個(gè)豐富的可利用資源。然而，吸收式制冷系統(tǒng)體積較大，設(shè)備的價(jià)格較高

8、，這種系統(tǒng)的制冷量通常是幾千瓦甚至幾千千瓦，所以一般應(yīng)用于工業(yè)制冷，近幾年來，也應(yīng)用于某些家庭的中央空調(diào)系統(tǒng)。吸收式循環(huán)系統(tǒng)一般不用于制熱，因?yàn)橄虬l(fā)生器中供熱的熱源可直接用于制熱。2.3熱電式循環(huán)當(dāng)兩根金屬棒或半導(dǎo)體相連接且接點(diǎn)兩側(cè)保持不同溫度時(shí)，將會(huì)有五種現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生：焦耳效應(yīng)、傅立葉效應(yīng)、貝塞克效應(yīng)、珀耳帖效應(yīng)和湯姆森效應(yīng)。所有這些都是不可逆現(xiàn)象。珀耳帖效應(yīng) 對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的影響最大。在電路中，不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間包含了兩個(gè)接點(diǎn)， 熱量通過一直流電 源從一接點(diǎn)傳遞到另一接點(diǎn)。半導(dǎo)體（如 J）比金屬更易產(chǎn)生珀耳帖效應(yīng)。熱電制冷（珀耳帖 裝置）利用了半導(dǎo)體的珀耳帖效應(yīng)。原理如圖 3所示。從冷空間

9、吸收的熱量通過 N-型和P-型半導(dǎo) 體熱電偶元件傳遞到熱側(cè)熱源接受器，然后排放到周圍環(huán)境中。如果電流方向改變，通過半導(dǎo)體材 料的熱流方向也隨之改變。冷空間就變成了熱空間，也就是說，空調(diào)系統(tǒng)就變成制熱狀態(tài)。在制冷狀態(tài)下，制冷能力- - -，在熱側(cè)熱源接受器中的分散熱Qh=驅(qū)丿（為，輸入電功率呼=2 - Q，制冷系數(shù):其中熱容比：，COP. =- = 1-f COK制熱系數(shù)： I （6）典型的熱電空調(diào)器（熱泵）是半導(dǎo)體熱電偶元件通過銅線連接，并用導(dǎo)熱絕緣的陶瓷夾在線路中間組成，如圖3所示。熱電系統(tǒng)的優(yōu)值系數(shù)Z由式（7）計(jì)算：1 .丄 L （ 1/K）（ 7）Z值能充分反映熱電性能，它的值僅和熱電材

10、料的物理性質(zhì)有關(guān)。性能系數(shù)Z越大，熱電材料越好。利用上述方法，制熱時(shí)最佳性能系數(shù)可由下式計(jì)算：(8)熱電式空調(diào)系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)比如,這種系統(tǒng)完全沒有氟氯化碳所引起的污染，設(shè)備簡(jiǎn)易輕巧， 使用方便，運(yùn)行可靠，無噪音，啟動(dòng)迅速，較易控制。此外，它的工作溫度范圍很廣(-40C - 70C)且能 直接由直流電或燃料電池驅(qū)動(dòng).它的主要缺點(diǎn)是制冷系數(shù)低，費(fèi)用較高。3、性能比較從性能和成本的角度分析，蒸汽壓縮式空調(diào)系統(tǒng)是最好的。然而，目前這種系統(tǒng)中使用較多的 制冷劑對(duì)環(huán)境存在著或多或少的影響，不是對(duì)環(huán)境友好的制冷劑。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看終將在未來的法律中 將被禁止使用。吸收式制冷利用低品位熱能，電能耗費(fèi)少，但體積較大，

11、設(shè)備價(jià)格昂貴。熱電式系統(tǒng) 設(shè)備簡(jiǎn)易，但制冷量小且價(jià)格昂貴。4、經(jīng)濟(jì)價(jià)值分析對(duì)任何比較來說，經(jīng)濟(jì)價(jià)值的比較都是重要的，并影響著最終選擇任何設(shè)備都有有限的使用壽命，隨著投入使用時(shí)間推移，技術(shù)的更新和商業(yè)的新動(dòng)向,設(shè)備在不斷的退化。通常用兩種方法來計(jì)算折舊率，即初投資法和漸縮值(DV法。初投資法是指將貶值的總額平均分配到設(shè)備有效使用壽命的每一階段。DV法是指將貶值的總額逐漸減少的分配到設(shè)備有效使用壽命的每一階段。 因此，在設(shè)備投入使用的早期需要扣除更多的數(shù)目，因?yàn)樵O(shè)備總是早期使用比晚期使用好。DV法更適合于空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值分析，每一年的貶值率按DV法兀=遇 f x(l - DV伽毎襯1(9)計(jì)算的

12、空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)n年后的價(jià)值由公式(9)計(jì)算：其中，n表示使用的年限，DV因數(shù)由空調(diào)系統(tǒng)的期望使用壽命決定。空調(diào)系統(tǒng)的期望使用壽命為10年，15年，20年時(shí)，相應(yīng)的DV因數(shù)為15% 10% 7.5%。5、結(jié)論(1) 蒸汽壓縮式空調(diào)、吸收式空調(diào)的制冷/制熱能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熱電式空調(diào)；(2) 吸收式空調(diào)利用熱能為動(dòng)力的循環(huán)，耗電非常小，其耗電設(shè)備僅有幾臺(tái)小型泵和風(fēng)機(jī)。 熱 電式空調(diào)、蒸汽壓縮式空調(diào)運(yùn)行時(shí)需使用大量的電能；(3) 蒸汽壓縮式空調(diào)COPS最大，在2.6-3.5之間，而吸收式空調(diào) COPS在0.6-1.1之間， 熱電式空調(diào)COPfi在0.38-0.45之間；(4) 這三種空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)噪音大小幾乎一樣(除了窗式蒸汽壓縮式空調(diào)系統(tǒng))，因?yàn)槭覂?nèi) 的系統(tǒng)僅有風(fēng)