《暖通空調的熱經濟學》學術報告

PAGE27暖通空調的熱經濟學摘要隨著我國經濟的騰飛，工業(yè)水平和居民生活質量都有了很大的提高，空調系統(tǒng)的運用越來越廣泛。空調系統(tǒng)的能量消耗也越來越多，為了進一步降低空調系統(tǒng)的生產成本，有關人員在工藝方面進行了改進和優(yōu)化設計，建立模型，確定主要工藝參數(shù)與系統(tǒng)傳熱傳質之間的關系，得到了局部條件下的最優(yōu)解。不管是從工藝上還是從設備上，任何改進和優(yōu)化的目的都是想得到相應條件下的最優(yōu)解。但是，參數(shù)的改變不僅影響到工藝的改變，還影響到設備的投資和運行性能的變化。一般而言，技術的進步和資金的節(jié)約往往是相互矛盾的，如果技術的進步所帶來的收益不能彌補投入資金的增加值，那么這種技術的改進是沒有現(xiàn)實意義的。因此，我們選用綜合的評價指標：熱經濟學指標。熱經濟學是把熱力學分析與經濟因素結合的交叉學科。該學科的基礎是熱力學基礎和經濟學基礎，并能熟練地運用現(xiàn)代最優(yōu)化技術，在本文中，我將結合實際計算單位熱經濟學成本，通過建模，實驗，計算出該設備的熱經濟學單價成本。AbstractWiththegreatdevelopmentofourcountry’seconomy,thelevelofindustryandpeople’slivingqualityhavehadagreatimprove,andmuchmorairconditionsystemisrequired,somoreaircondition’energyisneed.Forfurtherloweringtheproductioncostoftheairconditionsystem,Somemencarriedontheimprovementthecraftanddesignedexcellentform,builtupthemodel,madesurethatthemaincraftparameterandsystemstransmitheattospreadtherelationbetweenquality,getunderpartialconditionofsuperiorsolution.Ignoretostillisfromthecraftfromtheequipments,anyimprovementandexcellentthepurposesthatturnareallwanttobecorrespondunderconditionofsuperiorsolution.But,thechangeoftheparameternotonlyaffectsthechangeofthecraft,butalsoaffectstheinvestmentoftheequipmentsandthevarietyofthemovementfunctions.Generallyspeaking,technicalprogressandtheeconomyofthefonduesareusuallyconflicting,iftheincomethattechnicalprogressbringcan'tmakeuptheincrementvalueofthrowinthefunds,sothiskindoftechnicalimprovementhavenorealisticmeaning.Therefore,wechoosetousethecomprehensiveevaluationindexsign.Hoteconomicsindexsign.Thehoteconomicsistocombinetheanalyticalandeconomicfactorofthermodynamicsofcrossthecourse.Thefoundationofthatcourseisthethermodynamicsfoundationandtheeconomicsfoundations,andcanmakeuseofthemodernexpertlysuperiorturnthetechnique,inthistext,Iwillcombinethehoteconomicscostofactualcalculationunit,passingtosetupthemold,experiment,computinghoteconomicsunitpricecostofathatequipment.目錄TOC\o"1-3"\h\z摘要 1第一章緒論 5第一節(jié)方法的基本概論 51.1能的分類 51.2的定義 61.3能量的熱經濟學定價 6第二節(jié)熱經濟學的經濟學基礎 61.2.1經濟效益的概念 71.2.2成本 71.2.3成本估算 7第三節(jié)熱經濟學的發(fā)展 8第四節(jié)熱經濟學在空調系統(tǒng)中的運用 9第二章熱經濟分析模型 10第一節(jié)實驗的基本原理與過程 102.1.1實驗的基本原理 102.1.2實驗簡單過程 11第三章熱經濟學分析 15第一節(jié)穩(wěn)流工質的火用 153.1.1穩(wěn)流工質的比焓火用 153、1、2穩(wěn)流系統(tǒng)的熱量和冷量火用 153.1.3火用效益 16第二節(jié)制冷循環(huán)的火用損失 163、2、1制冷壓縮機的火用損 163、2、2冷凝過程2-3的火用損 163、2、3蒸發(fā)過程4-1的火用損 16第三節(jié)年度化成本 173.4.1各設備的非燃料成本 173.4.2年度化成本 17第五節(jié)單位熱經濟學成本方程 185.1.1單位熱經學成本的計算公式 183.5.2壓縮機的單位熱經濟學成本 193.5.3冷凝器的單位熱經濟學成本 193.5.4蒸發(fā)器的單位熱經濟學成本 203.5.5蒸發(fā)器中的風機的單位熱經濟學成本 203.5.6冷凝器中風機的單位熱經濟學成本 203.5.7機組的總單價成本 21第六節(jié)熱經濟單價得計算 213.6.1單價計算 21第七節(jié)單價熱經濟學成本表 25第四章結論 26參考文獻 27第一章緒論隨著現(xiàn)代人們生活水平的提高，空調系統(tǒng)的運用越來越廣泛。為了進一步降低空調系統(tǒng)的生產成本，有關人員在工藝方面進行了改進和優(yōu)化設計，建立模型，確定主要工藝參數(shù)與系統(tǒng)傳熱傳質之間的關系，得到了局部條件下的最優(yōu)解。不管是從工藝上還是從設備上，任何改進和優(yōu)化的目的都是想得到相應條件下的最優(yōu)解。但是，參數(shù)的改變不僅影響到工藝的改變，還影響到設備的投資和運行性能的變化。一般而言，技術的進步和資金的節(jié)約往往是相互矛盾的，如果技術的進步所帶來的收益不能彌補投入資金的增加值，那么這種技術的改進是沒有現(xiàn)實意義的。因此，我們選用綜合的評價指標：熱經濟學指標。熱經濟學是把熱力學分析與經濟因素結合的交叉學科。該學科的基礎是熱力學基礎和經濟學基礎，并能熟練地運用現(xiàn)代最優(yōu)化技術。為此，我將在第一章對其介紹。第一節(jié)方法的基本概論熱經濟分析又叫經濟學分析，是一種把熱力學分析和經濟因素統(tǒng)一考慮的分析方法。它是在分析的基礎上方展起來的，又為方法的運用開辟了一條新的途徑。因為它是以分析為基礎的，綜合運用工程經濟學，系統(tǒng)經濟學，及最優(yōu)化技術等學科方展起來的，所以非常適合我們的分析和設計。的概念是分析的核心，因而熱經濟學中代表熱力學分析的核心，在此，對的基本概念定義描述。1.1能的分類我們知道能是促成變化的動因，能的使用價值就在于它能促成變化。實際上不同的能量促成變化的能力是不相同的，這是因為能量的儲存方式不同，按照其儲存方式不同我們可以將其分為有序能（Orderedenergy）和無序能(Disorderedenergy)兩大類。有序能系指載能物系中的基本載能粒子所具有的勢或運動方向是完全相同的能。它可以完全轉化為其它能量形式，這是有序能的一個特點，另一特點是有序能之間的傳遞是以功的形式實現(xiàn)的。反過來，也可以說功是一種傳遞的有序能。其特點三是有序能在傳遞過程中，任何系統(tǒng)都不會有熵變。無序能是由于載能物體內的載能粒子紊亂運動而宏觀體現(xiàn)的一類能量。再一定的條件下，無序能可以部分地轉化為有序能，但僅僅是一部分。它不遵循熱力學第一定律，而是嚴格地遵循熱力學第二定律，即從無序能到有序能的轉化必然伴隨著相互作用著系統(tǒng)的熵的變化。由上可以看出，不同形式的能量在轉化為另一種形式能量的能力是有差別的，這點說明能量不僅有量的屬性，還有質的屬性。因此我們要找到一個既能代表量有能代表質的指標，而且這個指標是能夠量化的，以便能量之間能夠直接比較，這就是。1.2的定義關于的定義有不同的描述方法，這里介紹兩種有代表性的說法。表述一：系統(tǒng)在給定環(huán)境的相互作用下，其能量可以完全地，連續(xù)地轉化為任何形式能量的那部分就是，而寂則是不可轉換的部分。表述二：在以環(huán)境參數(shù)為基準態(tài)條件下，從任一給定形式的能量中可能獲得的最大功就是，其于部分為寂。1.3能量的熱經濟學定價在熱經濟學分析中，能量的定價是一個很重要的問題。它是把熱力學的物理量轉換為經濟學量綱的關鍵。能源的定價直接影響著能源的消費和生產，是關系到國民經濟的大問題。從的定義中我們可以看出是表征能量價值的物理量，它是綜合運用熱力學第一定律和第二定律，不但從量的方面，而且更強調從質的方面來作能量的尺度。一定的能量中包含著多少就能反映這種能的質量的高低。因此，只有用來確定能源價值，才能是其實用價值和經濟價值得到很好的吻合，因為不僅從量的發(fā)面，而且從質的方面、全面地代表著能的使用價值。當系統(tǒng)為輸出不同質量特性產品和能量的系統(tǒng)時因為能質量特性不同，從而產品的值和焓值之間沒有一固定的比值，以能的定價與以的定價就將產生差別，這種差別反映了能量的可用性不同，因而其使用價值也不同。在這種情況下，就只能用來定價，而不能用能來定價。以來定價具有普遍性，使用與一切情況，所以在熱經濟學分析中，我們主張任何系統(tǒng)都以來定價。第二節(jié)熱經濟學的經濟學基礎經濟的歷史比熱力學悠久，它可以追溯到古希臘的哲學家亞里士多德，那時他就建立了經濟學的概念和體系。所以，經濟學并不是一門新的學科，但當它與熱力學分析結合是就變成了一門新的學科。在這里主要說工程經濟學的概念。1.2.1經濟效益的概念經濟效益是從產品的產出和投入的角度來理解其含義。所謂產出是生產出來的產品或勞務，所謂投入是指為生產這些產品所消耗的人、財、物等能源。產出的產品必須符合社會需要即社會效益，這是質的指標，一切經濟效益必須先具備社會效益才有效益可談，即社會效益是經濟效益的前提。經濟效益主要指產出大于投入，此差值越大經濟效益越高。處理得好，經濟效益與社會效益完全一致，但處理得不好，也會矛盾經濟效益E可以定義為：E=B-C式中：B為方案運行后的收益，C為全部投資，B-C也叫者凈收益，凈收益大于零是該方案在經濟上可行的界限。1.2.2成本對工業(yè)企業(yè)來說，為了生產和銷售一定種類和數(shù)量的產品，則必須消耗各種費用，這些費用的總和就是成本一般情況下，產品成本可以分為以下幾項：原材料費用、燃料和動力費用、生產人員工資及附加費用、廢品損失、車間經費、企業(yè)管理費。以上七項之和為組成產品的成本，前五項之和為車間成本，前六項之和為工廠成本或生產成本。1.2.3成本估算原材料、燃料和動力消耗的計算Ca=Σ(WiPi)+Cfp式中：Wi為第i種材料的年消耗量；Pi為其單價；Cfp為燃料、動力年消耗費用。固定資產的折舊與維修費用估算固定資產的價值逐漸地部分地轉移到產品的成本里，這種轉移無法計算確切的數(shù)量，而是以折舊率的方法進行折舊計算。折舊計算的方法很多，但無論采用那種方法進行折舊計算，都與固定資產的使用年限有關，這個年限既要根據(jù)固定資產的有形損耗、又要根據(jù)其無形損耗計算。有形損耗是指固定資產由于使用和自然力的影響而引起的使用價值和價值的降低，無形損耗是指由于技術進步而引起的設備陳舊落后和價值損失。設備的壽命估算和折舊方法設備的使用年限也叫設備壽命。設備壽命有三個不同的概念，既技術壽命、所有權壽命和經濟壽命。在技術經濟中主要指經濟壽命，經濟壽命指設備在技術上還可以使用，而且還屬于原主，但由于這一技術領域發(fā)展很快，與新開發(fā)的設備相比，這臺設備太落后了，繼續(xù)使用不如更換一臺新的更經濟，這時我們說這臺設備已經達到了經濟壽命;本設備為實驗用，所以采用技術壽命，技術壽命指設備被使用到達不到它在技術上應有的指標，而不得不淘汰的年限。設備的折舊方法很多，這里介紹勻速折舊法，也就是每年折舊費一樣，這種方法計算每年里折舊額為：D=(I0-IL)\、L式中L為設備的經濟壽命，D為折舊率，I0為設備的初投資原值，IL為到L年時的殘值。設備維修費用和人員工資、附加費與管理費的估算根據(jù)技術經濟比較的詳細程度不同，維修費可以單算，也可以用某一系數(shù)加在設備費里。人員工資、附加費與設備的管理費因為系統(tǒng)差別大，這里不說，可以根據(jù)具體情況計算。年運行費用估算設備的年運行費用Cy:Cy=Ca+Cb+Cc式中Ca能量費用，Cb+Cc為非能量費用。第三節(jié)熱經濟學的發(fā)展熱經濟學的發(fā)展歷史不長，它起源于50年代末，60年代中期始形成完整體系。在美國產生了若干學派，最早者要數(shù)M．Tribus學派，因為他首倡通過了系統(tǒng)逐個尋優(yōu)達到全局最優(yōu)的目的，為此必須具備各子系統(tǒng)之間在熱經濟上孤立化的條件才不違背“系統(tǒng)的各個局部全為最優(yōu)意味著系統(tǒng)全局最優(yōu)”的原則。Tribus的學生R．Evans還作了熱經濟學孤立化原理的數(shù)學論證。因此，后人就將此第一次出現(xiàn)的熱經濟學名之為“孤立化”模式的熱經濟學。接踵而來的美國的另一學派為首者的R．Gaggioli，因在70年代中發(fā)表論文最多而著稱于世，他們所用的數(shù)學工具為基本的代數(shù)，因此也稱為“代數(shù)”模式熱經濟學。近年來隨著人們節(jié)能意識的增強，熱經濟學得到飛速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了“結構系數(shù)”模式熱經濟學(以德國的Beyer為代表)以及成本理論指導下的符號經濟學(以西班牙的AntonioValero為代表)，因西方國家把矩陣分析叫做“符號數(shù)學技術”，實際上這個模式也可叫做“矩陣”模式熱經濟學。熱經濟學的分析與優(yōu)化是相輔相成的，分析結果可給出在系統(tǒng)各部位上流及經濟流的分布，從而我們可以發(fā)現(xiàn)哪些地方存在著最大的改進潛力，但它不能從系統(tǒng)整體分析的角度給出系統(tǒng)的某一局部改進或某一參數(shù)改進對全系統(tǒng)帶來的影響，而優(yōu)化方法剛好彌補了這一缺點。在進行系統(tǒng)尋優(yōu)改進時，要確定考慮的變量及之間的關系，并選擇約束條件和決策變量，最后用數(shù)學手段描述問題，即寫出目標函數(shù)與約束方程求解。熱經濟學傳入我國比較晚，較大規(guī)模的研究是在70年代末和80年代初，但隨著能源問題的突出，他的運用也越來越廣泛，并隨著人們節(jié)能意識的增長而得到長足發(fā)展。第四節(jié)熱經濟學在空調系統(tǒng)中的運用近年來,隨著現(xiàn)代化工業(yè)水平和人們生活水平的提高,空調系統(tǒng)的需求越來越大,空調系統(tǒng)的能耗已經占到建筑總能耗的50%左右,因此對空調系統(tǒng)進行熱經濟性分析人就越來越多,如有人研究了風冷熱泵機組的熱經濟性，通過分析比較風冷熱泵機組，直燃機組和冷水+燃氣機組三種方案的熱經濟性得出：目前風冷熱泵機組主要用于小型空調中，相對于其他冷熱源形式具有占地少的優(yōu)點，經過進一步分析其它供冷運行成本或供熱運行成本都較低，而且從年度總成本來分析，應用風冷熱泵機組的年度運行成本也教低；另外，無論供熱還是制冷，以天然氣作為能源的運行費用存在一個熱電比價平衡點，當使用的熱電比價高于這一值時采用以電能作為能源的冷熱源形式較經濟，相反采用天然氣經濟。還有如依據(jù)熱力學的分析方法，對蒸氣壓縮式和吸收式制冷系統(tǒng)進行分析。參考《技術交流園地》1999年第29卷第3期中《空調制冷方式的熱經濟性評價》一文，文中依據(jù)蒸氣壓縮式和吸收式制冷系統(tǒng)的成本方程，可對兩種制冷方式進行熱經濟學評價與比較，分析發(fā)現(xiàn)制冷系統(tǒng)的經濟效益（單位制冷費用），不僅與系統(tǒng)的初投資，使用年限，年利率，能量費用單價等有關，還與運行的時間，溫度等有關。通過計算，制冷方式不應只對制冷機系統(tǒng)進行比較，而應對制冷機和冷卻水子系統(tǒng)的結合——制冷系統(tǒng)進行比較和分析；分析表明，吸收式制冷較蒸氣制冷方式無優(yōu)勢，由于吸收式需要較高的管道運輸費用，且維修管理相對復雜，因此只有在缺電或電費昂貴及有余熱的地方采用。第二章熱經濟分析模型熱經濟學運用于空調系統(tǒng)為空調系統(tǒng)的選擇和優(yōu)化設計提供了理論依據(jù)，在本次設計中，我們將通過本校實驗室的用氟氣作為的制冷劑的蒸氣壓縮式制冷模型來研究。本章中將對其實驗的原理、過程及數(shù)據(jù)的處理作簡單介紹，以方便下一章的分析。第一節(jié)實驗的基本原理與過程2.1.1實驗的基本原理本實驗為蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，采用的制冷劑為氟氣，簡單工作流程圖1：圖1系統(tǒng)主要由壓縮機A、冷凝器B、節(jié)流閥C、蒸發(fā)器D四個主要部件組成.系統(tǒng)中工質為制冷劑氟氣,高溫高壓液態(tài)飽和工質氟氣通過節(jié)流閥降壓降溫后進入蒸發(fā)器,在其中吸取高溫空氣的熱量而汽化,隨即被壓縮機吸入,工質蒸氣經過壓縮機壓縮后進入冷凝器,將熱量傳給高溫介質空氣而冷凝液化,高壓液態(tài)工質氟氣通過節(jié)流閥進入蒸發(fā)器完成循環(huán)。在上面的簡圖未畫出的有冷凝器中的空氣由風機1引出冷凝器，蒸發(fā)器中的新風由風機2引入冷凝器。為了在下面的分析中便于分析，現(xiàn)在對上圖中各處溫度作詳細說明表示。在下面的計算中，我們將用T1表示壓縮機入口的氟的溫度；T2表示壓縮幾出口的氟的溫度；T3為冷凝器出口的氟的溫度；T4為蒸發(fā)器入口的氟的溫度；T5冷凝器風機空氣的入口溫度，T6冷凝器中風機出口的空氣溫度；T7蒸發(fā)器中引風機入口的溫度；TR為出風口空氣的平均溫度；T0為環(huán)境溫度。根據(jù)制冷系統(tǒng)的制冷循環(huán)有T2=T3，T4=T1。用P1表示壓縮機消耗的功率；P2表示冷凝器處風機消耗的功率；P3表示引風機消耗的功率；P表示總機組消耗的功率。V表示新風口的風數(shù);v’表示冷凝器風機出口的風數(shù)，Te表示熱力學中的參考溫度為298.15K。2.1.2實驗簡單過程在本次實驗中，我們分三組，九個工況。第一組為沒有在引風機入口加濾網(wǎng)；第二組在引風機入口加一層濾網(wǎng)；第三組在引風機入口加兩層濾網(wǎng)。同時每一組設三檔回風溫度，分別為20℃，15℃，10℃。每一條件下測十次，每半小時測一次，每天從早上8點到晚上6點。由系統(tǒng)圖可以看出，增加濾網(wǎng)后，新風量減少，阻力增加，但風量減少，能量消耗增加。下面我們將對其各工況做經濟學成本單價和簡單分析火用的損失。第二節(jié)實驗數(shù)據(jù)在本次設備中，有的參數(shù)沒法測，為了計算，我們將對其進行說明，并采用有效方法處理計算。（1）室內新風口有六個，在本次計算時應用六個新風口的室內溫度，風數(shù)的平均值。（2）實驗設備中，只能測出設備所消耗的總功率，計算中將根據(jù)一般空調系統(tǒng)的壓縮機，引風機，冷凝風機和該設備在額定功率下工作所消耗的功率進行分配。為了便于后面的分析，我將其所需要的數(shù)據(jù)進行了匯總，列與下圖表：表2-1無濾網(wǎng)20℃表2-2無濾網(wǎng)15℃表2-3無濾網(wǎng)10℃表2-4一層濾網(wǎng)15℃表2-5一層濾網(wǎng)10℃表2-6一層濾網(wǎng)20℃表2-6兩層濾網(wǎng)20℃表2-8兩層濾網(wǎng)10℃表2-9兩層濾網(wǎng)15℃第三章熱經濟學分析在本章中，我們主要對上面的實驗進行熱經濟性分析，熱經濟學的研究方法很多，多以火用成本分析作為衡量的標準?？紤]到在空調系統(tǒng)中熱量與冷量還普遍用焓的形式表達，本文中熱經濟學的分析思路和方法采用單位冷量成本和單位熱量成本作為經濟評價指標。單位冷量成本為生產單位冷量某一溫度的冷水所需要的生產成本，單位熱量成本為生產單位熱量某一溫度的熱水所需要的生產成本。下面我們將對系統(tǒng)中個設備進行單位火用成本計算，最后在算出總系統(tǒng)的單位熱經濟成本，得出結果。第一節(jié)穩(wěn)流工質的火用3.1.1穩(wěn)流工質的比焓火用穩(wěn)定流動時,如果工質只與環(huán)境發(fā)生熱量交換,而且忽略工質的動能與位能的變化,則當單位質量工質由狀態(tài)(h,s)過渡到與環(huán)境相平衡的狀態(tài)(又稱死態(tài))(h0,s0)時,可做的最大有用功,即穩(wěn)流工質的比焓火用為ex=h-h0-T0(s-s0)(3-1)式中:ex為穩(wěn)流工質的比焓火用,kJ/kg;h,s為工質在狀態(tài)(h,s)時的焓和熵,kJ/kg,kJ/(kg·K);h0,s0為工質在環(huán)境(h0,s0)時的焓和熵,kJ/kg,kJ/(kg·K);T0為環(huán)境的絕對溫度,K.由(3-1)式可知,ex不僅與穩(wěn)流工質所處的狀態(tài)有關,還與環(huán)境有關,在環(huán)境狀態(tài)保持不變的情況下,ex只與工質的熱力狀態(tài)有關,所以它也是一個狀態(tài)參數(shù).當穩(wěn)流工質由狀態(tài)1(h1,s1)變化到狀態(tài)2(h2,s2)時,火用的變化為ex1-ex2=h1-h2-T0(s1-s2)(3-2)3、1、2穩(wěn)流系統(tǒng)的熱量和冷量火用熱量火用指當熱源溫度（T）高于環(huán)境溫度（T0）時，從熱源得到的熱量Q，通過可逆熱機可以對外界作出的最大功叫熱量火用。冷量火用，當系統(tǒng)溫度（T）低于環(huán)境溫度（T0）時，從制冷的角度理解，按逆循環(huán)進行，從系統(tǒng)冷源獲得冷量Q0，外界消耗一定的功，將Q0與所消耗的功一起轉移到環(huán)境中去，在可逆條件下，外界消耗的最小功為冷量火用。熱量火用可以用下面的式計算。熱量火用冷量火用3.1.3火用效益對于一給定系統(tǒng),系統(tǒng)中輸出火用流與輸入火用流的比值定義為火用效益ηe為：第二節(jié)制冷循環(huán)的火用損失3、2、1制冷壓縮機的火用損對于壓縮機輸入火用為電機的輸入功Ex及工質流入火用ex1,輸出火用為ex2,則壓縮過程火用損為A1-2=Ex+ex1-ex2=h1-h2-T0(s1-s2)+h2-h1=T0(s2-s1)(3-3)由(3-3)式可以看出,欲減小壓縮過程的火用損,須使壓縮過程盡量接近定熵過程.3、2、2冷凝過程2-3的火用損在冷凝器中,冷卻介質獲得的熱量一般都直接排放到大氣中,不再利用,故其火用損為A2-3=ex2-ex3=h2-h3-T0(s2-s3)=Tk(s2-s3)-T0(s2-s3)=(s2-s3)(Tk-T0)(3-4)式中,Tk為冷凝器內工質的當量平均溫度,K.由此可知,冷凝過程的火用損主要由冷凝器與環(huán)境之間有溫差的傳熱這一不可逆過程引起的,因此在實際制冷循環(huán)中,我們應采取強化傳熱及過冷措施,以減小冷凝過程的火用損.3、2、3蒸發(fā)過程4-1的火用損在蒸發(fā)器中,雖然制冷劑從環(huán)境中吸收了熱量,但吸收的熱量沒有做功能力,其火用值為0，火用損為：A4-1=ex4-ex1-eq=(h4-h1)-T0(s4-s1)–[-1](h1-h4)=T0(s1-s4)+(h4-h1)=T0(s1-s4)+T3(s4-s1)=T0(s1-s4)[1-](3-5)式中,eq為冷量火用,kJ/kg;T3、T為制冷劑蒸發(fā)溫度、冷庫溫度,K.可見,蒸發(fā)過程的能量損失也是由于冷庫和制冷劑之間有溫差的傳熱這一不可逆過程引起的,研究強化蒸發(fā)環(huán)節(jié)換熱措施,探索高能效的換熱設備,可以減少傳熱溫差,直接降低能耗指標。第三節(jié)年度化成本3.4.1各設備的非燃料成本（1）初投資初投資主要包括土建,設備購置費,設備安裝費等.在本次計算模型中，我們采用氟汽的蒸發(fā)式制冷機組，不考慮土建的費用。根據(jù)學校建筑環(huán)境設備工程實驗室的具體條件，該設備總的固定資產為十萬八千元整，包括機器設備，工程計費和建筑單位管理費等。因為該實驗室為整體投資，我們應將其總資產進行分配。其中,本次實驗所用設備占總投資的50%即為五萬四千元，其中所用的壓縮機為40%;冷凝器為10%;其中冷凝器中風機5%；蒸發(fā)器10%;其中風機也占5%；所剩的其它的費用中本實驗占總投資的20%.（2）維修管理費用根據(jù)實驗室的具體條件,本設備的年維修管理費取初投資的5%,即2700元/年。（3）能量費用本次實驗的能量費用就是壓縮機,風機的電能,根據(jù)北京市電能的單價為0.4元,年耗電費是空調系統(tǒng)運行總功率乘以電價再乘以運行時間，在這里，結合實驗室具體條件，空調運行的總功率取4.0kw;根據(jù)北京市的氣象條件，每年空調運行的時間為2880小時，所以，年消耗運行費用為C2=4×0.4×2880=4608元/年。3.4.2年度化成本在各項成本中，有些只與初投資有關，另一些則只與今后一段時間的費用有關，并在每年大致相同，有的逐年變化。這樣，在進行方案的比較時，常把這些不同類型的成本等額地折算到每一年中，就是把成本年度化。年度化成本就是指把成本按照資產的使用年限平均地分攤到每一年的成本。（1）年度化成本年度總費用=初投資×+運行費用C初投資為設備總價和安裝調試費用等，在這里為54000元；i為回收率，取10%n為使用壽命，取20年年度化成本ZK為：ZK=54000×+2700+4608=37253.5元/年為了便于計算我們將其計算到每秒的費用，根據(jù)北京市的氣象條件，每年空調運行的時間為2880小時，合計為10368000秒。所以設備每秒消耗的非能量費用為B=37253.5÷10368000=0.00359元/s。其中壓縮機B1=0.00144元/s;冷凝器為B3=0.000359元/s;冷凝器的風機為B4=0.00018元/s；蒸發(fā)器為B5=0.000359元/s；蒸發(fā)器的風機為B6=0.00018元/s。第五節(jié)單位熱經濟學成本方程制冷循環(huán)中主要的熱工設備有制冷壓縮機、蒸發(fā)器，冷凝器，風機，下面就分別推導它們在制冷工程中實用的單價熱經濟學平衡式。5.1.1單位熱經學成本的計算公式對于任一設備，設備的單價熱經濟學成本中有產品火用P表示，E表示設備的運行維修費用即非能費用,F燃料費用。單價熱經濟學成本為：設備設備EFP3.5.2壓縮機的單位熱經濟學成本壓縮機的產品火用為氟氣通過壓縮機的火用增，燃料為壓縮機消耗的功率，所以，壓縮機的熱經濟學成本C1：公式中：是產品單價，是壓縮機的非能量費用，是氟利昂22通過壓縮機的火用增，P1為壓縮機消耗的功率。對于該實驗設備：其中=m1[H2-H1-Te(S2-S1)]式中m1為氟氣的單位時間流量，單位kg/s;H2,H1和S2,S1分別表示壓縮機出口，進口的焓值，熵值；Te為298.15K。3.5.3冷凝器的單位熱經濟學成本對于冷凝器，設備的產品火用為氟氣通過冷凝器的火用增，燃料為風冷冷凝器與外界空氣熱交換的吸熱火用。所以，冷凝器單位單位熱經濟學成本：公式中：是風冷冷凝器與外界空氣熱交換的吸熱火用，是冷凝器的非能量費用，是氟利昂22通過冷凝器的火用降.其中A1=m2[H2-H1-Te(S2-S1)],在定壓條件下，H2-H1＝Ｃp(T2-T1);S2-S1=ＣpLN(T2/T1);所以，定壓條件下的吸熱火用用下面的公式算：式中m2表示與冷凝器交換的空氣的單位時間質量流量；CP為空氣的定壓比熱，為1.004kj/kg；T7為風冷冷凝器風機入口溫度；T0為環(huán)境溫度。3.5.4蒸發(fā)器的單位熱經濟學成本對于蒸發(fā)器，設備的產品火用為環(huán)境空氣被制冷制冷的火用降，燃料為氟氣在蒸發(fā)器中的火用升。所以，蒸發(fā)器的單位熱經濟學成本公式中：A3是環(huán)境空氣被制冷制冷的火用降，是氟氣換熱器的非能量費用，F(xiàn)3為氟氣在蒸發(fā)器中的火用升。其中：A3=m1[H1-H4—T0(S1-S4)]m1為氟氣的單位時間流量，單位kg/s;H4，H1,和S4，S1為氟氣出，進入蒸發(fā)器的焓和熵；m2為進入蒸發(fā)器也即進入房間的空氣的單位質量流量；T8為引風機入口溫度。3.5.5蒸發(fā)器中的風機的單位熱經濟學成本對于該風機，消耗電能，得到空氣的火用升，所以，風機的單位熱經濟學成本為：公式中是蒸發(fā)器中風機的非能量費用，A4為風機中空氣的火用升，P3為風機消耗的功率。其中m4為進入風機也即進入房間的空氣的單位質量流量，TR為進入房間的溫度。3.5.6冷凝器中風機的單位熱經濟學成本風冷冷凝器中風機與上風機一樣，消耗電能，得到空氣的火用增。單位熱經濟學成本：公式中是風機的非能量費用，A5為空氣經過風機的火用增；

式中：T5，T6為風機入口和出口的溫度。3.5.7機組的總單價成本機組的總的單價成本為式中各符號同上。第六節(jié)熱經濟單價得計算下面，我將結合實驗數(shù)據(jù)，計算出單價熱經濟學成本。3.6.1單價計算以一組無濾網(wǎng)的10℃為例數(shù)據(jù)進行計算，寫出詳細的過程，其它相同：六個新風口的平均溫度如下表：新風口123456風數(shù)m/s4.462.883.544.25.213.25溫度℃16.817.217.418.216.817.1新風口的平均溫度也即新風溫度Tr=(16.8+17.2+17.4+18.2+16.8+17.1)/6=17.25℃;風數(shù)V1=（4.46+2.88+3.54+4.2+5.21+3.25）/6=3.42m/s;由《實用熱物理性質手冊》可以查出,空氣在此溫度下的密度ρ=1.21kg/m3;經測得每個風口的面積為a=44.1×12.3cm2,總的面積為A=6×a=6×44.1×12.3=3254.6cm2=0.33m2;所以,空氣的質量m=V1×A×ρ=3.42×0.33×1.21=1.37kg/s。(2)引風機,冷凝器的風機,室內,環(huán)境的個參數(shù)參數(shù)風數(shù)m/s溫度℃引風機入口0.9619.1出口3.4217.25冷凝器處風機入口3.2429出口5.2529.1室內3.4217.25環(huán)境0.2527說明:1引風機的出口溫度,風數(shù)與新風口的平均溫度,風數(shù)相同;冷凝器的入口溫度為環(huán)境溫度,風數(shù)也相同,出口溫度,風數(shù)為風冷冷凝器入口的溫度,風數(shù);蒸發(fā)器的入口溫度風數(shù)為環(huán)境溫度和風數(shù),出口的參數(shù)與為引風機的入口參數(shù)相同.2引風機的空氣質量與進入房間的空氣質量相同;風冷冷凝器冷凝的空氣大約等于風冷冷凝器處風機引出的空氣質量.風冷冷器冷凝的空氣質量m’=V’×A’×ρ’同上查《實用熱物理性質手冊》表得28.1℃時空氣的密度ρ’=1.17kg/m3;風機出口直徑為66cm,面積A’=3.14×66×66/4=3419.5cm2=0.34m2,所以風冷冷器冷凝的空氣質量m’=V’×A’×ρ’=5.25×0.34×1.17=2.1kg/s。(3)壓縮機的氟氣的壓力,溫度;氟氣的流量1壓縮機的氟氣的壓力,溫度見下表:溫度℃壓力入口12.51.35出口164.1在12.5℃時,氟里昂-22的液態(tài)焓值為h4=103.7875千卡/kg=4.1868×103.7875=434.54kj/kg;熵值為s4=1.0134千卡/kg℃=4.1868×1.0134=4.243kj/kg℃.氣態(tài)焓值為h1=150.55千卡/kg=4.1868×150.55=630.33Kj/kg;熵值為s1=1.176千卡/kg℃=4.1868×1.176=4.92kj/kg℃。在16℃氟里昂-22的液態(tài)焓值為h3=104.9千卡/kg=4.1868×104.9=439.20Kj/kg,熵值為s3=1.0171千卡/kg℃=4.1868×1.0171=4.26kj/kg℃;氣態(tài)焓值為h2=150.82千卡/kg=4.1868×150.82=631.46Kj/kg;熵值為s2=1.1761千卡/kg℃=4.1868×1.1761=4.924kj/kg℃。2氟氣的流量氟氣的流量計安裝在在壓縮機前,此時氟氣為液態(tài),其溫度為12.5℃,氟氣的流量5.26m3/h,查表得此時氟氣的比v=0.8064升/千克,密度ρ”=1/v=1.24千克/升=1240kg/m3;氟氣的質量流量m1=ρ”×5.26=6522.4kg/h=1.81kg/s;.3功率表在本次所用實驗臺中，無法測出壓縮機，風機的電功率，為了計算，在這里，根據(jù)壓縮機，兩個風機的額定功率進行分攤．根據(jù)實驗室資料，壓縮機額定功率為550kw;風機的額定功率為：380×1.2=456kw；又結合具體實驗時的條件等因素，將總功率進行分配，每個占三分之一．所以：壓縮機，風機，機組消耗的電功率如下表：名稱功率（KW）壓縮機1.18引風機1.16冷凝處風機1.16總功率3.5(4)熱經濟學單價方程組根據(jù)第五節(jié)的公式，代入數(shù)據(jù)，具體計算如下：1壓縮機:2冷凝器:3蒸發(fā)器 4引風機:5冷凝器風機:6總的熱經濟學成本以上有六個方程解六個未知數(shù)，解方程組可以得出熱經濟學成本單價為Ca=0.079×10-3元/kj.壓縮機的單價成本為：3.57×10-3元/kj;冷凝器的單價成本為：0.035×10-3元/kj;蒸發(fā)器的單價成本為：0.036×10-3元/kj;引風機的單價成本為：0.27×10-3元/kj;冷凝器風機的單價成本為：1.1×10-3元/kj；第七節(jié)單價熱經濟學成本表根據(jù)第六節(jié)的計算方法，算出總的單價成本如下表：方案溫度℃參數(shù)12345678910無濾網(wǎng)20T416.216.216.216.216.216161616.316.3單價0.0560.0550.0560.0550.0560.0520.050.0510.0530.05415T4171716.816.816.916.817171717單價0.0690.0610.0620.0680.0710.0700.0810.0720.0690.07210T412.512.612.512.512.412.512.512.312.212.3單價0.0790.0650.0690.0720.080.080.0810.0840.0850.086一層濾網(wǎng)20T412.812.812.812.812.41212.412.412.412.4單價0.0720.0690.0710.080.0680.0650.0690.070.0820.08415T411.611.61111.411.711.611.411.511.211.4單價0.090.0890.0920.0990.0820.0810.0820.0910.0950.09610T411.811.81212121212121212單價0.0920.0950.0860.0850.0850.0850.0860.0840.0850.081兩層濾網(wǎng)20T