三種常用制冷方式之比較

1、三種常用制冷方式之比較-發(fā)布時間：2005年5月19日 22時12分 1、前言 本文介紹了三種主要空調系統(tǒng)的優(yōu)缺點，蒸汽壓縮式空調系統(tǒng)具有較高的制冷系數和較強的制冷、制熱能力，但這種系統(tǒng)所使用的制冷劑CFCs，對臭氧層有活多或少的破壞，且運行時噪音很大，窗式空調尤為明顯。分體式中央空調系統(tǒng)將冷凝器、壓縮機封閉在一金屬箱體內放在室外，將蒸發(fā)器裝在一箱體內放在室內，從而可以降低系統(tǒng)的噪音，同時，它采用新型的制冷劑，例如用R134a取代CFCs，可以有效降低對臭氧層的破壞。但新型制冷劑的采用卻使系統(tǒng)的COP值有所降低。吸收式空調系統(tǒng)的COP值中等，具有廢熱再利用及再生熱的優(yōu)點，但這種系統(tǒng)體積較大。熱

2、電式空調系統(tǒng)體積小，噪音低，但它的COP值較其他兩種系統(tǒng)低，并且設備價格昂貴。此外，這種系統(tǒng)利用直流電運行，可使用電池或DV直接驅動。2、三種空調系統(tǒng)的熱力循環(huán)和原理2.1 蒸汽壓縮式循環(huán)不設有換向閥的蒸汽壓縮式空調系統(tǒng)只能在夏天用于制冷，大多數蒸汽壓縮式空調系統(tǒng)能全年運行，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，壓縮機從蒸發(fā)器吸入低溫低壓的制冷劑R134a蒸汽,經壓縮機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,并向冷卻介質放出熱量,然后冷卻為過冷液態(tài)制冷劑,液態(tài)制冷劑經膨脹閥（或毛細管）絕熱節(jié)流成為低壓液態(tài)制冷劑，在蒸發(fā)器內蒸發(fā)吸收空調循環(huán)水（空氣）中的熱量,

3、從而冷卻空調循環(huán)水（空氣）達到制冷的目的, 流出低壓的制冷劑被吸入壓縮機,如此循環(huán)工作.蒸汽壓縮式空調系統(tǒng)的實際逆卡諾循環(huán)過程的值如下：（1）顯然，當熱源溫度相同時，實際逆卡諾循環(huán)的COPir,c值比理想卡諾循環(huán)的COPcarnot的值小，并且隨著和的增大而減小。從公式（1）可以看出：對COPir,c值的影響較大。空調系統(tǒng)正常運行時，蒸發(fā)器中空氣出口溫度比進口溫度低，一般至少低8，即大于等于8。對于冷凝器，為使制冷系統(tǒng)能有效的運行，周圍環(huán)境溫度一般要求低于43。在制熱狀態(tài)下，通過換向閥將圖一中室內的蒸發(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中輸送到

4、室內。為使熱泵能有效地運行，周圍環(huán)境溫度一般要求高于5。該熱泵的由下式計算得出：（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)，因為氣體制冷劑的加壓過程是由壓縮機做功完成的，而吸收式循環(huán)是以熱能為動力的循環(huán)，因為該系統(tǒng)運行時發(fā)生器中高壓液體轉變成高壓氣體時吸收了大量的熱，這些熱是由油、煤氣和天然氣的燃燒及地熱能、太陽能、工廠廢熱提供的。基本的吸收式循環(huán)如圖三所示，吸收器和發(fā)生器組成的這部分相當于一臺“熱力壓縮機”，所以吸收式循環(huán)過程的原理和蒸汽壓縮式相似。在空調系統(tǒng)中，吸收式循環(huán)常用LiBrH2O作工質對，其中水為制冷劑，LiBr為吸收劑。發(fā)生器內裝有一定量的溴化鋰濃溶液,吸收器

5、內裝有一定量的溴化鋰稀濃液,吸收器內的溴化鋰稀濃液經溶液泵,熱交換器進入發(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,經節(jié)流減壓進入蒸發(fā)器,在高負壓的蒸發(fā)器中汽化吸熱冷卻空調循環(huán)水,汽化后的水蒸汽進入吸收器,在吸收器內被來自發(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,產生的汽化潛熱由冷卻水帶走.溴化鋰溶液為高溫液體,在進入吸

6、收器之前經過熱交換器冷卻,加熱進發(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：當空氣中的低溫熱源冷卻蒸發(fā)器中的水時，高溫熱源對發(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COPR值由下式計算得出： <<) (3)當整個循環(huán)完全可逆時，吸收式循環(huán)制冷系數值最大，也就是說來自熱源Qgen的熱量被轉移到卡諾發(fā)動機，熱力發(fā)動機的輸出量（）供給卡諾制冷機除去冷空氣中的熱。設,則吸收式制冷系統(tǒng)可逆情況下的COP值為：(4)其中，Ta是空氣溫度，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，C

7、OP增大；增大，COP增大；Ts增大，COP增大；吸收式制冷理想可逆循環(huán)的的COP值通常是實際循環(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)，因為在這兩種循環(huán)中，COP的定義不同。做功轉化的能比熱能所付出的代價要高。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)廢熱對它來說是一個豐富的可利用資源。然而，吸收式制冷系統(tǒng)體積較大，設備的價格較高，這種系統(tǒng)的制冷量通常是幾千瓦甚至幾千千瓦，所以一般應用于工業(yè)制冷，近幾年來，也應用于某些家庭的中央空調系統(tǒng)。吸收式循

8、環(huán)系統(tǒng)一般不用于制熱，因為向發(fā)生器中供熱的熱源可直接用于制熱。2.3 熱電式循環(huán)當兩根金屬棒或半導體相連接且接點兩側保持不同溫度時，將會有五種現(xiàn)象同時發(fā)生:焦耳效應、傅立葉效應、貝塞克效應、珀耳帖效應和湯姆森效應 。所有這些都是不可逆現(xiàn)象。珀耳帖效應對空調系統(tǒng)的影響最大。在電路中，不同的導體和半導體之間包含了兩個接點，熱量通過一直流電源從一接點傳遞到另一接點。半導體（如）比金屬更易產生珀耳帖效應。熱電制冷（珀耳帖裝置）利用了半導體的珀耳帖效應。原理如圖3所示。從冷空間吸收的熱量通過N-型和P-型半導體熱電偶元件傳遞到熱側熱源接受器,然后排放到周圍環(huán)境中。如果電流方向改變，通過半導體材料的熱流方

9、向也隨之改變。冷空間就變成了熱空間，也就是說，空調系統(tǒng)就變成制熱狀態(tài)。在制冷狀態(tài)下，制冷能力，在熱側熱源接受器中的分散熱，輸入電功率， 制冷系數 ： (5)其中熱容比： ，制熱系數： (6)典型的熱電空調器（熱泵）是半導體熱電偶元件通過銅線連接，并用導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Z由式（7）計算： （1/K） （7）Z值能充分反映熱電性能，它的值僅和熱電材料的物理性質有關。性能系數Z越大，熱電材料越好。利用上述方法，制熱時最佳性能系數可由下式計算：(8)熱電式空調系統(tǒng)有許多優(yōu)點.比如,這種系統(tǒng)完全沒有氟氯化碳所引起的污染,設備簡易輕巧,使用方便,運行可靠,無噪

10、音,啟動迅速,較易控制。此外,它的工作溫度范圍很廣(-40-70)且能直接由直流電或燃料電池驅動.它的主要缺點是制冷系數低,費用較高。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環(huán)境存在著或多或少的影響,不是對環(huán)境友好的制冷劑。從長遠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,電能耗費少，但體積較大,設備價格昂貴。熱電式系統(tǒng)設備簡易，但制冷量小且價格昂貴。4、經濟價值分析對任何比較來說，經濟價值的比較都是重要的，并影響著最終選擇。任何設備都有有限的使用壽命，隨著投入使用時間推移，技術的更新和商業(yè)的新動向，設備在不斷的退

11、化。通常用兩種方法來計算折舊率，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備有效使用壽命的每一階段。因此，在設備投入使用的早期需要扣除更多的數目，因為設備總是早期使用比晚期使用好。DV法更適合于空調系統(tǒng)的經濟價值分析，每一年的貶值率按DV法計算的空調系統(tǒng)運n年后的價值由公式（9）計算：(9)其中，n表示使用的年限，DV因數由空調系統(tǒng)的期望使用壽命決定?？照{系統(tǒng)的期望使用壽命為10年，15年，20年時，相應的DV因數為15%，10%，7.5%。5、結論（1） 蒸汽壓縮式空調、吸收式空調的制冷/制熱能力遠遠大于熱電式空調；（2） 吸收式空調利用熱能為動力的循環(huán)，耗電非常小,其耗電設備僅有幾臺小型泵和風機。熱電式空調、蒸汽壓縮式空調運行時需使用大量的電能；（3） 蒸汽壓縮式空調COP值最大，在2.6-3.5之間，而吸收式空調COP值在0.6-1.1之間，熱電式空調CO P值在0.38-0.45之間；（4） 這三種空調系統(tǒng)的室內噪音大小幾乎一樣（除了窗式蒸汽壓縮式空調系統(tǒng)），因為室內的系統(tǒng)僅有風機會