三種常用制冷方式比較

1、三種常用制冷方式比較1、前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COPS有所降低。吸收式空調(diào)系統(tǒng)的 COPS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COPS

2、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)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，大多數(shù)蒸汽壓縮式空調(diào)系 統(tǒng)能全年運(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）達(dá)到制

3、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：亡叫=_Tg - 応'r 1 '? ' 1 ：（ 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1 "亠的增大而減小。從公式（1）可以看出對(duì)COPc值的影響較“讓大。空調(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'r 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

4、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。該熱泵的宀由下式計(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、?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(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，

5、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。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)

6、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COP 值由下式計(jì)算得出：COP 出 °<<_-“）（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Qgen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）供給卡諾制冷機(jī)除去

7、冷空氣中的熱。設(shè):，-； -,則吸收式制冷系統(tǒng)可逆情況下的 COPfi為：3% =乎=ggOPbQ-其中，Ta是空氣溫度，I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，COF增大；Ts增大,COP增大；吸收式制冷理想可逆循環(huán)的的COPfi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)COP的 定的COP!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,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

8、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，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（如二一）比金屬更易產(chǎn)生珀耳帖效應(yīng)

9、。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 mJ" :二;，在熱側(cè)熱源接受器中的分散熱G二孵血-可J，輸入電功率疚二22，= y T制冷系數(shù)：'（5）其中熱容比:COP.=色=1 + COFr制熱系數(shù)：！!（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

10、優(yōu)值系數(shù)Z由式（7）計(jì)算: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(zhì)有關(guān)。性能系數(shù)Z越大,熱電材料越好。禾I用上述方法，制熱時(shí)最佳性能系數(shù)可由下式計(jì)算：COFr =(1- 2込 -(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 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。從長遠(yuǎn)

11、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，設(shè) 備價(jià)格昂貴。熱電式系統(tǒng)設(shè)備簡易，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

12、調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值分析，每一年的貶值率按 DV法計(jì)算的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)n年后的價(jià)值由公式（9）計(jì)算：:.11'（9）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?？照{(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)COPfi在0.6-1.1 之間，熱電式空調(diào) CO P值在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