新型中高温热泵工质的理论研究

　　随着经济的发展以及人口的不断增长，能源的消耗也日趋增长，环境污染破坏也日益严重。而今能源和环境问题已成为社会关注的焦点问题，亟待解决。我国的工业废水中蕴涵着大量的低位热能。在钢铁工业，电力工业和石化工业中也存在大量的低温废水，温度在30～-50℃之间。如果将这部分低温废水排入河流和大海中，不仅会造成能源的极度浪费，而且会导致环境的严重污染。利用高温热泵技术将废水中的低位热能提取出来，使其成为高位热能，就可以应用到城市集中供热和原油拌热输送等民用和工业用热领域中，从而实现了能源的合理利用。因此，以工业废水为低位热源的中高温热泵技术的开发，对于我国北方城市区域供热及其他用热领域具有十分重要的意义。热泵具有节能作用同时能降低温室效应和减少对大气的污染，是当今世界节能环保最有发展前景的技术之一。而中高温热泵由于其良好的应用前景目前成为国际热泵研究的趋势。在中高温热泵系统的研究中，目前最迫切需要解决的问题是循环工质的研究。目前尚无环境友好、循环性能优良的中高温热泵适用工质。早期的中高温热泵技术研究中，R11、R113、R114等曾在某些温度范围作为工质，由于众所周知的原因，发达国家已于1996年、发展中国家将于2010年禁用CFCs工质。因此适用于中高温热泵工况、与环境友好、循环性能优良的新型工质与混合工质尚有待研究。对中高温热泵工质的要求可以概括为：适中的冷凝压力、蒸发压力;尽可能高的单位容积制热量、性能系数;尽可能低的压比、排温;不可燃、化学性能稳定、与系统材料和润滑油兼容;零ODP、较低的GWP等。与R12之于冰箱、R22之于空调不同，中高温热泵原本不存在公认的代表性工质，本文将针对70~90℃的冷凝温度的工况范围，采用理论循环分析法对各种环境友好、温度压力水平适中的物质进行大面积搜索，以期得出性能相对优良的侯选工质。

　　1理论循环计算

　　本文采用的工质热力性质计算方法，主要是基于状态方程、饱和蒸气压方程、饱和液体密度方程和理想气体状态下的定压比热容方程。

　　1.1 PR状态方程[1]

　　状态方程的选取，主要基于通用性和精度2方面的考虑。本文选择了通用立方型状态方程—PR方程(及其混合规则)作为计算工具。PR方程是由Peng-Robinson在1976年提出一个新的二常数方程，也可以看作是PK方程的一种进方程。其形式为：

　　式中：

　　混合法则：

　　式中：yi，yj-混合工质各组份的摩尔成分;kij-二元交互作用系数，其值一般由二元相平衡实验数据确定。