一次回风空调系统的火用分析

    很多文献对火用进行了深入的分析,例如文献[1]对火用的计算和应用进行了讨论,文献[2、3]分别对制冷机中的压缩机和蒸发器进行了火用分析,文献[4]对热电冷联供系统的火用效率进行了分析。但是利用热力学第二定律对空调系统进行分析的文献并不多见。本文应用第二定律对一次回风空调系统的各主要部分建立火用平衡式,进行能耗分析,并对实际的空调系统进行计算和分析,以期能为空调系统的优化设计和运行奠定基础。

    1 一次回风系统分析

    1.1 一次回风空调系统简介

    常用的一次回风系统流程如图1所示。

    在夏季,送往室内的空气吸收房间余热、余湿变成状态N后,一部分排到室外,另一部分回到混合箱和室外新风混合,然后经表冷器处理,释放热量Q1后变为状态L,经风机在再热器加热并吸收热量Q2,最后再送入空调房间,形成一个循环。空气调节的过程如图2所示。

    一次回风的冬季过程与夏季类似,此处不再赘述。

    1.2 空调房间火用分析

    为简化起见,本文忽略风机和管道温升引起的火用损,考虑一次回风的主要设备,即表冷器、再热器、空调房间、混合室的损失。

    如图3所示,进入房间的可用能量是送风火用E0,而离开房间的可用能有回风火用EN,排风火用Ep及冷量火用EQ。在这里EQ是空气吸收房间余热Q后消耗的可用能,方向与吸热方向Q相反。由火用平衡得房间换热火用损为:

EL1=E0-EQ-EN-EP(1)

    1.3 混合室火用分析

    如图4在混合室中,回风和新风混合后变为状态C,因此新风火用为EW,回风火用是EN,混合后火用值为EC。其中EW为环境状态,以环境作为参考点,其值为零。因此,混合室火用损为:

    1.4 表冷器火用分析

    图5中EC、EL是流出、流入火用,EQ1是为了冷却空气而加入的冷量火用,方向与Q1相反。Em1是离析出水滴的火用值,由于空气中水蒸气成分质量与空气质量相差几个数量级,因此可以忽略水蒸气的火用值,即Em1=0。则表冷器火用损为:

    1.5 再热器火用分析

    图6中EQ2是空气吸收再热热量而损失的可用能,方向与Q2方向相反。同理:再热器火用损为:

    2 火用的计算分析

    2.1 冷量火用的计算

    由文献[5]可知冷量火用:

    式中 Ta—进、出口对数平均温度,K

    TW—环境空气的温度,K

    2.2 湿空气的流动火用计算

    由文献[6]得流动火用:

E=m(h-hW)-mTW(S-SW) (6)

    式中 m—湿空气的质量流量,kg/s

    h—湿空气的单位质量焓,kJ/kg