制冷装置能量利用效率探讨

    目前,生产过程中广泛应用的制冷装置有压缩式、吸收式和喷射式等。但不论是哪种制冷装置,其根本目的都是将热能从低温介质转移到高温介质中去。这是一个非自发过程,必须消耗一定数量和品质的能量。因此,如何合理地评价各种制冷装置的用能水平,是生产实践中面临的重要问题。大多数情况下,人们都采用制冷系数作为评价指标[1],然而,该指标存在如下问题:1)取值范围在0～∞之间,不具备效率概念的取值特征,反应不出最高水平;2)它只能反应制冷量与供给能量的关系,没有涉及到制冷深度问题,对于在不同温度范围的工作的制冷装置没有统一的比较基准,缺乏可比性;3)它没有考虑供给能量的品质,因此,对于不同类型的制冷装置(如压缩式消耗电能,吸收式消耗热能等)亦缺乏可比性。

    由此可见,一个能真正反应制冷装置用能水平的评价参数应该在其取值范围、可比性、反映实际用能情况等方面具有统一性。为此,根据热力学基本定律提出了制冷装置有效利用能量的定义,并推导出了各类制冷装置的能量利用效率计算公式。

    1　有效利用能量概念

    根据用热设备热效率定义进行引伸,制冷装置的能量利用效率也可定义为:

    其中:Eyx表示制冷装置有效利用能量,Egg表示供给制冷装置的总能量。

    那么,有效利用能量Eyx的确切含义是什么,如何测量及计算呢?在用热设备热效率定义中它是指“在达到工艺要求时,理论上必须消耗的能量”,对此,必须认识到:为达到工艺要求,其工艺机理本身不但对所必须消耗的能量提出数量要求,而且重要的是对所消耗能量的品质具有相应的要求。在制冷过程中,为了将给定低温环境中一定数量的热能转移至给定高温环境中去,必须消耗一定量的机械能,而且无论是何种制冷机,理论上所应消耗的机械能数量是相同的,但是如果只供给同样数量的热能则绝对不可能实现这一制冷过程,只有当供给能量中所含可用能[2](即热力学火用)与此机械能数量相等,则理论上该过程可以实现。可见,理论上达到工艺要求时所必须消耗的能量数量与供给能量的品质有关。据此,将制冷装置的有效利用能量概念定义为:“为达到工艺要求的低温介质温度和相应制冷量时,制冷装置理论上必须消耗的与供给能量具有相同品质的能量”。

    2　能量利用效率

    确定了有效利用能量的含义后,将针对各种不同类型的制冷装置推导出其能量利用效率计算公式。无论哪一种制冷装置,其基本工作原理均可用图1表示。且根据实际制冷量和制冷温度所构成的理想制循环应具有图2所示的T-S图[1]。