水蒸汽再压缩热泵系统的性能分析

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1、水蒸汽再压缩热泵系统的性能分析赵博马国远许树学(北京工业大学，北京100124)摘要本文基于水制冷剂的性质和蒸发再压缩系统的特点，建立一种用于蒸发的开式水蒸汽再压缩式热泵系统模型；通过对系统循环过程、水的热物理性质、热量传递和功的变化情况的分析，建立了该系统的分析模型；在充分换热的前提下，对不同工况，系统的功耗、换热与能效比等进行了分析计算，得出了系统性能指标的变化规律。关键词水蒸汽天然工质再压缩热泵PERFORMANCEANALYSISONWATERVAPORRECOMPRESSIONSYSTEMZhaoBoMaGuoyuanXuShuxue(Beijin

2、gUniversityofTechnology,Beijing100124)AbstractBasedonthenatureofwaterrefrigerantandthecharacteristicsofvaporrecompressionsystem,aopensystemmodelofvaporrecompressionheatpumpsystemusedinevaporationisestablished;Throughtheanalysisofcycle,thermophysicalpropertiesofwater,heattransferand

3、powerchange,aanalysismodelisestablished;Inthecontextoffullheat,powerconsumption,heattransferandCOPindifferentconditionsareanalyzedandcalculated,thenweknowtherelationshipsofthevariationofsystemperformance.KeywordsWatervaporNaturerefrigerantRecompressionHeatpump1引言[1]世界经济的现代化，建筑在化石能源

4、的基础球生态环境的长期影响，短期内也难以预料。之上。然而，这一经济发展的资源载体将在21水作为优秀的替代工质，受到世界范围的广泛世纪上半叶迅速地接近枯竭。能源总量上供不应关注和研究，且具有如下优点：1）水是纯粹的天然求，供需差距越来越大，全球面临着严峻的能源危工质，对环境极为友好，ODP和GWP值均为0；2）机。水在安全性方面极佳，既不会发生火灾，也没有爆而热泵因其热量倍增和提高能源有效利用率的炸危险；3）水是除了空气以外最为廉价最容易获得特点，早已被认为是工业过程合理化和实现节能的的工质；4）水既是制冷剂又是载冷剂，因而可以大最合适的基本途径之一，有助于缓

5、解当今世界严峻大降低系统的复杂性；5）水应用于系统时的能效很[2]的能源形势。高。因而水作为重要的替代工质，有助于缓解环臭氧层耗减和全球温暖化进程的加剧，已成为境危机，已被推广应用于热泵、海水淡化、冷水机日益严峻的全球环境问题。氯氟烃类工质对臭氧层组等多个方面。有破坏作用且产生温室效应，已被叫停；ODP=0的HFC也只能是过渡替代物而非长久之计。人工合2水蒸气蒸发再压缩热泵系统成制冷剂绝大部分将扩散到大气中，有的在大气中水作为制冷剂应用于热泵的典型系统，即为蒸存留数百年，有的分解后会产生副作用或有害物质，汽再压缩(VRC=VaporRecompression

6、)系统，也称为始终对地球的生态环境存在着潜在的危险，且对地机械式蒸汽再压缩(MVR=MechanicalVapor抽吸作用下，蒸发装置内的压力降低，溶液的沸点[3]Recompression）系统。也随着降低，在低到一定程度时，开始沸腾蒸发。其原理是将蒸发器产生的二次蒸汽经过压缩机水蒸气在罗茨鼓风机的作用下，被升温升压，提高压缩，使其压力、温度上升，增加热焓之后，再作了能量品位。之后，过热蒸汽再次进入蒸发装置，为蒸发器的热源使用，将二次蒸汽中的潜热得到充在换热管内与管外的溶液进行热交换，被冷凝后，分利用，从而达到节能目的，又因为只是用了水这排入收集容器。而蒸

7、发装置内损失的溶液，在水泵[4]一种工质，因而十分环保。的作用下由进料口补充。随着系统的运行，热量不近年来国外采用的高效蒸汽压缩式热泵用于有停地被送入蒸发装置中，其内温度会渐渐上升，压机物的分离。在物料的浓缩工艺中，只需将蒸发装强也会随着上升，在达到某一极限值时，能量保持置产生的废蒸汽提高几度温度，便可重复用之于装平衡，系统达到稳定工作状态。置的加热；热泵正是这种提升温度的设备，并且性这个系统，可以用于食品化工行业中的蒸馏，能系数极高。因此，蒸汽压缩式热泵在精细化工产蒸汽的冷凝液即为产品。而当要以浓缩液作为产品[5]品蒸发和浓缩设备中大有用武之地。时，只要略

8、微改造，将进料口关闭，等到蒸发装置本文尝试仿照传统的