第２６卷第４期 ２０１２年８月 制冷与空调 Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄＡｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｖｂｌ－２６ Ｎｏ．４ Ａｕｇ。２０１２．４１６￣４１８ 文章编号：１６７１．６６１２（２０１２）０４－４１６．０３ 第二类吸收式热泵的热经济学分析 宋述生李显英 （乐金空调（山东）有限公司 青岛 ２６６１０９） 【摘要】 对以溴化４／水为工质对的第二类吸收式热泵即吸收式热变换器（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）的热 力循环过程进行了热经济学分析，并建立了热经济学数学模型。从热力学和经济学方面对第二类 吸收式热泵进行了研究，建立了第二类吸收式热泵系统的炯成本方程以及各部分的炯成本方程。 【关键词】 第二类吸收式热泵；热经济学；数学模型 中图分类号 ＴＵ８３ｌ－３ 文献标识码Ａ Ｔｈｅ Ｓｅｃｏｎｄ Ｃａｔｅｇｏｒｙ ｏｆ Ｈｅａｔ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｔｈｅｒｍｏ－ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ Ｓｏｎｇ Ｓｈｕｓｈｅｎｇ Ｌｉ Ｘｉａｎｙｉｎｇ （ＬＧ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ（Ｓｈａｎｄｏｎｇ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｑｉｎｇｄａｏ，２６６１０９） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｗｉｔｈ ｌｉｔｈｉｕｍ ｂｒｏｍｉｄｅ／ｗａｔｅｒ ａｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｌｆｕｉｄ ｏｆｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｔｙｐｅ ｏｆａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｈａｔｔ ａｂｓｏｒｂｓ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｃｙｃｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ．Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ ｏｆ ｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｔｏｎ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｅｘｅｒｇｙ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｐａｒｔｓ ｏｆｔｈｅ ｃｏｓｔ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｅｘｅｒｇｙ ｃｏｓｔ ｅｑｕａｔｉｏｎ． ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］Ｈｅａｔ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ－ｙｐｔｅ ｖａｒｉａｂｌｅ；Ｔｈｅｒｍｏ－ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ；Ｍａｈｅｔｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ Ｏ引言 在化工、石油化工、冶金、动力工程等行业中 有大量低品位工业余热，这些低品位余热由于温度 较低（如６０℃～１００℃的热水）而不能为工艺过程 所直接利用。目前，在我国这种低温位的热能的利 用率很低，大部分低温余热被排放到环境中去，这 样一方面造成了大量的能源浪费，同时也会给环境 度去分析问题，仍然具有一定的局限性。炯在体 系中处处等同，并不意味着炯的价格也处处等同， 其价格是不相同的。因为在体系的不同部位上获 得炯所付出的代价是不同的。这种代价分为两部 分，一部分是为了获得炯时的不可逆性而造成的 炯损耗；另一部分是设备的折旧费、运行、维护、 管理、检修等费用。同时，从热力学角度看，不 造成一定程度的热污染。在低品位余热的利用方 面，吸收式热泵技术是有效的方法之一。随着我国 对节能技术、环境保护方面的不断重视，以及 能源紧张造成的价格不断上涨，第二类吸收式热泵 同形态能量所具有的炯是可以互比的，但从经济 学的角度看，不同形式能量所具有的炯值并不等 价。考虑实际过程中炯的不等价性和经济性因素， 将热力学和经济学相结合，对烟这个物理量赋以 价值，这就是炯的价值化，用这种观点进行节能 分析称为热经济学或炯经济学。应用热经济学分 析法对第二类吸收式热泵的设计、运行和优化改 造进行研究，可以获得第二类吸收式热泵节能的 有效途径和科学的评价方法。 能将部分低温位余热提升到可以直接利用的高温 位热，从而能节省生产中所使用的大量加热蒸汽， 具有很好的节能效果。 对第二类吸收式热泵进行节能评价时，炯的 概念要比能更科学，更全面，但若仅仅从炯的角 作者（通讯作者）简介：宋述生（１９８１一），男，本科，助工，Ｅｍａｉｌ：ｌｘｉａｎｙｉｎｇ＠１２６．ｔｏｍ 收稿日期：２０１１－０７．０５ 第２６卷第４期 宋述生，等：第二类吸收式热泵的热经济学分析 ・４１７・ １ 第二类吸收式热泵的工作原理 第二类吸收式热泵的系统流程图如图１所示， 以溴化锂一水为例，其焓一浓度图如图２所示。它在 三个不同温度的热源间工作，系统主要有发生器、 冷凝器、吸收器、蒸发器和容热热交换器，以循环 工质为溴化锂一水工质对二元溶液的变热器为例说 明其工作原理。 为从低温余热吸收的热量；ｑ。为向环境放热量； ｑ。为吸收低温余热的热量；ｑ 为吸收器释放的高温热量 图１ 第二类吸收式热泵流程原理图 Ｆｉｇ．１ Ｈｅａｔ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ－ｔｙｐｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ 图２澳化锂／水焓一浓度图 Ｆｉｇ．２ ｌｉｔｈｉｕｍ ｂｒｏｍｉｄｅ／ｗａｔｅｒ ｅｎｔｈａｌｐｙ—ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ 在相同压力下，ＬｉＢｒ的沸点比水的沸点高出许 多，因此可以认为处于相平衡的溴化锂一水二元溶 液的气相是纯水蒸汽，在运行中冷凝器与发生器处 于低压状态（ｐ０），蒸发器与吸收器处于高压状态 （ ），稀溶液在发生器中被低温余热（比如７０￣Ｃ～ ８０℃）加热，蒸发出来的过热水蒸汽（点１）流入 冷凝器中，被冷源（比如３０℃冷却水）冷凝为Ｐ。 下的饱和液态水（点２），然后经过冷剂泵加压到 下过冷水（点３）流入蒸发器中，被低温余热加 热成Ｐｈ压力下的饱和水蒸汽（点４），流入吸收器， 又被从溶液热交换器来的浓溶液（点１０）吸收， 变成稀溶液（点５），同时释放出吸收热ｑ口，从吸 收器出来的高温稀溶液（点５）与从浓溶液加压泵 来的浓溶液（点１０）在溶液热交换器中换热，变 成Ｐｈ压力下的过冷液体（点６），经节流阀降压成 Ｐ０（点７），返回发生器中再次被低温余热加热， 在发生器中稀溶液被浓缩为浓溶液（点８），经溶 液泵加压，到溶液热交换器中吸收稀溶液的热量， 再到吸收器中吸收从蒸发器来的水蒸汽，完成一个 循环。 ２第二类吸收式热泵的热经济学分析 ２．１分析模型的建立 对第二类吸收式热泵的节能分析可以仅对发 生器、蒸发器、冷凝器和吸收器的进出口参数进行 分析。即不管中间过程的变化如何，只对进出设备 的炯成本进行分析，得出设备炯流成本的变化情 况。因此，可以用黑箱模型对第二类吸收式热泵进 行热经济学分析。如果需要进一步了解每个部位炯 流成本的变化情况，可以对该黑箱系统进行进一步 的分解，建立黑箱模型的子系统。 建立如图３所示的集中空调系统热经济学分析 黑箱模型。并将第二类吸收式热泵分为发生器、冷 凝器、蒸发器和吸收器四个子系统。其中，Ｅ和Ｃ 分别表示个点的炯值及其成本，瞒耗电炯值。分 析第二类吸收式热泵热经济学黑箱模型得出的结 果可作为评价设备的重要指标。 Ｃ１，、Ｃ２，、Ｃ３ ｃ４ｙ，Ｅｇ、Ｅｃ、Ｅｅ、Ｅａ为发生器、冷凝器、 蒸发器和吸收器的年度化成本和热量炯。 图３第二类吸收式热泵的热经济学模型 Ｆｉｇ．３ Ｈｅａｔ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ－ｔｙｐｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ ２．２第二类吸收式热泵炯成本方程 ２．２．１系统炯成本方程 以单位炯成本为基础，得到系统的炯成本方 程。以冬季供暖为例确定系统的炯成本方程。冬季 制冷与空调 第二类吸收式热泵的收益为吸收器放出的热量炯， 其代价或成本为发生器、蒸发器消耗的低温位热源 的热量炯和泵消耗的电能炯。对于整个系统或其中 任一单元，其冷量炯的成本，应等于为了获取冷量 炯而付出的所有费用，包括燃料费用、设备折旧、 运行、维护、检修、管理等费用。系统中的燃料为 系统消耗的电功，ＩＶ＿－ ＋ ，其他均作为非燃料 费用来处理，统一用年金及年度化的成本来表示。 则该系统的年度化成本方程为： ｃｑ ‘ ＝ ・Ｗ＋ （１） 式中： 为热量炯； 。为热量炯单位成本；Ｗ 为系统消耗的电功； 为电单价； 沩年度化成本。 由式（１）得到热量炯的平均单价： ＝ 专＝鲁鲁 由式（２）可知： （１）热量炯的平均单价比输入的电炯平均单 价高，因为式中的 ＜ｌ，而且还要花费 ｒ。 （２）如果设法提高炯效率 ，则式中的第一 项将降低，但是冷量炯单价不一定减少。因提高效 率的措施，会引起年度化成本的增加。必须统筹兼 顾、综合考虑年度化成本的增加与耗电费用的减少 之间的关系。 ２．２．２各子系统的炯成本方程 随着过程的进行，由于内部、外部损失的存在， 系统的炯是不断减少的。运行费用和年度化成本是 不断增加的。为了了解每一部分的费用情况，进一 步对图３作出各子系统的成本方程。 假定每一个子系统的输出为所得到的收益，而 输入则作为产生收益的代价，则： ＣｚＥ２ Ｃ￣ＥＩ＋ＣＩｕ （３） Ｃ３ ＝Ｃ ２＋ ｗ２＋Ｃ２： （４） Ｃ，，Ｅ４＝Ｃ３Ｅ３＋Ｃｃ ＋ ， （５） ＣＩＥＩ＝Ｃ４Ｅ４＋Ｃ４ｆ （６） 式中，Ｃ１，、Ｃ２ｆ．．Ｃｓｆ，Ｃ４，分别为发生器、冷凝 器、蒸发器和吸收器的年度化成本。其中热量炯作 为固定费用包含在Ｃ３ｒ中，低温位热源的热量炯作 为运行费用包含在Ｃ２，和Ｃ４，中，冷凝器放出热量 的炯值包含在Ｃｌｆ中。在这四个方程组成的方程组 中，假设电的单价 已知，则可以从方程组中解 出Ｃ。、Ｃ２、 、 这四个未知数。 通过建立系统各部分的炯成本方程，可以得出 系统中哪些部位是节能的，哪些部位存在较大的炯 损失等。炯方程成本的建立为我们优化机组具有重 要的意义。 ３结论 （１）对第二类吸收式热泵经行热经济学分析， 可以在不同的水准上进行，从选择最佳工况与工作 参数入手，一直改变设备部件，甚至改变其结构的 方法，来彻底的完善系统。 （２）作为第二类吸收式热泵的评价标准，对 各种方案进行评价。 （３）评价设备的质量和技术水平。 （４）为第二类吸收式热泵的运行管理提供可 靠的依据。 热经济学的分析方法可以起到原先的热力学 第一定律分析法难以起到的作用，它从根本原因上 分析，较第一定律分析更能准确的找出节能的方法 和途径。它用经济量纲给出具体的结果。比单纯使 用炯分析法更明确。因此，热经济学分析法是有待 于广泛使用和发展的一种方法，使用该方法对热泵 系统进行分析研究具有极其重要的意义。 参考文献： ［１】 项新耀．炯分析节能技术［Ｍ］．北京：石油工业出版社， １９９５． ［２】 王加璇．炯分析及其应用【Ｍ】．北京：烃加工出版社， １９９０． ［３】 赵宗昌，阎雪峰，沙庆云，等．第二类溴化锂吸收式热泵 热力循环分析【Ｊ】．节能技术，２００２，２０（６）：５—９． ［４ ４］钟理，谭盈科．水／－甘醇吸收式热变换器理论循环的性 能分析［Ｊ］．化学工程，１９９３，２１（４）：４４—４９． 【５】 尹娟，史琳，朱明善，等．不同工质对第二类吸收式热泵 热力性能的影响【Ｊ】．制冷学报，２０００，（３）：３Ｏ一３３． 【６】 傅秦生．能量系统的热力学分析方法【Ｍ】．西安：西安交 通大学出版社，２００５． 【７】 雷亨顺．能量热经济学分析方法【Ｊ】．石油与天然气化 工，１９９０，１９（３）：２９—４９． 【８】 程伟良，黄其励．热经济学的结构理论及其应用【Ｊ】．哈尔 滨工业大学学报，２００５，３７（１ｏ）：１３８８—１３９０，１４４５． ［９】 刘金松，王瑾，．空调冰蓄冷系统热经济学性能分析 ［Ｊ］．制冷与空调，２００８，２２（４）：２４—２８．
