基于火用方法的暖通空調(diào)系統(tǒng)熱力學(xué)分析研究.pdf

1、 在資源日趨緊張，環(huán)境保護(hù)壓力不斷增大的當(dāng)今社會(huì)，節(jié)能減排已經(jīng)成為很多國(guó)家、階層和團(tuán)體之間的共識(shí)。由于暖通空調(diào)系統(tǒng)在建筑能耗中占有很大的比例，因此對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗問題展開研究，發(fā)展和應(yīng)用新的節(jié)能技術(shù)就成為當(dāng)今節(jié)能減排中的一項(xiàng)具體的重要工作。對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的研究過程中，通常采用能量分析方法，它雖然具有直觀、簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，卻不能描述系統(tǒng)中存在的各種不可逆損失，因而對(duì)于系統(tǒng)的不合理用能狀況難以進(jìn)行量化、評(píng)價(jià)，為此在暖通空調(diào)系統(tǒng)中利用火用分

2、析方法進(jìn)行研究成為近年來的一個(gè)重要發(fā)展方向。然而，相對(duì)于暖通空調(diào)系統(tǒng)所涵蓋的廣大范圍而言，當(dāng)前的火用分析研究在某些方面上還很少涉及，如自然通風(fēng)系統(tǒng)、溶液除濕系統(tǒng)以及一些新型吸收式制冷/制熱系統(tǒng)，另外，目前的火用分析往往針對(duì)具體的實(shí)際系統(tǒng)，研究結(jié)果受具體因素影響而缺乏普遍性。因此，本文基于火用分析方法，針對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)，著力于在以上兩個(gè)方面開展研究，具體涉及了自然通風(fēng)系統(tǒng)、蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)、溶液除濕系統(tǒng)、吸收式制冷/熱泵系統(tǒng)以及吸收壓縮式制冷

3、/熱泵系統(tǒng)的火用傳遞情況、運(yùn)行工況和火用效影響因素，拓展了對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)研究的廣度，同時(shí)通過基于火用方法的熱力學(xué)分析，揭示了各系統(tǒng)運(yùn)行過程中所表現(xiàn)出的普遍規(guī)律和實(shí)質(zhì)，也為實(shí)際系統(tǒng)的評(píng)價(jià)、運(yùn)行及改進(jìn)提供了理論指導(dǎo)。論文的主要研究工作和成果有：
(1) 詳細(xì)介紹了火用分析中的一些重要基本概念，能量及火用傳遞過程中的動(dòng)力學(xué)微分方程及其物理意義，進(jìn)一步介紹了普遍化形式的能量及火用傳遞方程，重點(diǎn)闡述了不同表達(dá)方式下能量及火用傳遞過程

4、的區(qū)別和聯(lián)系，為利用火用分析方法研究暖通空調(diào)系統(tǒng)闡明了理論基礎(chǔ)。
(2) 通過建立一維穩(wěn)態(tài)火用平衡方程，以一帶中庭的高層建筑為對(duì)象，分析了自然通風(fēng)系統(tǒng)中的火用傳遞、驅(qū)動(dòng)機(jī)制和火用效表現(xiàn)，闡明了自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)在能量分析角度和火用分析角度上存在的差異及其原因，分析了內(nèi)外溫差對(duì)自然通風(fēng)系統(tǒng)火用效的影響，指出其中存在火用優(yōu)化機(jī)會(huì)，進(jìn)一步分析了利用太陽(yáng)能進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)的自然通風(fēng)系統(tǒng)和進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的火用效差異，

5、指出光電轉(zhuǎn)換具有更高火用效，為太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)的合理利用提供了理論指導(dǎo)。
(3) 通過分析濕空氣火用和水火用的各項(xiàng)構(gòu)成及其物理意義，提出將水火用用蒸發(fā)相變過程所涉及的飽和蒸汽火用和潛熱火用來表示，從而將水火用計(jì)算與熱濕處理過程中常見的水的相變過程聯(lián)系起來，進(jìn)一步研究了水火用、潛熱(冷)火用以及蒸汽火用之間隨溫度變化的相互關(guān)系，劃分出3個(gè)特征區(qū)域并闡明了各區(qū)域的火用傳遞特點(diǎn)，分析了直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)和簡(jiǎn)接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的火用效

6、，指出在直接和間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)中都存在火用優(yōu)化機(jī)會(huì)。通過建立計(jì)算模型并利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)直接蒸發(fā)式冷卻塔的火用傳遞過程以及火用效隨水空比、冷卻塔熱效率的變化情況進(jìn)行了詳細(xì)分析。
(4) 從火用分析角度探討了空調(diào)系統(tǒng)火用負(fù)荷的構(gòu)成及其物理意義，通過動(dòng)態(tài)能耗模擬方法研究了各類空調(diào)火用負(fù)荷的變化規(guī)律，分析了空調(diào)火用負(fù)荷與空調(diào)負(fù)荷的差異和原因，比較了風(fēng)冷空調(diào)系統(tǒng)和水冷空調(diào)系統(tǒng)中空調(diào)火用負(fù)荷的變化規(guī)律。提出對(duì)空調(diào)系統(tǒng)熱、濕處理

7、過程進(jìn)行單獨(dú)火用評(píng)價(jià)的概念及方法，以某一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的夏季工況為例，闡明了該獨(dú)立評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用過程，這對(duì)于在空調(diào)系統(tǒng)中促進(jìn)熱、濕獨(dú)立處理技術(shù)的應(yīng)用具有較大意義。
(5) 對(duì)溶液除濕系統(tǒng)的運(yùn)行工況進(jìn)行劃分，研究其在各工況下的運(yùn)行特點(diǎn)及其火用傳遞情況。通過建立火用平衡方程，研究了除濕溫度、環(huán)境溫度和環(huán)境水蒸汽分壓力對(duì)溶液除濕系統(tǒng)火用效的影響規(guī)律，通過與冷凝除濕方式比較，指出溶液除濕系統(tǒng)的效率只在某些工況下才具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)。進(jìn)一

8、步在普通溶液除濕系統(tǒng)基礎(chǔ)上，提出雙效溶液除濕系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了火用分析，闡明了雙效系統(tǒng)相對(duì)于原系統(tǒng)的優(yōu)越性，為雙效系統(tǒng)的應(yīng)用提供了初步的理論依據(jù)。
(6) 以吸收制冷/熱泵系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了吸收式制冷系統(tǒng)、第一類吸收式熱泵系統(tǒng)、第二類吸收式熱泵系統(tǒng)的火用平衡、火用傳遞及運(yùn)行工況，分析了運(yùn)行參數(shù)對(duì)各系統(tǒng)火用效的影響，從火用方法角度揭示了這些系統(tǒng)中所表現(xiàn)出的普遍規(guī)律，對(duì)于理解、評(píng)價(jià)及改進(jìn)實(shí)際系統(tǒng)具有指導(dǎo)意義。