基于火用方法的暖通空調系統熱力學分析研究.pdf

1、 在資源日趨緊張，環(huán)境保護壓力不斷增大的當今社會，節(jié)能減排已經成為很多國家、階層和團體之間的共識。由于暖通空調系統在建筑能耗中占有很大的比例，因此對暖通空調系統的能耗問題展開研究，發(fā)展和應用新的節(jié)能技術就成為當今節(jié)能減排中的一項具體的重要工作。對暖通空調系統的研究過程中，通常采用能量分析方法，它雖然具有直觀、簡便的特點，卻不能描述系統中存在的各種不可逆損失，因而對于系統的不合理用能狀況難以進行量化、評價，為此在暖通空調系統中利用火用分

2、析方法進行研究成為近年來的一個重要發(fā)展方向。然而，相對于暖通空調系統所涵蓋的廣大范圍而言，當前的火用分析研究在某些方面上還很少涉及，如自然通風系統、溶液除濕系統以及一些新型吸收式制冷/制熱系統，另外，目前的火用分析往往針對具體的實際系統，研究結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，針對暖通空調系統，著力于在以上兩個方面開展研究，具體涉及了自然通風系統、蒸發(fā)冷卻系統、溶液除濕系統、吸收式制冷/熱泵系統以及吸收壓縮式制冷

3、/熱泵系統的火用傳遞情況、運行工況和火用效影響因素，拓展了對暖通空調系統研究的廣度，同時通過基于火用方法的熱力學分析，揭示了各系統運行過程中所表現出的普遍規(guī)律和實質，也為實際系統的評價、運行及改進提供了理論指導。論文的主要研究工作和成果有：
(1) 詳細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力學微分方程及其物理意義，進一步介紹了普遍化形式的能量及火用傳遞方程，重點闡述了不同表達方式下能量及火用傳遞過程

4、的區(qū)別和聯系，為利用火用分析方法研究暖通空調系統闡明了理論基礎。
(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象，分析了自然通風系統中的火用傳遞、驅動機制和火用效表現，闡明了自然通風和機械通風在能量分析角度和火用分析角度上存在的差異及其原因，分析了內外溫差對自然通風系統火用效的影響，指出其中存在火用優(yōu)化機會，進一步分析了利用太陽能進行光熱轉換驅動的自然通風系統和進行光電轉換驅動的機械通風系統的火用效差異，

5、指出光電轉換具有更高火用效，為太陽能驅動通風系統的合理利用提供了理論指導。
(3) 通過分析濕空氣火用和水火用的各項構成及其物理意義，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，從而將水火用計算與熱濕處理過程中常見的水的相變過程聯系起來，進一步研究了水火用、潛熱(冷)火用以及蒸汽火用之間隨溫度變化的相互關系，劃分出3個特征區(qū)域并闡明了各區(qū)域的火用傳遞特點，分析了直接蒸發(fā)冷卻系統和簡接蒸發(fā)冷卻系統的火用效

6、，指出在直接和間接蒸發(fā)冷卻系統中都存在火用優(yōu)化機會。通過建立計算模型并利用實驗結果進行驗證，對直接蒸發(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行了詳細分析。
(4) 從火用分析角度探討了空調系統火用負荷的構成及其物理意義，通過動態(tài)能耗模擬方法研究了各類空調火用負荷的變化規(guī)律，分析了空調火用負荷與空調負荷的差異和原因，比較了風冷空調系統和水冷空調系統中空調火用負荷的變化規(guī)律。提出對空調系統熱、濕處理

7、過程進行單獨火用評價的概念及方法，以某一次回風空調系統的夏季工況為例，闡明了該獨立評價方法的應用過程，這對于在空調系統中促進熱、濕獨立處理技術的應用具有較大意義。
(5) 對溶液除濕系統的運行工況進行劃分，研究其在各工況下的運行特點及其火用傳遞情況。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)境水蒸汽分壓力對溶液除濕系統火用效的影響規(guī)律，通過與冷凝除濕方式比較，指出溶液除濕系統的效率只在某些工況下才具有相對優(yōu)勢。進一

8、步在普通溶液除濕系統基礎上，提出雙效溶液除濕系統，并對其進行了火用分析，闡明了雙效系統相對于原系統的優(yōu)越性，為雙效系統的應用提供了初步的理論依據。
(6) 以吸收制冷/熱泵系統為研究對象，分析了吸收式制冷系統、第一類吸收式熱泵系統、第二類吸收式熱泵系統的火用平衡、火用傳遞及運行工況，分析了運行參數對各系統火用效的影響，從火用方法角度揭示了這些系統中所表現出的普遍規(guī)律，對于理解、評價及改進實際系統具有指導意義。