溴化锂吸收式热泵热力循环过程的理论分析

胡秋明，王景刚，鲍玲玲

(河北工程大学城市建设学院，河北邯郸056038)

作为一种节能技术，热泵技术在全国范围内广泛地应用于供热和空调领域［1］。电厂排放大量的低温冷却水中拥有丰富的低位能源，但是这些低温能源(比环境温度高约10℃)很难直接利用。溴化锂吸收式热泵可以有效利用电厂废水资源，把它转换为可利用的高位热能［2］。当热交换器中质量流量一定时，随着蒸发器和发生器中冷却水进口温度升高，溴化锂吸收式热泵的性能也随之提高，它的COP之所以会升高，是因为当进口水温为常数时，质量流速会升高，根据研究，温度对系统性能的影响效果比流速更大［3］。通过对溴化锂吸收式热泵的损失和效率的模拟分析来看，系统各部件和工质对溴化锂溶液的参数的影响程度不同，从各部件的损失以及损失系数来看，要想降低损失，着重在系统的“四器”上消除相关因素，最大限度的降低系统的不可逆性［4］。以工业余热为驱动热源的溴化锂吸收式热泵在蒸汽参数不变的时候超负荷能力很小，这与以锅炉供气驱动的吸收式装置截然不同;余热蒸汽在蒸发器和发生器之间的分配比例对热泵性能影响很显著，在设计和运行时应控制正确的分配比例，以保证溴化锂吸收式热泵的高效率运行;当冷却水温度过低或余热蒸汽量过小时将会是系统产生结晶现象［5］。纵观以上研究，这些内容对于溴化锂吸收式热泵的性能研究仅仅涉及到一两个因素，本文将考虑4个参数对溴化锂吸收式热泵COP的影响。

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经测定，箭猪坡矿床矿床CO2-NaCI-H2O包裹体温度主体为270℃～322℃，但其H2O-NaCI包裹体温度较低，主要在163℃～184℃，成矿温度属中、低温范围，包裹体为低盐度包裹体，说明箭猪坡矿床矿属中、低温热液矿床。这与矿区围岩蚀变不发育，主要有硅化、碳酸盐化和黄铁矿化等相符合也与按矿物组合和矿物粒径所划分的温度成矿带结果一致[9]。

1 循环计算

通过焓湿图，查表可以确定一些典型状态点的参数，包括焓值、温度、压力和溴化锂溶液的浓度等，于是可以计算出热交换量、热力系数、热负荷和其他重要的性能指标。首先，定义溶液循环倍率(用f表示)。

式中f－发生器中生产1 kg溴化锂蒸汽的稀溶液的循环量，分别表示发生器中浓溶液和吸收器中稀溶液的浓度。

在整个循环过程中，根据热平衡可以计算出各个设备的单位热负荷。

所以，溶液热交换器中的热负荷为Qex，于是

理论上，系统应该符合能量守恒定律，即

从图3可以看出，随着冷却水出口温度的增大，COP减少的很快，几乎成直线下降。当冷却水出口温度上升时，冷凝压力随之增大，在驱动热源压力不变的情况下，溴化锂浓溶液的浓度会减少，所以COP减小。考虑到COP的变化情况，冷却水出口温度不应过大［8］。

目前ANSYS有限元计算软件已得到成熟发展，其计算结果具有较高的可信度和准确性。因此以晋济高速公路仙神河大桥150.07 m高的八边形薄壁空心高墩为研究对象，利用ANSYS软件强大的二次开发技术和热分析功能，编制了薄壁空心高墩结构日照温度场和温差效应分析的专用程序，并结合实例验证了二次开发成果的准确性。同时利用二次开发成果，对八边形薄壁空心高墩在日照温差荷载作用下的温差效应进行了仿真分析，并得出有益的结论。

耦合指2个或以上的系统相互作用的现象；耦合度代表系统间相互作用的程度大小；耦合协调度是系统间在发展过程中彼此协调一致的程度。本文把旅游经济、生态环境两个系统相互作用、协调一致的程度定义为旅游经济与生态环境耦合协调度。

在吸收器中，热负荷用Qa表示

Research on land transportation network space-time pattern in Anhui Province

在发生器中，其热负荷用Qk表示

在冷凝器中，热负荷用Qg表示

在蒸发器中，热负荷用Q0表示，则

连续调研子宫内膜癌术后患者255人，收集有效问卷240份，平均年龄65.3岁，平均病程2.7年。研究发现，子宫内膜癌术后下肢淋巴水肿发生率为39.2%。与无水肿组相比，水肿组多采用术后放、化疗等辅助治疗，合并多种疾病，且具有较高体重指数，差异具有显著性（P＜0.01，见表 1）。

从而，可以计算溴化锂吸收式热泵的性能系数

2 计算结果及分析

本文只做理论计算，所以不考虑水质、真空度、流量和其他涉及到实际运行状况的因素。我们研究了参数对系统COP的影响，包括驱动热源的压力、冷却水进出口温度以及冷媒水温度。

在溴化锂吸收式热泵的循环过程中，设置了4个基本参数，驱动热源的压力为0.4 MPa，冷却水进口温度为25℃，冷却水出口温度为45℃，冷媒水温度为30℃，在这4个参数中，利用控制变量法，在研究1个参数时，保持其他3个参数不变。

2.1 热源驱动压力对系统性能的影响

选择的驱动热源压力范围为0.3 MPa至0.5 MPa，保持其他参数不变。根据上述计算方法，计算出不同驱动压力下的COP，计算结果如图1所示。从图1中可以看出，随着驱动热源压力的增大，COP开始升高的比较快，然后变得较为平缓。当驱动热源压力升高，相应的饱和温度也随之上升，因此，在冷凝压力不变的情况下，溴化锂溶液浓度增大，然后使循环倍率增大，于是产生更多的高温蒸气［6］。在另一方面，当驱动热源的压力大于0.4 MPa的时候，它对COP的影响会越来越小。所以，过大的蒸汽压力对系统无益。

2.2 冷却水进口温度对系统性能的影响

冷却水进入机组被加热，温度升高，用作地板辐射供热的热源，所以冷却水进口水温也会影响溴化锂吸收式热泵的性能。本文选择的冷却水进口水温的范围为20℃到30℃，在整个过程中，保持其他参数不变，只研究冷却水进口温度对COP的影响，经过计算，其结果如图2所示。

出口的冷却水是溴化锂吸收式热泵系统生产的热水，一般作为地板辐射供热的热源。选择的冷却水出口温度的范围为40℃到50℃，在循环过程中，驱动热源压力为0.4 MPa，冷却水进口温度为25℃，冷媒水温度为30℃，蒸发温度为20℃，冷凝温度为50℃。计算出不同冷却水出口温度下的COP如图3所示。

2.3 冷却水出口温度对系统性能的影响

从图2可以看出，随着冷却水进口温度的上升，COP急剧下降，几乎成直线下降。冷却水进口温度的升高导致吸收器出口的溴化锂稀溶液温度升高，于是，在蒸发压力一定的条件下，吸收完的溴化锂稀溶液的浓度增大，所以高温蒸汽量减少，COP随之下降。故，在溴化锂吸收式热泵系统中，较低的冷却水进口温度对系统有利［7］。

式中h－该点的焓值(下同)。

当地主要种植水稻、小麦。10月初开始播种冬小麦，用肥以普通复合肥为主。张顺丰告诉记者，9月底开始复合肥价格上涨，且涨幅较大，与去年同期相比增长了150-300元/吨，但是当地市场难以接受。虽处于冬储阶段，但经销商几乎没有拿货，多以询价为主，当前主要消化前期淡储肥料。此外，因目前尿素没有农业需求，处于有价无市的状态。

2.4 冷媒水温度对系统性能的影响

蒸发器中冷媒水的温度决定了系统中的蒸发压力，所以冷媒水温度对溴化锂吸收式热泵COP影响较大。选择计算的冷媒水温度范围为25℃到35℃，在系统循环过程中，驱动热源的压力为0.4 MPa，冷却水进口温度为25℃，冷却水出口温度为45℃，在这些计算条件下，计算出不同冷媒水温度下的COP如图4所示。

从图4曲线的变化情况来看，当冷媒水温度升高时，COP升高的很快，几乎成直线增大。随着冷媒水温度的增大，对应的蒸发压力也随之增大，这就导致吸收器中的溴化锂浓溶液吸收水蒸气的能力增强，溴化锂稀溶液的质量分数也下降了，所以COP增大。可以考虑适当增大冷媒水温度。

3 结论

1)随着驱动热源压力的增大，COP开始升高的比较快，然后变得较为平缓。当驱动热源的压力大于0.4 MPa的时候，它对COP的影响会越来越小。所以，过大的蒸汽压力对系统并不是有利。

2)随着冷却水进口温度的上升，COP急剧下降，几乎成直线下降。在溴化锂吸收式热泵系统中，较低的冷却水进口温度对系统有好处。

3)随着冷却水出口温度的增大，COP减少的很快，几乎成直线下降。考虑到COP的变化情况，冷却水出口温度不应该太大。

4)当冷媒水温度升高时，COP升高的很快，几乎成直线增大。可以考虑适当增大冷媒水温度。

［1］张明杰，王景刚，鲍玲玲.我国地源热泵的发展现状及国外热泵推广策略［J］.河北工程大学学报:自然科学版，2008，25(2):25 －28.

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［3］张伟，朱家玲.低温热源驱动溴化锂第二类吸收式热泵的实验研究［J］.太阳能学报，2009，30(1):38－44.

［4］金山，赵宗昌.溴化锂第二类吸收式热泵热力过程的分析［J］.化工科技，2003，11(2):64－67.

［5］陆震，王长庆，唐劲松，等.溴化锂高温吸收式热泵的变工况模拟［C］.尉迟斌，上海制冷学会论文集，上海:.同济大学出版社，1989:56 －62.

［6］陈彦君，溴化锂吸收式热泵循环的计算和分析［J］.制冷学报，1984，2(1):18 －28.

［7］舒斌，戚永义，孙士恩，等.参数变化对LiBr吸收式热泵性能的影响［J］.节能，2012，358(7):22－28.

［8］彦启森，石文星，田长青.空气调节用制冷技术［M］.北京:中国建筑工业出版社，2010.