地铁站直膨式蒸发冷凝空调系统㶲效率分析

引言

近些年来,城市地铁建设迅猛发展,市民出行的便利性大幅提升。目前,常规地铁车站通风空调系统通常采用冷水机组、冷却塔、循环水泵等组成空调水系统对车站进行供冷,冷却塔与城市环境相协调问题日益凸显。为了解决冷却塔在中心城区设置困难的问题,需要一种新式系统来降低噪声,满足环保和景观的需求。蒸发冷凝技术以潜热传热为主、显热传热为辅,利用水蒸发的汽化潜热排除机组的冷凝热。蒸发冷凝器与常规冷却塔的区别主要在于冷凝换热器结构不同。将蒸发冷凝器安装于地下风井、风道等位置,以满足散热需求,取消地面的冷却塔。本文以南方某条地铁线路典型站为例,对地铁站直膨式蒸发冷凝系统㶲效率进行分析。

1直膨式蒸发冷凝空调系统

直膨式蒸发冷凝空调系统相对于常规空调系统取消了原地面设置的冷却塔,由冷媒直膨蒸发的蒸发器装置替换常规的水系统末端设备,取消空调冷冻及冷却水系统设备及水管,以达到节地、节能和简化管路系统的目的。高温高压冷媒蒸汽经过蒸发式冷凝器冷却后变成高压低温的液态制冷剂,经过节流装置后变成低压低温的冷媒,进入直膨蒸发末端空调装置的蒸发器与空调循环空气进行蒸发换热后,变成高温低压的蒸汽,然后经过压缩机吸入后压缩变成高温高压的冷媒蒸汽,如此往复,完成制冷循环。

2㶲效率分析

2.1能量分析方法

为了评价能量系统的用能水平,需对系统进行能量分析。能量分析方法有能分析和㶲分析两种。能分析法:基于热力学第一定律,从能量的"量"的方面分析能量在数量上的平衡关系及效率:㶲分析法:基于热力学第二定律,从能量的"量"与"质"两个方面分析能量中㶲的平衡关系及效率。

2.2㶲及㶲效率

㶲是物质的一种状态参数,即在无其他(除环境介质外)热源的条件下,稳定流动的工质从初始状态经可逆过程变化到与环境介质处于热平衡时所能做的最大有用功,称为"工质在该初始状态的热力㶲"。㶲表明能量在转换过程中不仅有量的守恒性,还具有质的差异性。

㶲效率表示热力系统㶲的利用程度,即收益的㶲与消耗的㶲的比值。㶲效率越高,表明系统的能量利用越合理。

2.3压缩式制冷系统㶲效率分析

制冷系统中的热力㶲为冷量㶲,温度低于环境温度的系统吸入热量Q(冷量)时做出的最大有用功称为"冷量㶲",其表达式为:

式中,Ex0为冷量㶲(kw):T0为环境温度(K):T为载体的温度(K)。直膨式蒸发冷凝空调系统,制冷剂通过蒸发器直接将冷量㶲传递给空调循环空气,该系统的㶲效率为:

式中,Ex0l为空调循环空气的冷量㶲(kw):Ex02为蒸发器中制冷剂的冷量㶲(kw):Pe为压缩机的功率(kw)。

空调循环空气的冷量㶲为:

式中,T0为环境温度(K):Tl为空调循环空气的温度(K):Ql为空调循环空气获得的冷量(kw)。

蒸发器中制冷剂的冷量㶲为:

式中,T0为环境温度(K):T2为制冷剂的蒸发温度(K):Q2为制冷剂释放的冷量(kw)。

从理论上分析,为便于计算,不考虑制冷剂与空调循环空气之间的换热损失,所以Ql=Q2=Q0,Q0为制冷系统的制冷量。

综上可得:

从式(5)可以看出,蒸发温度越高,㶲效率值越大。

3实际工程案例分析

以某地铁站直膨式蒸发冷凝空调系统为例,制冷剂的蒸发温度为11℃,空调循环空气的温度与室内空气温度相同,为26℃,室外环境温度为35℃。压缩机的功率为207kw,系统的制冷量为l200kw。将上述数据代入式(5)中计算可得:ηex=0.147。

若该车站采用传统集中式水冷中央空调系统,冷水机组的蒸发温度约为5℃,压缩机的功率为226kw,系统制冷量为1200kw。为了便于比较,室内空气温度和室外环境温度均与前者一致,本次计算不考虑制冷剂与冷冻水、冷冻水与空调循环空气的换热损失,根据式(5)计算可得:ηexl=0.056。若考虑实际换热过程中的热损失,ηexl将会更小。

对比两种空调系统的㶲效率,显而易见,直膨式蒸发冷凝空调系统的㶲效率值更大。

4结语

通过对直膨式蒸发冷凝空调系统进行推演,制冷剂的蒸发温度越高,系统㶲效率值越大。地铁站直膨式蒸发冷凝空调系统与传统集中式水冷中央空调系统相比,减少了换热循环次数,提高了制冷剂的蒸发温度,提高了㶲效率值,冷量利用更加合理。