热泵有效能由热量与温位差两个参数确定,正如电功率由电流与电压确定;! u, T) H+ Q( j/ x
: J& X/ g6 |8 b" s" Z9 J3 k0 n8 `5.6atm空气压缩功是4.2atm的1.2倍,因ln(5.6)/ln(4.2)=1.2;
5 c1 T. U) E q# b8 o, P: i+ h! V4 U. [* z& r; }5 p* L
5.6atm空气潜热是4.2atm的0.964倍(用软件计算结果);, t5 s- |# q$ c
- n. M) z9 {; o1 _) x所以,4.2atm空气产生100kW热泵热量所需输入功,与5.6atm空气产生100/1.2*0.964=80.3kW热泵热量所需输入功相等;
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- R6 @" F! J+ g! S; I环境温度取300K,同样节流到上塔1.3atm,4.2atm饱和液空温度94.00K,1.3atm饱和液空温度81.25K,热泵热量100kW,那么执泵有效能是:9 o6 E* D7 i0 g3 T' m# {6 k! r
100*300*(94.0-81.25)/(94.0*81.25)=50.1kW
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, |% a2 }+ F T9 f( o/ @5.6atm空气在下塔分成两部分,45%氮气和55%富氧液空,如果下塔用规整填料,那么下塔阻力0.04atm,即氮气压力5.6-0.04=5.56atm,液氮饱和温度95.53K,上塔1.3atm下液氮饱和温度79.64K,所以液氮的热泵有效能是:/ Q0 w, m$ W2 `! S4 O, h# h' W0 P
80.3*45%*300*(95.53-79.64)/(95.53*79.64)=22.64kW
) ]) [7 ^- H. H2 e7 E5 m# O: V! {# v. L; K; m
5.6atm富氧液空温度99.91K,1.3atm富氧液空温度82.87K,所以富氧液空的热泵有效能是:( C! a* d" D+ o7 L# _
80.3*55%*300*(99.91-82.87)/(99.91*82.87)=27.27kW
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4 n0 e0 ] I/ @双塔流程5.6atm空气热泵有效能是22.64+27.27=49.91kW5 Y2 w0 w) q( K4 v: t
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49.91/50.1=0.996,两者几乎没有区别。当然,以上计算中都没有计入将4.2atm或5.6atm饱和液空过冷至1.3atm饱和液空所需低温有效能。
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以上计算说明,所谓下塔使热泵有效能损失20%没有依据,只是热泵热量减少20%而已,尤总没有考虑温位差,将1kJ热量由100K移至200K与1kJ热量由120K移至200K的热泵有效能并不相等,前者更大。 |