摘要
随着我国经济的腾飞，工业水平和居民生活质量都有了很大的提高，空调系统的运用越来越广泛。空调系统的能量消耗也越来越多，为了进一步降低空调系统的生产成本，有关人员在工艺方面进行了改进和优化设计，建立模型，确定主要工艺参数与系统传热传质之间的关系，得到了局部条件下的最优解。不管是从工艺上还是从设备上，任何改进和优化的目的都是想得到相应条件下的最优解。但是，参数的改变不仅影响到工艺的改变，还影响到设备的投资和运行性能的变化。一般而言，技术的进步和资金的节约往往是相互矛盾的，如果技术的进步所带来的收益不能弥补投入资金的增加值，那么这种技术的改进是没有现实意义的。因此，我们选用综合的评价指标：热经济学指标。热经济学是把热力学分析与经济因素结合的交叉学科。该学科的基础是热力学基础和经济学基础，并能熟练地运用现代最优化技术，在本文中，我将结合实际计算单位热经济学成本，通过建模，实验，计算出该设备的热经济学单价成本。
Abstract
With the great development of our country’s economy, the level of industry and people’s living quality have had a great improve, and much mor air condition system is required,so more air condition ’energy is need.For further lowering the production cost of the air condition system,Some men carried on the improvement the craft and designed excellent form, built up the model, made sure that the main craft parameter and systems transmit heat to spread the relation between quality, get under partial condition of superior solution. Ignore to still is from the craft from the equipments, any improvement and excellent the purposes that turn are all want to be correspond under condition of superior solution. But, the change of the parameter not only affects the change of the craft, but also affects the investment of the equipments and the variety of the movement functions. Generally speaking, technical progress and the economy of the fondues are usually conflicting, if the income that technical progress bring can't make up the increment value of throw in the funds, so this kind of technical improvement have no realistic meaning. Therefore, we choose to use the comprehensive evaluation index sign. Hot economics index sign. The hot economics is to combine the analytical and economic factor of thermodynamics of cross the course. The foundation of that course is the thermodynamics foundation and the economics foundations, and can make use of the modern expertly superior turn the technique, in this text, I will combine the hot economics cost of actual calculation unit, passing to set up the mold, experiment, computing hot economics unit price cost of a that equipment.
目录
摘要 1
第一章绪论 5
第一节方法的基本概论 5
1.1能的分类 5
1.2的定义 6
1.3能量的热经济学定价 6
第二节热经济学的经济学基础 6
1.2.1经济效益的概念 7
1.2.2成本 7
1.2.3成本估算 7
第三节热经济学的发展 8
第四节热经济学在空调系统中的运用 9
第二章热经济分析模型 10
第一节实验的基本原理与过程 10
2.1.1实验的基本原理 10
2.1.2实验简单过程 11
第三章热经济学分析 15
第一节稳流工质的火用 15
3.1.1 稳流工质的比焓火用 15
3、1、2 稳流系统的热量和冷量火用 15
3.1.3火用效益 16
第二节制冷循环的火用损失 16
3、2、1制冷压缩机的火用损 16
3、2、2 冷凝过程2 - 3 的火用损 16
3、2、3 蒸发过程4 - 1 的火用损 16
第三节年度化成本 17
3.4.1 各设备的非燃料成本 17
3.4.2年度化成本 17
第五节单位热经济学成本方程 18
5.1.1单位热经学成本的计算公式 18
3.5.2压缩机的单位热经济学成本 19
3.5.3冷凝器的单位热经济学成本 19
3.5.4蒸发器的单位热经济学成本 20
3.5.5蒸发器中的风机的单位热经济学成本 20
3.5.6冷凝器中风机的单位热经济学成本 20
3.5.7机组的总单价成本 21
第六节热经济单价得计算 21
3.6.1单价计算 21
第七节单价热经济学成本表 25
第四章结论 26
参考文献 27
第一章绪论
随着现代人们生活水平的提高，空调系统的运用越来越广泛。为了进一步降低空调系统的生产成本，有关人员在工艺方面进行了改进和优化设计，建立模型，确定主要工艺参数与系统传热传质之间的关系，得到了局部条件下的最优解。不管是从工艺上还是从设备上，任何改进和优化的目的都是想得到相应条件下的最优解。但是，参数的改变不仅影响到工艺的改变，还影响到设备的投资和运行性能的变化。一般而言，技术的进步和资金的节约往往是相互矛盾的，如果技术的进步所带来的收益不能弥补投入资金的增加值，那么这种技术的改进是没有现实意义的。因此，我们选用综合的评价指标：热经济学指标。热经济学是把热力学分析与经济因素结合的交叉学科。该学科的基础是热力学基础和经济学基础，并能熟练地运用现代最优化技术。为此，我将在第一章对其介绍。
第一节方法的基本概论
热经济分析又叫经济学分析，是一种把热力学分析和经济因素统一考虑的分析方法。它是在分析的基础上方展起来的，又为方法的运用开辟了一条新的途径。因为它是以分析为基础的，综合运用工程经济学，系统经济学，及最优化技术等学科方展起来的，所以非常适合我们的分析和设计。的概念是分析的核心，因而热经济学中代表热力学分析的核心，在此，对的基本概念定义描述。
1.1能的分类
我们知道能是促成变化的动因，能的使用价值就在于它能促成变化。实际上不同的能量促成变化的能力是不相同的，这是因为能量的储存方式不同，按照其储存方式不同我们可以将其分为有序能（Ordered energy）和无序能(Disordered energy)两大类。
有序能系指载能物系中的基本载能粒子所具有的势或运动方向是完全相同的能。它可以完全转化为其它能量形式，这是有序能的一个特点，另一特点是有序能之间的传递是以功的形式实现的。反过来，也可以说功是一种传递的有序能。其特点三是有序能在传递过程中，任何系统都不会有熵变。
无序能是由于载能物体内的载能粒子紊乱运动而宏观体现的一类能量。再一定的条件下，无序能可以部分地转化为有序能，但仅仅是一部分。它不遵循热力学第一定律，而是严格地遵循热力学第二定律，即从无序能到有序能的转化必然伴随着相互作用着系统的熵的变化。
由上可以看出，不同形式的能量在转化为另一种形式能量的能力是有差别的，这点说明能量不仅有量的属性，还有质的属性。因此我们要找到一个既能代表量有能代表质的指标，而且这个指标是能够量化的，以便能量之间能够直接比较，这就是。
1.2的定义
关于的定义有不同的描述方法，这里介绍两种有代表性的说法。
表述一：系统在给定环境的相互作用下，其能量可以完全地，连续地转化为任何形式能量的那部分就是，而寂则是不可转换的部分。
表述二：在以环境参数为基准态条件下，从任一给定形式的能量中可能获得的最大功就是，其于部分为寂。
1.3能量的热经济学定价
在热经济学分析中，能量的定价是一个很重要的问题。它是把热力学的物理量转换为经济学量纲的关键。能源的定价直接影响着能源的消费和生产，是关系到国民经济的大问题。从的定义中我们可以看出是表征能量价值的物理量，它是综合运用热力学第一定律和第二定律，不但从量的方面，而且更强调从质的方面来作能量的尺度。一定的能量中包含着多少就能反映这种能的质量的高低。因此，只有用来确定能源价值，才能是其实用价值和经济价值得到很好的吻合，因为不仅从量的发面，而且从质的方面、全面地代表着能的使用价值。
当系统为输出不同质量特性产品和能量的系统时因为能质量特性不同，从而产品的值和焓值之间没有一固定的比值，以能的定价与以的定价就将产生差别，这种差别反映了能量的可用性不同，因而其使用价值也不同。在这种情况下，就只能用来定价，而不能用能来定价。以来定价具有普遍性，使用与一切情况，所以在热经济学分析中，我们主张任何系统都以来定价。
第二节热经济学的经济学基础
经济的历史比热力学悠久，它可以追溯到古希腊的哲学家亚里士多德，那时他就建立了经济学的概念和体系。所以，经济学并不是一门新的学科，但当它与热力学分析结合是就变成了一门新的学科。在这里主要说工程经济学的概念。
1.2.1经济效益的概念
经济效益是从产品的产出和投入的角度来理解其含义。所谓产出是生产出来的产品或劳务，所谓投入是指为生产这些产品所消耗的人、财、物等能源。产出的产品必须符合社会需要即社会效益，这是质的指标，一切经济效益必须先具备社会效益才有效益可谈，即社会效益是经济效益的前提。
经济效益主要指产出大于投入，此差值越大经济效益越高。处理得好，经济效益与社会效益完全一致，但处理得不好，也会矛盾
经济效益E可以定义为：E=B-C
式中：B为方案运行后的收益，C为全部投资，B-C也叫者净收益，净收益大于零是该方案在经济上可行的界限。
1.2.2成本
对工业企业来说，为了生产和销售一定种类和数量的产品，则必须消耗各种费用，这些费用的总和就是成本
一般情况下，产品成本可以分为以下几项：原材料费用、燃料和动力费用、生产人员工资及附加费用、废品损失、车间经费、企业管理费。以上七项之和为组成产品的成本，前五项之和为车间成本，前六项之和为工厂成本或生产成本。
1.2.3成本估算
原材料、燃料和动力消耗的计算
Ca=Σ(Wi Pi)+Cfp
式中：Wi为第i种材料的年消耗量；Pi为其单价；Cfp为燃料、动力年消耗费用。
固定资产的折旧与维修费用估算
固定资产的价值逐渐地部分地转移到产品的成本里，这种转移无法计算确切的数量，而是以折旧率的方法进行折旧计算。折旧计算的方法很多，但无论采用那种方法进行折旧计算，都与固定资产的使用年限有关，这个年限既要根据固定资产的有形损耗、又要根据其无形损耗计算。有形损耗是指固定资产由于使用和自然力的影响而引起的使用价值和价值的降低，无形损耗是指由于技术进步而引起的设备陈旧落后和价值损失。
设备的寿命估算和折旧方法
设备的使用年限也叫设备寿命。设备寿命有三个不同的概念，既技术寿命、所有权寿命和经济寿命。在技术经济中主要指经济寿命，经济寿命指设备在技术上还可以使用，而且还属于原主，但由于这一技术领域发展很快，与新开发的设备相比，这台设备太落后了，继续使用不如更换一台新的更经济，这时我们说这台设备已经达到了经济寿命;本设备为实验用，所以采用技术寿命，技术寿命指设备被使用到达不到它在技术上应有的指标，而不得不淘汰的年限。
设备的折旧方法很多，这里介绍匀速折旧法，也就是每年折旧费一样，这种方法计算每年里折旧额为：
D=(I0-IL)\、L
式中L为设备的经济寿命，D为折旧率，I0为设备的初投资原值，IL为到L年时的残值。
设备维修费用和人员工资、附加费与管理费的估算
根据技术经济比较的详细程度不同，维修费可以单算，也可以用某一系数加在设备费里。人员工资、附加费与设备的管理费因为系统差别大，这里不说，可以根据具体情况计算。
年运行费用估算
设备的年运行费用Cy:
Cy=Ca+Cb+Cc
式中Ca能量费用，Cb+Cc为非能量费用。
第三节热经济学的发展
热经济学的发展历史不长，它起源于50年代末，60年代中期始形成完整体系。在美国产生了若干学派，最早者要数M．Tribus学派，因为他首倡通过了系统逐个寻优达到全局最优的目的，为此必须具备各子系统之间在热经济上孤立化的条件才不违背“系统的各个局部全为最优意味着系统全局最优”的原则。Tribus的学生R．Evans还作了热经济学孤立化原理的数学论证。因此，后人就将此第一次出现的热经济学名之为“孤立化”模式的热经济学。接踵而来的美国的另一学派为首者的R．Gaggioli，因在70年代中发表论文最多而著称于世，他们所用的数学工具为基本的代数，因此也称为“代数”模式热经济学。近年来随着人们节能意识的增强，热经济学得到飞速发展，相继出现了“结构系数”模式热经济学(以德国的Beyer为代表)以及成本理论指导下的符号经济学(以西班牙的Antonio Valero为代表)，因西方国家把矩阵分析叫做“符号数学技术”，实际上这个模式也可叫做“矩阵”模式热经济学。热经济学的分析与优化是相辅相成的，分析结果可给出在系统各部位上流及经济流的分布，从而我们可以发现哪些地方存在着最大的改进潜力，但它不能从系统整体分析的角度给出系统的某一局部改进或某一参数改进对全系统带来的影响，而优化方法刚好弥补了这一缺点。在进行系统寻优改进时，要确定考虑的变量及之间的关系，并选择约束条件和决策变量，最后用数学手段描述问题，即写出目标函数与约束方程求解。
热经济学传入我国比较晚，较大规模的研究是在70年代末和80年代初，但随着能源问题的突出，他的运用也越来越广泛，并随着人们节能意识的增长而得到长足发展。
第四节热经济学在空调系统中的运用
近年来,随着现代化工业水平和人们生活水平的提高,空调系统的需求越来越大,空调系统的能耗已经占到建筑总能耗的50%左右,因此对空调系统进行热经济性分析人就越来越多,如有人研究了风冷热泵机组的热经济性，通过分析比较风冷热泵机组，直燃机组和冷水+燃气机组三种方案的热经济性得出：目前风冷热泵机组主要用于小型空调中，相对于其他冷热源形式具有占地少的优点，经过进一步分析其它供冷运行成本或供热运行成本都较低，而且从年度总成本来分析，应用风冷热泵机组的年度运行成本也教低；另外，无论供热还是制冷，以天然气作为能源的运行费用存在一个热电比价平衡点，当使用的热电比价高于这一值时采用以电能作为能源的冷热源形式较经济，相反采用天然气经济。还有如依据热力学的分析方法，对蒸气压缩式和吸收式制冷系统进行分析。参考《技术交流园地》1999年第29卷第3期中《空调制冷方式的热经济性评价》一文， 文中依据蒸气压缩式和吸收式制冷系统的成本方程，可对两种制冷方式进行热经济学评价与比较，分析发现制冷系统的经济效益（单位制冷费用），不仅与系统的初投资，使用年限，年利率，能量费用单价等有关，还与运行的时间，温度等有关。通过计算，制冷方式不应只对制冷机系统进行比较，而应对制冷机和冷却水子系统的结合——制冷系统进行比较和分析；分析表明，吸收式制冷较蒸气制冷方式无优势，由于吸收式需要较高的管道运输费用，且维修管理相对复杂，因此只有在缺电或电费昂贵及有余热的地方采用。
第二章热经济分析模型
热经济学运用于空调系统为空调系统的选择和优化设计提供了理论依据，在本次设计中，我们将通过本校实验室的用氟气作为的制冷剂的蒸气压缩式制冷模型来研究。本章中将对其实验的原理、过程及数据的处理作简单介绍，以方便下一章的分析。
第一节实验的基本原理与过程
2.1.1实验的基本原理
本实验为蒸气压缩式制冷循环，采用的制冷剂为氟气，简单工作流程图1：
图1
系统主要由压缩机A、冷凝器B、节流阀C、蒸发器D 四个主要部件组成. 系统中工质为制冷剂氟气, 高温高压液态饱和工质氟气通过节流阀降压降温后进入蒸发器, 在其中吸取高温空气的热量而汽化, 随即被压缩机吸入, 工质蒸气经过压缩机压缩后进入冷凝器, 将热量传给高温介质空气而冷凝液化, 高压液态工质氟气通过节流阀进入蒸发器完成循环。在上面的简图未画出的有冷凝器中的空气由风机1引出冷凝器，蒸发器中的新风由风机2引入冷凝器。
为了在下面的分析中便于分析，现在对上图中各处温度作详细说明表示。在下面的计算中，我们将用T1表示压缩机入口的氟的温度；T2表示压缩几出口的氟的温度；T3为冷凝器出口的氟的温度；T4为蒸发器入口的氟的温度；T5冷凝器风机空气的入口温度，T6冷凝器中风机出口的空气温度；T7蒸发器中引风机入口的温度；TR为出风口空气的平均温度；T0为环境温度。根据制冷系统的制冷循环有T2=T3，T4=T1。用P1 表示压缩机消耗的功率；P2表示冷凝器处风机消耗的功率；P3表示引风机消耗的功率；P表示总机组消耗的功率。V表示新风口的风数;v’表示冷凝器风机出口的风数，Te表示热力学中的参考温度为298.15K。
2.1.2实验简单过程
在本次实验中，我们分三组，九个工况。第一组为没有在引风机入口加滤网；第二组在引风机入口加一层滤网；第三组在引风机入口加两层滤网。同时每一组设三档回风温度，分别为20℃，15℃，10℃。每一条件下测十次，每半小时测一次，每天从早上8点到晚上6点。由系统图可以看出，增加滤网后，新风量减少，阻力增加，但风量减少，能量消耗增加。下面我们将对其各工况做经济学成本单价和简单分析火用的损失。
第二节实验数据
在本次设备中，有的参数没法测，为了计算，我们将对其进行说明，并采用有效方法处理计算。
（1）室内新风口有六个，在本次计算时应用六个新风口的室内温度，风数的平均值。
（2）实验设备中，只能测出设备所消耗的总功率，计算中将根据一般空调系统的压缩机，引风机，冷凝风机和该设备在额定功率下工作所消耗的功率进行分配。
为了便于后面的分析，我将其所需要的数据进行了汇总，列与下图表：
表2-1无滤网20℃
表2-2无滤网15℃
表2-3无滤网10℃
表2-4一层滤网15℃
表2-5一层滤网10℃
表2-6一层滤网20℃
表2-6两层滤网20℃
表2-8两层滤网10℃
表2-9两层滤网15℃
第三章热经济学分析
在本章中，我们主要对上面的实验进行热经济性分析，热经济学的研究方法很多，多以火用成本分析作为衡量的标准。考虑到在空调系统中热量与冷量还普遍用焓的形式表达，本文中热经济学的分析思路和方法采用单位冷量成本和单位热量成本作为经济评价指标。单位冷量成本为生产单位冷量某一温度的冷水所需要的生产成本，单位热量成本为生产单位热量某一温度的热水所需要的生产成本。下面我们将对系统中个设备进行单位火用成本计算，最后在算出总系统的单位热经济成本，得出结果。
第一节稳流工质的火用
3.1.1 稳流工质的比焓火用
稳定流动时, 如果工质只与环境发生热量交换, 而且忽略工质的动能与位能的变化, 则当单位质量工质由状态( h , s ) 过渡到与环境相平衡的状态(又称死态) ( h0 , s0 ) 时, 可做的最大有用功,即稳流工质的比焓火用为
ex = h - h0 - T0 ( s - s0) (3-1)
式中: ex 为稳流工质的比焓火用, kJ / kg ; h , s 为工质在状态( h , s ) 时的焓和熵, kJ / kg , kJ / (kg·K) ;h0 , s0 为工质在环境( h0 , s0 ) 时的焓和熵, kJ / kg , kJ / (kg·K) ; T0 为环境的绝对温度, K.由(3-1) 式可知, ex 不仅与稳流工质所处的状态有关, 还与环境有关, 在环境状态保持不变的情况下, ex 只与工质的热力状态有关, 所以它也是一个状态参数. 当稳流工质由状态1 ( h1 , s1 ) 变化到状态2 ( h2 , s2 ) 时, 火用的变化为
ex1 - ex2 = h1 - h2 - T0 ( s1 - s2) (3-2)
3、1、2 稳流系统的热量和冷量火用
热量火用指当热源温度（T）高于环境温度（T0）时，从热源得到的热量Q，通过可逆热机可以对外界作出的最大功叫热量火用。
冷量火用，当系统温度（T）低于环境温度（T0）时，从制冷的角度理解，按逆循环进行，从系统冷源获得冷量Q0，外界消耗一定的功，将Q0与所消耗的功一起转移到环境中去，在可逆条件下，外界消耗的最小功为冷量火用。
热量火用可以用下面的式计算。
热量火用
冷量火用
3.1.3火用效益
对于一给定系统,系统中输出火用流与输入火用流的比值定义为火用效益ηe为：
第二节制冷循环的火用损失
3、2、1制冷压缩机的火用损
对于压缩机输入火用为电机的输入功Ex 及工质流入火用ex1 , 输出火用为ex2 , 则压缩过程火用损为
A 1 - 2 = Ex + ex1 - ex2 =
h1 - h2 - T0 ( s1 - s2) + h2 - h1 = T0 ( s2 - s1) (3-3)
由(3-3) 式可以看出, 欲减小压缩过程的火用损, 须使压缩过程尽量接近定熵过程.
3、2、2 冷凝过程2 - 3 的火用损
在冷凝器中, 冷却介质获得的热量一般都直接排放到大气中, 不再利用, 故其火用损为
A 2 - 3 = ex2 - ex3 = h2 - h3 - T0 ( s2 - s3) =
Tk ( s2 - s3) - T0 ( s2 - s3) = ( s2 - s3) ( Tk - T0) (3-4)
式中, Tk 为冷凝器内工质的当量平均温度, K.由此可知, 冷凝过程的火用损主要由冷凝器与环境之间有温差的传热这一不可逆过程引起的, 因此在实际制冷循环中, 我们应采取强化传热及过冷措施, 以减小冷凝过程的火用损.
3、2、3 蒸发过程4 - 1 的火用损
在蒸发器中, 虽然制冷剂从环境中吸收了热量, 但吸收的热量没有做功能力, 其火用值为0 ，火用损为：
A 4-1= ex4 - ex1 - eq = ( h4 - h1) - T0 ( s4 - s1) – [ -1]( h1 - h4) = T0 ( s1 - s4) + ( h4 - h1) = T0 ( s1 - s4) + T 3 ( s4 - s1) = T0 ( s1 - s4) [1 -](3-5)
式中, eq 为冷量火用, kJ / kg ; T 3 、T 为制冷剂蒸发温度、冷库温度, K.可见, 蒸发过程的能量损失也是由于冷库和制冷剂之间有温差的传热这一不可逆过程引起的, 研究强化蒸发环节换热措施, 探索高能效的换热设备, 可以减少传热温差, 直接降低能耗指标。
第三节年度化成本
3.4.1 各设备的非燃料成本
（1）初投资
初投资主要包括土建,设备购置费,设备安装费等.在本次计算模型中，我们采用氟汽的蒸发式制冷机组，不考虑土建的费用。根据学校建筑环境设备工程实验室的具体条件，该设备总的固定资产为十万八千元整，包括机器设备，工程计费和建筑单位管理费等。因为该实验室为整体投资，我们应将其总资产进行分配。其中,本次实验所用设备占总投资的50%即为五万四千元，其中所用的压缩机为40%;冷凝器为10%;其中冷凝器中风机5%；蒸发器10%;其中风机也占5%；所剩的其它的费用中本实验占总投资的20%.
（2）维修管理费用
根据实验室的具体条件,本设备的年维修管理费取初投资的5%,即2700元/年。
（3）能量费用
本次实验的能量费用就是压缩机,风机的电能,根据北京市电能的单价为0.4元, 年耗电费是空调系统运行总功率乘以电价再乘以运行时间，在这里，结合实验室具体条件，空调运行的总功率取4.0kw;根据北京市的气象条件，每年空调运行的时间为2880小时，所以，年消耗运行费用为C2=4×0.4×2880=4608元/年。
3.4.2年度化成本
在各项成本中，有些只与初投资有关，另一些则只与今后一段时间的费用有关，并在每年大致相同，有的逐年变化。这样，在进行方案的比较时，常把这些不同类型的成本等额地折算到每一年中，就是把成本年度化。年度化成本就是指把成本按照资产的使用年限平均地分摊到每一年的成本。
（1）年度化成本
年度总费用=初投资× + 运行费用C
初投资为设备总价和安装调试费用等，在这里为54000元；
i为回收率，取10%
n为使用寿命，取20年
年度化成本ZK为：
ZK=54000×+2700+4608=37253.5元/年
为了便于计算我们将其计算到每秒的费用，根据北京市的气象条件，每年空调运行的时间为2880小时，合计为10368000秒。
所以设备每秒消耗的非能量费用为B=37253.5÷10368000=0.00359元/s。
其中压缩机B1=0.00144元/s;冷凝器为B3=0.000359元/s;冷凝器的风机为B4=0.00018元/s；蒸发器为B5=0.000359元/s；蒸发器的风机为B6=0.00018元/s。
第五节单位热经济学成本方程
制冷循环中主要的热工设备有制冷压缩机、蒸发器，冷凝器，风机，下面就分别推导它们在制冷工程中实用的单价热经济学平衡式。
5.1.1单位热经学成本的计算公式
对于任一设备，设备的单价热经济学成本中有产品火用P表示，E表示设备的运行维修费用即非能费用,F燃料费用。单价热经济学成本为：
3.5.2压缩机的单位热经济学成本
压缩机的产品火用为氟气通过压缩机的火用增，燃料为压缩机消耗的功率，所以，压缩机的热经济学成本C1：
公式中：是产品单价，是压缩机的非能量费用，是氟利昂22通过压缩机的火用增，P1为压缩机消耗的功率。
对于该实验设备：其中=m1[H2-H1-Te(S2-S1)]
式中m1为氟气的单位时间流量，单位kg/s; H2,H1和S2,S1分别表示压缩机出口，进口的焓值，熵值；Te为298.15K。
3.5.3冷凝器的单位热经济学成本
对于冷凝器，设备的产品火用为氟气通过冷凝器的火用增，燃料为风冷冷凝器与外界空气热交换的吸热火用。
所以，冷凝器单位单位热经济学成本：
公式中：是风冷冷凝器与外界空气热交换的吸热火用，是冷凝器的非能量费用，是氟利昂22通过冷凝器的火用降.
其中A1= m2[H2-H1-Te(S2-S1)],在定压条件下，H2-H1＝Ｃp(T2-T1);
S2-S1=ＣpLN(T2/T1);所以，定压条件下的吸热火用用下面的公式算：
式中m2表示与冷凝器交换的空气的单位时间质量流量；CP为空气的定压比热，为1.004kj/kg；T7为风冷冷凝器风机入口温度；T0为环境温度。
3.5.4蒸发器的单位热经济学成本
对于蒸发器，设备的产品火用为环境空气被制冷制冷的火用降，燃料为氟气在蒸发器中的火用升。
所以，蒸发器的单位热经济学成本
公式中：A3是环境空气被制冷制冷的火用降，是氟气换热器的非能量费用，F3为氟气在蒸发器中的火用升。
其中：A3=m1[H1-H4—T0(S1-S4)] m1为氟气的单位时间流量，单位kg/s;H4，H1,和S4，S1为氟气出，进入蒸发器的焓和熵；
m2为进入蒸发器也即进入房间的空气的单位质量流量；T8为引风机入口温度。
3.5.5蒸发器中的风机的单位热经济学成本
对于该风机，消耗电能，得到空气的火用升，所以，风机的单位热经济学成本为：
公式中 是蒸发器中风机的非能量费用，A4为风机中空气的火用升，P3为风机消耗的功率。
其中 m4为进入风机也即进入房间的空气的单位质量流量，TR为进入房间的温度。
3.5.6冷凝器中风机的单位热经济学成本
风冷冷凝器中风机与上风机一样，消耗电能，得到空气的火用增。
单位热经济学成本：
公式中 是风机的非能量费用，A5为空气经过风机的火用增；
式中：T5，T6为风机入口和出口的温度。
3.5.7机组的总单价成本
机组的总的单价成本为
式中各符号同上。
第六节热经济单价得计算
下面，我将结合实验数据，计算出单价热经济学成本。
3.6.1单价计算
以一组无滤网的10℃为例数据进行计算，写出详细的过程，其它相同：
六个新风口的平均温度如下表：
新风口
1
2
3
4
5
6
风数m/s
4.46
2.88
3.54
4.2
5.21
3.25
温度℃
16.8
17.2
17.4
18.2
16.8
17.1
新风口的平均温度也即新风温度Tr=(16.8+17.2+17.4+18.2+16.8+17.1)/6=17.25℃;
风数V1=（4.46+2.88+3.54+4.2+5.21+3.25）/6=3.42m/s;
由《实用热物理性质手册》可以查出,空气在此温度下的密度ρ=1.21kg/m3;
经测得每个风口的面积为a=44.1×12.3cm2,总的面积为A=6×a=6×44.1×12.3=3254.6cm2=0.33m2;
所以,空气的质量m=V1×A×ρ=3.42×0.33×1.21=1.37kg/s。
(2)引风机,冷凝器的风机,室内,环境的个参数
参数
风数m/s
温度℃
引风机
入口
0.96
19.1
出口
3.42
17.25
冷凝器处风机
入口
3.24
29
出口
5.25
29.1
室内
3.42
17.25
环境
0.25
27
说明:1 引风机的出口温度,风数与新风口的平均温度,风数相同;冷凝器的入口温度为环境温度,风数也相同,出口温度,风数为风冷冷凝器入口的温度,风数;蒸发器的入口温度风数为环境温度和风数,出口的参数与为引风机的入口 参数相同.
2 引风机的空气质量与进入房间的空气质量相同;风冷冷凝器冷凝的空气大约等于风冷冷凝器处风机引出的空气质量.
风冷冷器冷凝的空气质量m’= V’×A’×ρ’ 同上查《实用热物理性质手册》表得28.1℃时空气的密度ρ’=1.17 kg/m3;风机出口直径为66cm,面积A’=3.14×66×66/4=3419.5cm2=0.34m2,所以风冷冷器冷凝的空气质量m’= V’×A’×ρ’=5.25×0.34×1.17=2.1kg/s。
(3)压缩机的氟气的压力,温度;氟气的流量
1压缩机的氟气的压力,温度见下表:
温度℃
压力
入口
12.5
1.35
出口
16
4.1
在12.5℃时,氟里昂-22的液态焓值为h4=103.7875千卡/kg=4.1868×103.7875=434.54kj/kg;熵值为s4=1.0134千卡/kg℃=4.1868×1.0134=4.243kj/kg℃.气态焓值为h1=150.55千卡/kg=4.1868×150.55=630.33 Kj/kg; 熵值为s1=1.176千卡/kg℃=4.1868×1.176=4.92 kj/kg℃。
在16℃氟里昂-22的液态焓值为h3=104.9千卡/kg=4.1868×104.9=439.20 Kj/kg, 熵值为s3=1.0171千卡/kg℃=4.1868×1.0171 =4.26 kj/kg℃; 气态焓值为h2=150.82千卡/kg=4.1868×150.82=631.46 Kj/kg; 熵值为s2=1.1761千卡/kg℃=4.1868×1.1761=4.924 kj/kg℃。
2氟气的流量
氟气的流量计安装在在压缩机前, 此时氟气为液态,其温度为12.5℃,氟气的流量5.26m3/h,查表得此时氟气的比v=0.8064升/千克,密度ρ”=1/ v=1.24千克/升=1240kg/m3; 氟气的质量流量m1=ρ” ×5.26=6522.4kg/h=1.81kg/s;.
3功率表
在本次所用实验台中，无法测出压缩机，风机的电功率，为了计算，在这里，根据压缩机，两个风机的额定功率进行分摊．根据实验室资料，压缩机额定功率为550kw;风机的额定功率为：380×1.2=456kw；又结合具体实验时的条件等因素，将总功率进行分配，每个占三分之一．所以：
压缩机，风机，机组消耗的电功率如下表：
名称
功率（KW）
压缩机
1.18
引风机
1.16
冷凝处风机
1.16
总功率
3.5
(4)热经济学单价方程组
根据第五节的公式，代入数据，具体计算如下：
1压缩机:
2冷凝器:
3蒸发器
4引风机:
5冷凝器风机:
6总的热经济学成本
以上有六个方程解六个未知数，解方程组可以得出热经济学成本单价为Ca=0.079×10-3元/kj.
压缩机的单价成本为：3.57×10-3元/kj;
冷凝器的单价成本为：0.035×10-3元/kj;
蒸发器的单价成本为：0.036×10-3元/kj;
引风机的单价成本为：0.27×10-3元/kj;
冷凝器风机的单价成本为：1.1×10-3元/kj；
第七节单价热经济学成本表
根据第六节的计算方法，算出总的单价成本如下表：
方案
温度℃
参数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
无滤网
20
T4
16.2
16.2
16.2
16.2
16.2
16
16
16
16.3
16.3
单价
0.056
0.055
0.056
0.055
0.056
0.052
0.05
0.051
0.053
0.054
15
T4
17
17
16.8
16.8
16.9
16.8
17
17
17
17
单价
0.069
0.061
0.062
0.068
0.071
0.070
0.081
0.072
0.069
0.072
10
T4
12.5
12.6
12.5
12.5
12.4
12.5
12.5
12.3
12.2
12.3
单价
0.079
0.065
0.069
0.072
0.08
0.08
0.081
0.084
0.085
0.086
一层滤网
20
T4
12.8
12.8
12.8
12.8
12.4
12
12.4
12.4
12.4
12.4
单价
0.072
0.069
0.071
0.08
0.068
0.065
0.069
0.07
0.082
0.084
15
T4
11.6
11.6
11
11.4
11.7
11.6
11.4
11.5
11.2
11.4
单价
0.09
0.089
0.092
0.099
0.082
0.081
0.082
0.091
0.095
0.096
10
T4
11.8
11.8
12
12
12
12
12
12
12
12
单价
0.092
0.095
0.086
0.085
0.085
0.085
0.086
0.084
0.085
0.081
两层滤网
20
T4
17
17.0
17
17
17
17
17
17.1
17.1
17.1
单价
0.058
0.061
0.064
0.065
0.068
0.069
0.059
0.058
0.06
0.061
15
T4
11.4
11.4
11.4
11.6
11.6
11.8
11.4
11.4
11.4
11.2
单价
0.085
0.09
0.086
0.085
0.084
0.084
0.085
0.084
0.084
0.085
10
T4
11.4
11.4
11.4
11.5
11.4
11.5
11.4
11.5
11.4
11.5
单价
0.084
0.083
0.085
0.084
0.084
0.084
0.084
0.085
0.082
0.084
说明：T4表示蒸发温度单位为℃，单价的单位为10-3元/kj。
第四章结论
热经济学分析是把热力学分析与经济因素结合的交叉分析方法，这种方法得的基础是热力学基础和经济学基础，并能熟练地运用现代最优化技术。通过对学校实验空调机组的热经济性的分析，我们算出了单位热经济学成本，通过比较不同蒸发温度单位下的热经济学成本。
在此，我们将单价热经济学成本表用图表示，以方便说明，作图时，由于在相同的蒸发温度下，单价有时不相同，用平均值代替，做图如下：
结论：
（1）从图中可以看出，在蒸发温度为16℃时，单价成本最低为0.051×10-3元/kj，大于其温度时单价成本随蒸发温度的增加而增加，小于时随蒸发温度的减少而单价成本增加。在设备运行和设计时，应该尽量使设备在此温度下满足人们需要，以便节约成本，更加经济。
同时，可以看出，压缩机的单价成本很高，通过分析火用的损失，可以看出，要降低热经济学单价成本，欲减小压缩过程的火用损, 须使压缩过程尽量接近定熵过程.
当然，采取强化传热及过冷措施，强化蒸发环节换热措施, 探索高能效的换热设备,也能降低单价成本。
参考文献
[1] 王加璇编译. 方法及其应用.北京：中国电力出版社，1997年
[2] 王加璇，张恒良合编.动力工程热经济学.北京：水利电力出版社，1995
[3]孙志高. 蓄冰空调系统的经济优化，通风除尘，1998（1）：8-10.
[4]王凌飞，张旭. 上海地区典型建筑冰蓄冷空调系统经济性评价， 暖通空调2004，26（5）
[5]李晓燕. 冰蓄冷空调系统的经济性与比较. 哈尔滨商业大学学报，2004，22（2）：223-226
[6]殷平. 室内空气计算参数对空调系统经济性的影响. 暖通空调，2002，32（2）
[7]蒋立本.冯宵.冷冻干燥过程的热经济性分析,制冷学报2001.4
[8]程伟良,王加璇,王清照300MW凝汽机组的热经济性分析,中国电机工程学报2005.4
[9]周晋,李树林,严双志,风冷热泵机组的热经济性分析.制冷空调
[10] 谭连城等,混合工质制冷系统节能的热力学分析,工程热物理学报,1985 (2) ,113～116
[11] 朱明善,能量系统的火用分析,北京:清华大学出版社,1988 。
[12][美]艾亨著,黄志潜泽,能量系统的火用分析方法,北京:机械工业出版社,1984. 39～42
[13]高洪亮 非氟利昂制冷剂制冷性质的研究,哈尔滨工程大学硕士学位论文,1995 ,85～90
[14]. 高洪亮,新工质用于制冷循环的热力计算,冷藏技术,1998. 1. 33～36
[15]. 陈沛霖等,空调与制冷技术手册,上海:同济大学出版社1992 ,698～700
[16 ] 姚立为. 制冷与热泵系统的火用分析[J ] . 应用能源技术, 2000 , (2) : 1 - 3
[17]马庆芳，方容生等，使用热物理性质手册，中国机械出版社
[18]康庆明，李力能，吴家正等，工程热力学，中国建筑出版社
[19]郭庆堂，吴进发，实用制冷工程手册，中国建筑工业出版社
[20]茂建国，王传芝，空调制冷方式的热经济学评价，技术交流园地1999年29卷第3期
[21]张国强，王林，颜永民，小型中央空调系统热经济学优化设计分析，湖南大学报（自然科学版）
| 课件名称： | 暖通空调的热经济学 |
| 课件分类： | 能源与动力 |
| 课件类型： | 电子教案 |
| 文件大小： | 140.41KB |
| 下载次数： | 2 |
| 评论次数： | 2 |
| 用户评分： | 7 |
