武衛(wèi)東， 陳小嬌， 于文遠(yuǎn)

(上海理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，上海 200093)

地?zé)狎?qū)動有機(jī)朗肯-單級壓縮制冷系統(tǒng)的熱力學(xué)分析

武衛(wèi)東， 陳小嬌， 于文遠(yuǎn)

(上海理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，上海 200093)

建立了地?zé)狎?qū)動有機(jī)朗肯-單級壓縮制冷系統(tǒng)的熱力學(xué)模型，根據(jù)熱力學(xué)第一定律和第二定律，以系統(tǒng)性能系數(shù)和火用效率作為系統(tǒng)性能的評價指標(biāo)，研究分別以R245fa，R123，R114，R141b作為循環(huán)工質(zhì)時，地?zé)崃鳒囟?發(fā)生溫度)、凝汽溫度和蒸發(fā)溫度對系統(tǒng)性能的影響，并篩選出適用于中溫地?zé)崮茯?qū)動的有機(jī)朗肯-單機(jī)壓縮制冷系統(tǒng)最佳工質(zhì).計算結(jié)果表明，R141b綜合性能最佳，根據(jù)典型工況下R141b作為循環(huán)工質(zhì)時系統(tǒng)火用損的分布情況，在發(fā)生器和冷凝器處進(jìn)行改進(jìn)將大大提高系統(tǒng)的火用效率.

地?zé)崮埽焕士涎h(huán)；蒸汽壓縮制冷循環(huán)；熱力學(xué)分析

地?zé)崮苁且环N清潔能源，基本上不造成大氣污染，也不會排放溫室氣體，來源穩(wěn)定，平均利用系數(shù)高于71%[1].地?zé)崮軆Σ亓烤薮螅瑩?jù)IGA(International Geothermal Association)[2]報道，地?zé)崮艿哪戤a(chǎn)能占據(jù)了地?zé)崮堋L(fēng)能、太陽能和潮汐能這4類新能源總年產(chǎn)能的80%以上，只要開發(fā)上限合理，地?zé)崽锏膲勖蛇_(dá)100～300 a[3].目前，地?zé)崮艿拈_發(fā)主要有以下兩條途徑:一是地?zé)岚l(fā)電[4]；二是地?zé)嶂苯永?供熱、制冷).有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)是中溫地?zé)崮芾玫囊环N有效方式，它使用低沸點有機(jī)物作為循環(huán)工質(zhì)，能將低品位熱源中的熱能轉(zhuǎn)化為動力并輸出，可直接帶動蒸汽壓縮制冷(VCR)系統(tǒng)的壓縮機(jī)實現(xiàn)循環(huán)制冷.在大力倡導(dǎo)開發(fā)新能源的背景下，有機(jī)朗肯-蒸汽壓縮制冷的研究受到了越來越多的重視[5].ORC循環(huán)工質(zhì)的選擇對系統(tǒng)性能有較大影響，因此，最優(yōu)工質(zhì)的選擇對于系統(tǒng)運行具有重大意義.喬衛(wèi)來等[6]以循環(huán)效率、運行壓力和膨脹比作為指標(biāo)篩選朗肯循環(huán)的循環(huán)工質(zhì)，發(fā)現(xiàn)R142b，Rc318和R600適合于低溫朗肯循環(huán)；胡冰等[7]研究了基于ORC的低溫地?zé)嶂评湎到y(tǒng)，將系統(tǒng)性能系數(shù)COP和每千瓦制冷量對應(yīng)的工質(zhì)流量作為指標(biāo)進(jìn)行工質(zhì)優(yōu)選，但沒有從火用的角度對系統(tǒng)進(jìn)行考量；卜憲標(biāo)等[8]對船舶煙氣和冷卻水余熱驅(qū)動的有機(jī)朗肯-蒸汽壓縮空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行工質(zhì)篩選，同樣沒有將火用效率納入評價標(biāo)準(zhǔn).現(xiàn)有文獻(xiàn)中，在進(jìn)行工質(zhì)優(yōu)選時，主要從熱力學(xué)第一定律角度對ORC-VCR系統(tǒng)進(jìn)行考量，或者對ORC和VCR進(jìn)行單獨的火用分析，對ORC-VCR系統(tǒng)進(jìn)行整體分析的還比較少見.火用作為衡量工質(zhì)品位的量值，能指導(dǎo)操作者根據(jù)工質(zhì)火用值的大小和火用損的大小來確定工質(zhì)品位的高低和鑒定熱力設(shè)備(過程)熱力學(xué)的完善性，指導(dǎo)節(jié)能工作以更具針對性和目的性的方式展開.

本文建立了地?zé)狎?qū)動有機(jī)朗肯-單級壓縮制冷系統(tǒng)的熱力學(xué)模型，根據(jù)熱力學(xué)第一定律和第二定律，以系統(tǒng)性能系數(shù)和火用效率作為系統(tǒng)性能的評價指標(biāo)，研究分別以有機(jī)工質(zhì)R245fa，R123，R114，R141b作為循環(huán)工質(zhì)時，地?zé)崃鳒囟?發(fā)生溫度)、凝汽溫度和蒸發(fā)溫度對系統(tǒng)性能的影響，篩選出適合于中溫地?zé)崮茯?qū)動的ORC-VCR系統(tǒng)最佳工質(zhì)，并分析典型工況下系統(tǒng)火用損的分布情況，提出具有針對性的可有效提高系統(tǒng)性能的建議.

1 系統(tǒng)原理和工質(zhì)選擇

地?zé)狎?qū)動的有機(jī)朗肯-蒸汽壓縮制冷的熱力學(xué)循環(huán)和系統(tǒng)示意圖如圖1所示.p為壓力，T為熱力學(xué)溫度，s為比熵，h為比焓.

圖1 有機(jī)朗肯-單級壓縮制冷系統(tǒng)流程圖Fig.1 Schematic diagram of ORC-VCR system

地?zé)狎?qū)動的有機(jī)朗肯-單級壓縮制冷(ORCVCR)系統(tǒng)主要包括提供動力的ORC部分和VCR部分.ORC主要由發(fā)生器、膨脹機(jī)、凝汽器和加壓泵組成.地?zé)崃鳛榘l(fā)生器中的低沸點工質(zhì)提供熱量，使其定壓汽化到飽和蒸汽(5-6-1過程)，飽和蒸汽推動膨脹機(jī)對外輸出功(1-2過程)，做功之后的低溫低壓乏汽從膨脹機(jī)流出進(jìn)入凝汽器，在凝汽器中定壓向環(huán)境溫度的冷卻水放熱(2-3-4過程)，形成飽和的冷凝水流入加壓泵并再次進(jìn)入發(fā)生器(4-5過程).VCR由冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器和壓縮機(jī)組成，低溫低壓的氣態(tài)制冷工質(zhì)在壓縮機(jī)中被壓縮成高溫高壓氣體(8-9過程)，在冷凝器中冷凝成飽和液體并在該壓力下被進(jìn)一步過冷，過冷工質(zhì)等焓流經(jīng)節(jié)流閥后(9-10-11過程)壓力下降并產(chǎn)生小部分閃蒸氣體，這部分低壓液相工質(zhì)和氣相工質(zhì)的混合物在蒸發(fā)器內(nèi)等壓吸熱蒸發(fā)成氣體(12-7-8過程)，產(chǎn)生冷量，再流入壓縮機(jī)進(jìn)行下一輪循環(huán).朗肯循環(huán)的膨脹機(jī)推動壓縮機(jī)，從而驅(qū)動制冷循環(huán).為了簡化編程過程，本文中朗肯循環(huán)和制冷循環(huán)采用同種工質(zhì).

依據(jù)地?zé)崃黧w的溫度，地?zé)嶂饕譃楦邷氐責(zé)豳Y源(＞150℃)、中溫地?zé)豳Y源(90～150℃)、低溫地?zé)豳Y源(＜90℃)[9].這里假設(shè)地?zé)崃鞯臏囟葹?5～150℃，并假設(shè)發(fā)生器有5℃的傳熱溫差，則朗肯循環(huán)的發(fā)生溫度為80～145℃.由于朗肯循環(huán)中的最高溫度——發(fā)生溫度不能超過所用工質(zhì)的臨界溫度[10]，因此，工質(zhì)選取時必須考慮其臨界溫度要高于145℃.此外，工質(zhì)的干濕性也是工質(zhì)選擇中必須要考慮的性質(zhì).在ORC循環(huán)中，如果使用濕工質(zhì)，膨脹后期容易形成氣-液兩相混合物，導(dǎo)致液擊，對膨脹機(jī)造成機(jī)械損傷，故宜選取干工質(zhì)或者絕熱工質(zhì).考慮工質(zhì)環(huán)保性，工質(zhì)的破壞臭氧潛能值(ODP)和全球變暖潛能值(GWP)要盡量小.綜合以上3點，通過REFPROP軟件的篩選，在本文研究中初步選取的工質(zhì)如表1所示.

表1 初選工質(zhì)主要參數(shù)Tab.1 Thermodynamic parameters of selected working fluids

2 熱動力學(xué)模型

為合理簡化計算過程，建立ORC-VCR系統(tǒng)熱力學(xué)模型之前，首先作以下假設(shè):

a.整個ORC-VCR系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；

b.發(fā)生器和凝汽器處的傳熱溫差都是5℃；

c.朗肯循環(huán)工質(zhì)泵的效率為0.90，膨脹機(jī)的效率為0.85，壓縮機(jī)的等熵效率為0.85；

d.工質(zhì)在管路中、部件中的壓力和熱損失不計；

e.工質(zhì)在朗肯循環(huán)的發(fā)生器出口是飽和狀態(tài)，在蒸發(fā)器出口有5℃的過熱度，在冷凝器出口有5℃的過冷度；

f.被冷卻空間與蒸發(fā)器之間的溫差假定為5℃.

依據(jù)以上假設(shè)條件對ORC-VCR系統(tǒng)的各個過程進(jìn)行耦合計算.

a.ORC系統(tǒng).

加壓泵耗功

式中，Wp，IS為理想等熵過程中的泵耗功；ηp為泵的等熵效率；qm，ORC為有機(jī)朗肯循環(huán)的工質(zhì)質(zhì)量流量.

在發(fā)生器中，工質(zhì)等壓吸熱形成飽和蒸汽，吸熱量膨脹機(jī)對外輸出功

式中，Wt，IS為膨脹機(jī)理想等熵過程中的輸出功；ηt為膨脹機(jī)的等熵效率.

在凝汽器中，工質(zhì)乏汽定壓冷凝為飽和液體，放熱量

循環(huán)凈功

ORC中主要的火用損失有:地?zé)崃飨虬l(fā)生器中工質(zhì)傳熱過程的火用損IORC，b、膨脹機(jī)摩擦損耗引起的火用損IORC，t和熱量被排放于環(huán)境引起的火用損IORC，c，加壓泵的等熵效率較高，火用損較小，故不予考慮.

式中，ΔTORC，b是發(fā)生器中的傳熱溫差，設(shè)為5℃；T0為環(huán)境溫度.

式中，ΔTORC，c是凝汽器中的傳熱溫差，設(shè)為5℃.

ORC總火用損失

ORC的火用效率

式中，Tg為地?zé)崃鳒囟?

ORC的熱效率

b.VCR系統(tǒng).

壓縮機(jī)耗功

式中，Wcom，IS為理想等熵過程中壓縮機(jī)耗功；ηcom為壓縮機(jī)的等熵效率；qm，VCR為VCR循環(huán)的工質(zhì)質(zhì)量流量.

VCR系統(tǒng)的制冷量

為了簡化系統(tǒng)分析的過程，將制冷系統(tǒng)視為孤立系統(tǒng).由Gouy-Stodla公式[11]可知，孤立系統(tǒng)的火用損與其熵增有如下數(shù)量關(guān)系:

壓縮過程火用損失

冷凝過程火用損失

式中，QVCR，con為冷凝器中工質(zhì)放熱量.

節(jié)流過程火用損失蒸發(fā)器中火用損失

式中，ΔTVCR，e是被冷卻空間與蒸發(fā)器間的溫差，設(shè)定為5℃；QVCR，e為蒸發(fā)器制冷量.

制冷系統(tǒng)總的火用損失

VCR的火用效率

式中，Eex，eva為系統(tǒng)的冷量火用，即效益火用.

式中，Qeva為蒸發(fā)器中制冷量；ΔTVCR，eva為蒸發(fā)器內(nèi)的傳熱溫差.

制冷系統(tǒng)的COP

朗肯循環(huán)輸出功為單級壓縮制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)提供動力，假定傳動過程中能量傳化率ηORC-VCR為95%，即朗肯系統(tǒng)和單級壓縮制冷系統(tǒng)之間有如下聯(lián)系:

朗肯循環(huán)-單級壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)參數(shù):

系統(tǒng)性能系數(shù)系統(tǒng)火用效率

3 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

基于上述所建模型，運用EES(engineering equation solver)計算工具，可模擬研究地?zé)崃鳒囟?、凝汽溫度、蒸發(fā)溫度等多個參數(shù)對中溫地?zé)狎?qū)動ORCVCR系統(tǒng)熱力性能的影響.假設(shè)地?zé)崃髋c發(fā)生器的傳熱溫差為5℃，因此，地?zé)崃鳒囟鹊淖兓瘜嶋H表現(xiàn)為ORC中發(fā)生溫度的變化.為了對比選取不同工質(zhì)在系統(tǒng)中的性能，當(dāng)研究上述4個參數(shù)中的單一參數(shù)時，其余參數(shù)取恒定的典型值，表2中列舉了循環(huán)工況參數(shù)(變量參數(shù))的取值范圍和典型值.

表2 循環(huán)工況參數(shù)的取值范圍和典型值Tab.2 Ranges and typical value of wor king parameters℃

4 模擬結(jié)果與分析

4.1 發(fā)生溫度對系統(tǒng)性能的影響

圖2顯示了4種初選有機(jī)工質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì)時，發(fā)生溫度T1的變化對COPs和ηORC產(chǎn)生的影響.由圖2(a)可以看出，隨著發(fā)生溫度的升高，ORCVCR的COPs呈近似線性趨勢增長.以R141b為例，當(dāng)發(fā)生溫度為130℃時，系統(tǒng)COPs為0.85；而當(dāng)發(fā)生溫度增加到140℃時，系統(tǒng)的COPs增加到0.90.在這4種工質(zhì)中，同一發(fā)生溫度下對應(yīng)COPs的大小依次是R141b，R123，R245fa，R114.R141b對應(yīng)的COPs最大，且隨著發(fā)生溫度的升高，R141b對應(yīng)的COPs增長最為明顯.將本計算模型的工質(zhì)和運行參數(shù)設(shè)定與文獻(xiàn)[7]相同，本模型計算出的系統(tǒng)COPs為0.39，文獻(xiàn)[7]的計算結(jié)果為0.38，兩者計算結(jié)果吻合性很好.

圖2 發(fā)生溫度對系統(tǒng)性能的影響Fig.2 Effects of generating temperature on system performance

由圖2(b)可知，發(fā)生溫度升高時，4種工質(zhì)的ηex，s幾乎均呈現(xiàn)出先輕微上升再下降的趨勢，因此，存在使得火用效率最高的最佳發(fā)生溫度，且不同工質(zhì)對應(yīng)的最佳發(fā)生溫度不同.在相同發(fā)生溫度下，系統(tǒng)ηex，s從高到底依次為R141b，R123，R245fa，R114.當(dāng)發(fā)生溫度為130℃時，R141b的ηex，s為23.8%，比R123，R245fa，R114的值分別高出1.0%，2.7%，4.2%.綜合比較COPs和ηex，s，R141b是最佳工質(zhì).

4.2 凝汽溫度對系統(tǒng)性能的影響

圖3為發(fā)生溫度不變時，有機(jī)朗肯循環(huán)的凝汽溫度對系統(tǒng)性能的影響.圖3(a)是凝汽溫度從30℃變化到50℃時，系統(tǒng)COPs的變化.從圖中可以看出，隨著凝汽溫度的升高，不同循環(huán)工質(zhì)的ORCVCR系統(tǒng)COPs均呈線性減小趨勢，不同凝汽溫度下，系統(tǒng)性能系數(shù)從高到低依次是R141b，R123，R245fa，R114.根據(jù)式(2)和式(5)，凝汽溫度升高時，ORC的循環(huán)凈功減少，發(fā)生器里吸熱量不變，因而造成ηex，s減小，根據(jù)式(23)，ORC-VCR系統(tǒng)COPs減小.

圖3(b)為凝汽溫度從30℃變化到50℃時，系統(tǒng)ηex，s的變化.從圖中可以看出，隨著凝汽溫度的上升，各工質(zhì)對應(yīng)的系統(tǒng)ηex，s均呈緩慢下降趨勢，但下降幅度并不明顯.同等凝汽溫度下不同工質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì)時，系統(tǒng)的ηex，s由大到小依次為R141b，R123，R245fa，R114.以R141b為例，凝汽溫度為30℃的時候，R141b對應(yīng)的ηex，s為24.1%，比R123，R245fa，R114的值分別高出1.0%，2.5%，4.0%.從凝汽溫度的角度綜合比較COPs和ηex，s，可以看出R141b也是最佳工質(zhì).

圖3 凝汽溫度對系統(tǒng)性能的影響Fig.3 Effects of condensing temperature on system performance

4.3 蒸發(fā)溫度對系統(tǒng)性能的影響

圖4(見下頁)是不同工質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì)時系統(tǒng)的COPs和ηex，s隨蒸發(fā)溫度的變化.從圖4(a)可以看出，隨著蒸發(fā)溫度的升高，4種工質(zhì)對應(yīng)的COPs有較為明顯的增大，增大的趨勢基本一致，以R141b為例，蒸發(fā)溫度從0℃上升到5℃的過程中，系統(tǒng)COPs增大了0.15.R141b對應(yīng)的COPs最大，其次是R123和R245fa，R114對應(yīng)的COPs最小.COPs的增大是由于蒸發(fā)溫度的升高，導(dǎo)致VCR單位質(zhì)量循環(huán)工質(zhì)的制冷量增大，引起VCR循環(huán)的COP增大，所以，整個ORC-VCR系統(tǒng)的COPs增大.

圖4 蒸發(fā)溫度對系統(tǒng)性能的影響Fig.4 Effects of evaporation temperature on system performance

從圖4(b)可以看出，隨著蒸發(fā)溫度的上升，4種工質(zhì)對應(yīng)的系統(tǒng)ηex，s相對減小，且減小趨勢相近，幾乎平行.以R141b為例，蒸發(fā)溫度從0℃上升到5℃時，ηex，s從24.1%降低到21.0%，降低了3.1%.結(jié)合式(19)和式(20)分析可知，隨著蒸發(fā)溫度的升高，制冷量Qeva增大，而T0/(T7+ΔTVCR，eva)減小，壓縮機(jī)耗功Wcom減小，從而會使ηex，VCR在某一蒸發(fā)溫度處存在極大值.由于蒸發(fā)溫度不會影響ORC的火用效率，根據(jù)式(24)，ηex，s存在極大值，本文的計算結(jié)果落在了ηex，s的下降段.對比數(shù)據(jù)還可以發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)溫度對系統(tǒng)火用效率的影響大于朗肯循環(huán)凝汽溫度對系統(tǒng)火用效率的影響.4種工質(zhì)相比較，R141b對應(yīng)的ηex，s最高，R123和R245fa居中，R114對應(yīng)的ηex，s最小.不同蒸發(fā)溫度下，綜合考慮系統(tǒng)COPs和ηex，s，同樣可以看出R141b性能最佳.

R141b的火用效率最高，可能是由于R141b的飽和蒸汽線斜率(即d T/d s)最小，同等的乏汽壓力下，乏汽過熱度也最小，與冷卻水的溫差小.計算結(jié)果也證實，乏汽過熱度最大的工質(zhì)，火用效率最低.同樣，乏汽過熱度最小的R141b，火用效率最高.

5 系統(tǒng)火用損失分析

選定最佳的循環(huán)工質(zhì)之后，為了給以后系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供參考，除研究整個系統(tǒng)的性能參數(shù)，如COPs和ηex，s之外，還需要對系統(tǒng)中不同部分的火用損進(jìn)行分析，找出系統(tǒng)火用損的主要來源，優(yōu)化設(shè)計工作將會更有目標(biāo)性和針對性，從而有效地提高系統(tǒng)性能[12-16].

本文選取已篩選出的R141b作為循環(huán)工質(zhì)，通過工程計算軟件ESS計算了在表2中的典型工況下，有機(jī)朗肯-單級壓縮制冷系統(tǒng)中不同部件處的火用損占系統(tǒng)總火用損的比例，計算結(jié)果如圖5所示.

由圖5可以看出，冷凝器部分火用損占系統(tǒng)總火用損的比例最大，達(dá)到27.8%；其次是發(fā)生器，占比25.1%；膨脹機(jī)、壓縮機(jī)、凝汽器、蒸發(fā)器和節(jié)流閥分別占比14.7%，11.4%，8.5%，7.4%，5.2%.冷凝器和發(fā)生器兩者火用損占比達(dá)到了52.9%，是系統(tǒng)火用損集中的部位，針對這兩個部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計將大大提高系統(tǒng)性能.

圖5 ORC-VCR系統(tǒng)典型工況下各部件火用損占比Fig.5 Distribution of exergy loss of ORC-VCR system

蒸發(fā)器、冷凝器和發(fā)生器處的火用損主要由傳熱溫差引起，尤其是在低溫?fù)Q熱器中，極小的溫差也會導(dǎo)致較大的火用損.從設(shè)備的角度分析，可以采用換熱效率更高的換熱器；從系統(tǒng)工作流程角度分析，可以考慮在ORC的發(fā)生器前先使用太陽能集熱裝置進(jìn)行預(yù)熱，再使用地?zé)崃鞫渭訜岬姆绞揭詼p少發(fā)生器內(nèi)的溫差，還可以直接使用膨脹機(jī)出口的乏汽來對發(fā)生器前的工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱，放熱后的乏汽與凝汽器內(nèi)的冷卻水溫差減小，降低火用損的效果更為顯著.文獻(xiàn)[17]證實，在ORC的凝汽器入口前加裝回?zé)崞髂苡行岣呦到y(tǒng)火用效率.文獻(xiàn)[18]提出余熱分級回收和階梯利用的方法，也是一個有前景的研究方向.

采用非共沸混合工質(zhì)、增大換熱面積或增大與制冷劑換熱的冷卻水(或載冷劑)流量，都可以減小換熱溫差，起到降低火用損的明顯效果.此外，從整個系統(tǒng)的角度分析，應(yīng)該通過減少各個熱力過程的溫差和摩擦損耗來減少火用損.

6 結(jié) 論

a.建立了有機(jī)朗肯-單級壓縮制冷系統(tǒng)的熱力學(xué)模型，研究了地?zé)崃鳒囟?發(fā)生溫度)、凝汽溫度和蒸發(fā)溫度對系統(tǒng)性能的影響.研究發(fā)現(xiàn)，在本文研究條件下，發(fā)生溫度升高，COPs升高，系統(tǒng)ηex，s先緩慢升高再降低；凝汽溫度越高，系統(tǒng)COPs和ηex，s越低；蒸發(fā)溫度越高，系統(tǒng)COPs越高，ηex，s越低.

b.計算結(jié)果表明，在本文研究條件下，4種工質(zhì)對應(yīng)的綜合性能優(yōu)劣次序為R141b，R123，R245fa，R114.無論從系統(tǒng)性能還是火用效率角度，R141b都是表現(xiàn)最佳的工質(zhì).R141b的火用效率最高，可能是由于R141b的飽和蒸汽線斜率(即d T/d s)最小，同等的乏汽壓力下，乏汽過熱度也最小，與冷卻水的溫差小.

c.計算以R141b為工質(zhì)的系統(tǒng)火用損的分布情況，發(fā)現(xiàn)冷凝器處火用損占比最大，其次是發(fā)生器，針對兩者的優(yōu)化設(shè)計將能大幅度提高系統(tǒng)性能.

[1] 龐忠和，胡圣標(biāo)，汪集旸.中國地?zé)崮馨l(fā)展路線圖[J].科技導(dǎo)報，2012，30(32):18-24.

[2] 馬立新，田舍.我國地?zé)崮荛_發(fā)利用現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國國土資源經(jīng)濟(jì)，2006，19(9):19-21.

[3] Axelsson G.Sustainable geothermal utilization—case histories，definitions，research issues and modeling[J]. Geothermics，2010，39(4):283-291.

[4] Franco A.Power production from a moderate temperature geothermal resource with regenerative Organic Rankine Cycles[J].Energy for Sustainable Development，2011，15 (4):411-419.

[5] 王志奇，周乃君，夏小霞.有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化[J].化工學(xué)報，2013，64(5):1710-1716.

[6] 喬衛(wèi)來，陳九法，薛琴，等.太陽能驅(qū)動有機(jī)朗肯循環(huán)的工質(zhì)比較[J].能源研究與利用，2010(2):31-36.

[7] 胡冰，馬偉斌，基于有機(jī)朗肯循環(huán)的低溫地?zé)嶂评湎到y(tǒng)熱力學(xué)分析[J].新能源進(jìn)展，2014，2(2):122-128.

[8] 卜憲標(biāo)，李華山，王令寶.船舶余熱驅(qū)動的有機(jī)朗肯-蒸汽壓縮空調(diào)性能分析與工質(zhì)選擇[J].大連海事大學(xué)學(xué)報，2013，39(4):99-103.

[9] 汪集旸，劉時彬，朱周.21世紀(jì)中國地?zé)崮馨l(fā)展戰(zhàn)略[J].中國電力，2000(9):85-90.

[10] Heberle F，Bruggemann D.Exergy based fluid selection for a geothermal Organic Rankine Cycle for combined heat and power generation[J].Applied Thermal Engineering，2010，30(11/12):1326-1332.

[11] 沈維道，童鈞耕.工程熱力學(xué)[M].北京:高等教育出版社，2007.

[12] 白惠峰，田琦，王增長.太陽能噴射與壓縮復(fù)合制冷系統(tǒng)的火用分析[J].中北大學(xué)學(xué)報，2008，29(6):558-562.

[13] 賴艷華，王慶為，呂明新，等.R404A/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的火用分析[J].山東大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2011，41 (6):115-121.

[14] 王慶為.R404A/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的理論分析與優(yōu)化[D].濟(jì)南:山東大學(xué)，2012.

[15] 馬榮生，劉光遠(yuǎn)，孫志高.兩級壓縮制冷循環(huán)熱力學(xué)分析[J].制冷技術(shù)，2000(1):39-40.

[16] 張明智，劉輝.有機(jī)朗肯循環(huán)的火用傳遞分析[J].電力科學(xué)與工程，2013(2):68-71.

[17] 馬新靈，孟祥睿，魏新利，等.有機(jī)朗肯循環(huán)的熱力學(xué)分析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2011，32(4): 94-98.

[18] 畢德貴，張忠孝，蔡海軍，等.燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的火用分析[J].上海理工大學(xué)學(xué)報，2012，34(5):494-498.

(編輯:石 瑛)

Thermodynamic Analysis of Organic Rankine-Single-Stage Vapor Compression Ref rigeration System Powered by Medium-Temperature Geothermal Energy

WU Weidong， CHEN Xiaojiao， YU Wenyuan
(School of Energy and Power Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China)

A thermodynamic model of organic Rankine-single-stage vapor compression refrigeration system was built.From the point of view of the first and second laws of thermodynamics，the effects of generating temperature，condensing temperature and evaporation temperature on system performance were studied when using R245fa，R123，R114 and R141b as working fluids respectively，taking the system coefficient of performance and exergy efficiency as evaluation criteria.The calculated results show that R141b is the optimal working fluid.Then the distribution of exergy loss was investigated under typical working conditions with R141b as working fluid.It is concluded that the condenser of vapor compression refrigeration system and the boiler of organic Rankine cycle are the key components to improve the exergy efficiency of the whole system.

geothermal energy；Rankine cycle；vapor compression refrigeration cycle；thermodynamic analysis

TK 513.15

A

1007-6735(2015)02-0103-07

10.13255/j.cnki.ju sst.2015.02.001

2015-01-26

上海市自然科學(xué)基金資助項目(14ZR1429000)；上海市人才發(fā)展資金資助項目(2010008)第一作者:武衛(wèi)東(1973-)，男，副教授.研究方向:制冷新技術(shù).E-mail:usstwwd@163.com