湿空气热力过程的火用分析
湿空气热力过程的火用分析
李震 江亿 刘晓华 陈晓阳
摘要：第二定律分析或火用（exergy）分析的方法曾经在30多年前蓬勃的发展起来。在空调领域，有众多的学者提出了不同火用分析的观点，其主要分歧就在于环境参考状态的选择上。本文针对湿空气处理过程第二定律分析，综述了从70年代末期至今的关于湿空气第二定律分析的参考点选择问题的文献，介绍了应用在空调领域湿空气火用的参考点选择方法，并应用火用分析方法分析几个典型的空气处理过程，研究了湿空气火用的转化关系。
关键词：火用 参考点 间接蒸发冷却
0 引言
（exergy）分析是研究能量转化的重要方法，已在能源领域得到广泛的应用。在空调领域，由于在处理湿空气的时候既存在热量的传递又存在物质的传递（湿度的变化），使得湿空气的分析复杂程度增加。在能源、化工、材料等领域的分析方法已经发展得比较完善，很多可以借鉴到湿空气处理过程中。但是，针对空调的具体应用条件，侧重点有所不同。分析的关键问题是参考点的选择，下面简要介绍一下历史上对零参考点的论述。
从60年代末至今，关于参考状态选择的争论从来没有停止过。所谓参考状态是人为定义的一个环境状态，它实质是一个在一定压力下的无穷大的热源和无穷大的物质源。参考状态不是随意选定的，对于参考状态的选择原则，Brodjanskij指出作为参考状态的环境介质模型应该具备3个条件：一、与系统作用时保持不变；二、环境介质应该在热力学平衡的范围内；三、接近实际运行的条件或不能相差太远。至今已经提出了许多环境模型来确定参考状态，如Ahrendts的环境模型、Szargut的环境模型以及Kameyama和Yoshida环境模型以及郑丹星等提出的环境模型等。这些模型并不是专门针对湿空气，而是涵盖了能源、化工、材料等等诸多领域的第二定律分析的参考点，其中包涵了自然界中所有存在的物质，涉及到每种化学元素复杂形态。
专门针对湿空气分析的理论最早是由Szargut（1969）和Wepfer et al.（1979）提出的，后来陆续有国内外学者如朱明善（1985），Moran（1989），Bejan（1996，1997）等对该理论进行过阐述。继之，有学者应用热力学第二定律的思想来思考湿空气的热力学过程，Jung Yang San(1985)，Cammarata(1997)，Fratzscher(1997),任承钦等应用该理论分析实际的湿空气处理过程，湿空气分析问题的焦点是环境参考点的选择，不同参考点令分析结果大相径庭。
已经有大量的文献对环境状态的选择的文献做过综述，由于篇幅限制本文只对涉及到湿空气分析参考点的选择进行归纳。总结所有的环境模型，大致可以将它们分为以下三类：
1） 取环境大气参数作为分析参考点；
2） 取环境大气平均气象参数作为分析的参考点；
3） 取环境温度下的饱和空气状态为分析的参考点。
其中第一种取法目前最为广泛的被采用。Wepfer et al.（1979）选择ARI的标准室外工况作为湿空气的零状态，推导了湿空气的的表达式，并分析了基本的几个湿空气处理过程。Jung Yang San (1985)利用该参考点分析的转轮除湿冷却系统的耗散。在Moran (1989)及Bejan et al.（1996，1997）的著作中，对湿空气的分析的理论进行的综述，介绍及分析该理论时采用的参考点为ARI的标准室外工况。Cammarata et al. (1997)采用了与Moran同样的方法，对全空气系统进行了经济分析及优化。以上的分析的共同特点都是选取的ARI的标准室外状态为参考点的。
第二种参考点的取法实质上跟第一种取法没有本质区别，只是考虑了室外状态的波动，取某一时段平均气象参数为分析的参考点。开创这种参考状态选取办法的是东欧的J.