三种常用制冷方式比较
2.3 热电式循环
当两根金属棒或半导体相连接且接点两侧保持不同温度时,将会有五种现象同时发生:焦耳效应、傅立叶效应、贝塞克效应、珀耳帖效应和汤姆森效应 。所有这些都是不可逆现象。珀耳帖效应对空调系统的影响最大。在电路中,不同的导体和半导体之间包含了两个接点,热量通过一直流电源从一接点传递到另一接点。半导体(如
)比金属更易产生珀耳帖效应。热电制冷(珀耳帖装置)利用了半导体的珀耳帖效应。原理如图3所示。从冷空间吸收的热量通过N-型和P-型半导体热电偶元件传递到热侧热源接受器,然后排放到周围环境中。如果电流方向改变,通过半导体材料的热流方向也随之改变。冷空间就变成了热空间,也就是说,空调系统就变成制热状态。
在制冷状态下,制冷能力
,在热侧热源接受器中的分散热
,输入电功率
,
制冷系数 :
(5)
其中热容比:
,
制热系数:
(6)

典型的热电空调器(热泵)是半导体热电偶元件通过铜线连接,并用导热绝缘的陶瓷夹在线路中间组成,如图3所示。
热电系统的优值系数Z由式(7)计算:
(1/K) (7)
Z值能充分反映热电性能,它的值仅和热电材料的物理性质有关。性能系数Z越大,热电材料越好。利用上述方法,制热时最佳性能系数可由下式计算:
(8)
热电式空调系统有许多优点.比如,这种系统完全没有氟氯化碳所引起的污染,设备简易轻巧,使用方便,运行可靠,无噪音,启动迅速,较易控制。此外,它的工作温度范围很广(-40℃-70℃)且能直接由直流电或燃料电池驱动.它的主要缺点是制冷系数低,费用较高。
3、性能比较
从性能和成本的角度分析,蒸汽压缩式空调系统是最好的。然而,目前这种系统中使用较多的制冷剂对环境存在着或多或少的影响,不是对环境友好的制冷剂。从长远来看终将在未来的法律中将被禁止使用。吸收式制冷利用低品位热能,电能耗费少,但体积较大,设备价格昂贵。热电式系统设备简易,但制冷量小且价格昂贵。
4、经济价值分析
对任何比较来说,经济价值的比较都是重要的,并影响着最终选择。
任何设备都有有限的使用寿命,随着投入使用时间推移,技术的更新和商业的新动向,
设备在不断的退化。通常用两种方法来计算折旧率,即初投资法和渐缩值(DV)法。初投资法是指将贬值的总额平均分配到设备有效使用寿命的每一阶段。DV法是指将贬值的总额逐渐减少的分配到设备有效使用寿命的每一阶段。因此,在设备投入使用的早期需要扣除更多的数目,因为设备总是早期使用比晚期使用好。DV法更适合于空调系统的经济价值分析,每一年的贬值率按DV法计算的空调系统运n年后的价值由公式(9)计算:
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(9)
其中,n表示使用的年限,DV因数由空调系统的期望使用寿命决定。空调系统的期望使用寿命为10年,15年,20年时,相应的DV因数为15%,10%,7.5%。
5、结论
(1) 蒸汽压缩式空调、吸收式空调的制冷/制热能力远远大于热电式空调;
(2) 吸收式空调利用热能为动力的循环,耗电非常小,其耗电设备仅有几台小型泵和风机。热电式空调、蒸汽压缩式空调运行时需使用大量的电能;
(3) 蒸汽压缩式空调COP值最大,在2.6-3.5之间,而吸收式空调COP值在0.6-1.1之间,热电式空调CO P值在0.38-0.45之间;
(4) 这三种空调系统的室内噪音大小几乎一样(除了窗式蒸汽压缩式空调系统),因为室内的系统仅有风机会产生噪音,各种系统室外的噪音大小就各不相同了,蒸汽压缩式空调系统中压缩机和吸收式空调系统中的溶液泵会产生很大的噪音,热电式空调系统噪音较小,因为除了水冷式吸收式空调系统的散热设备水泵的噪音较大外,其它吸收式空调系统只有风机有噪音;
(5) 这三种空调系统有它们各自的优缺点。其中热电式空调系统广泛应用于制冷量较小的场合,它能够直接使用直流电源,燃料电池及汽车直流电源等。