中溫地?zé)崮茯?qū)動(dòng)的跨臨界有機(jī)朗肯-蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的性能分析*

曹園樹(shù)，胡 冰，梁立鵬，卜憲標(biāo)，馬偉斌

（1. 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，中國(guó)科學(xué)院可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

中溫地?zé)崮茯?qū)動(dòng)的跨臨界有機(jī)朗肯-蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的性能分析*

曹園樹(shù)1,2，胡 冰1,2，梁立鵬1,2，卜憲標(biāo)1?，馬偉斌1

（1. 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，中國(guó)科學(xué)院可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

跨臨界有機(jī)朗肯-蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)可以使工質(zhì)與地?zé)崃黧w更好地匹配，減小系統(tǒng)的不可逆性。本文建立該系統(tǒng)的熱力學(xué)模型，利用EES軟件編程，分別對(duì)以R143a、R218及R125為工質(zhì)的系統(tǒng)進(jìn)行性能分析。計(jì)算結(jié)果表明，相比R218及R125，以R143a為工質(zhì)的系統(tǒng)的性能是最佳的。為了避免膨脹機(jī)內(nèi)產(chǎn)生濕蒸氣，對(duì)于一定的膨脹機(jī)進(jìn)口溫度，膨脹機(jī)入口存在一個(gè)極限壓力，并且存在一個(gè)最優(yōu)壓力使得系統(tǒng)的性能最佳。地?zé)崃黧w溫度的升高可以提高系統(tǒng)的制冷能力，但系統(tǒng)的性能系數(shù)則隨之先增大后減小；隨著地?zé)崃黧w干度的增加，地?zé)崃黧w釋放的潛熱會(huì)大大增加系統(tǒng)的制冷量，而系統(tǒng)的性能系數(shù)保持不變。冷凝溫度及蒸發(fā)溫度對(duì)系統(tǒng)性能有著重要影響，其中冷凝溫度的影響更為明顯。以R143a為工質(zhì)的跨臨界有機(jī)朗肯-蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的最佳性能優(yōu)于以R245fa為工質(zhì)的亞臨界有機(jī)朗肯-蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的最佳性能。

中溫地?zé)崮?；跨臨界；有機(jī)朗肯-蒸汽壓縮；性能分析

0 引 言

地?zé)崮苁且环N蘊(yùn)含在地下的可再生資源，按照溫度范圍劃分，可以分為高溫地?zé)幔═≥ 150℃）、中溫地?zé)幔?50℃ ＞T≥ 90℃）、低溫地?zé)幔═＜ 90℃）[1]。地?zé)豳Y源可以用來(lái)發(fā)電、供熱制冷、療養(yǎng)、洗浴等，有很大的利用潛力。其中，地?zé)岚l(fā)電是一種重要的利用方式[2,3]。有機(jī)朗肯循環(huán)（Organic Rankine Cycle, ORC）地?zé)岚l(fā)電是一種利用地?zé)崮芗訜岬头悬c(diǎn)有機(jī)工質(zhì)的朗肯循環(huán)發(fā)電方式，能夠有效地將中低溫地?zé)崮苻D(zhuǎn)換為高品位的電能[2-4]。針對(duì)有機(jī)朗肯地?zé)岚l(fā)電循環(huán)的研究，主要包括兩個(gè)方面：（1）工質(zhì)的選擇。Heberle[5]等指出非共沸工質(zhì)的溫度滑移可以有效提高系統(tǒng)效率，同時(shí)可以改變工質(zhì)組成以匹配各種不同溫度的地?zé)崮?；Yin等[6]研究了SF6-CO2在地?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)中的性能，并且分析了不同濃度的配比對(duì)換熱器面積的影響；許多研究者對(duì)R123、R245fa、R227ea、R236fa及CO2等工質(zhì)進(jìn)行過(guò)探討[7-12]。（2）循環(huán)的熱力學(xué)分析及優(yōu)化。針對(duì)亞臨界或者跨臨界有機(jī)朗肯地?zé)岚l(fā)電循環(huán)，分析發(fā)生溫度、冷凝溫度和熱源等對(duì)性能的影響，通過(guò)加回?zé)峒霸贌岬确绞教岣呦到y(tǒng)性能，尋找系統(tǒng)最佳的運(yùn)行參數(shù)，提出系統(tǒng)優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)[13-16]。

近幾年，有學(xué)者提出將 ORC與蒸氣壓縮制冷（Vapor Compression Refrigeration，VCR）聯(lián)合來(lái)制冷。熱驅(qū)動(dòng)的有機(jī)朗肯循環(huán)-蒸汽壓縮制冷（ORC-VCR）系統(tǒng)越來(lái)越受到關(guān)注。Aphornratana等[17]理論分析了低品位熱能驅(qū)動(dòng)的 ORC-VCR系統(tǒng)。Wang等[18,19]研究熱驅(qū)動(dòng)的ORC-VCR系統(tǒng)，并研制一臺(tái)制冷功率為5 kW的樣機(jī)。Demierre等[20]以R143a作為工質(zhì)研制出了一臺(tái)制熱功率為20 kW的ORC-VCR試驗(yàn)樣機(jī)。Bu等[21]分析了太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的ORC-VCR制冰機(jī)的性能。Li等[22]分析了以碳?xì)浠衔餅楣べ|(zhì)的ORC-VCR系統(tǒng)的性能。

針對(duì) ORC-VCR的研究都是將亞臨界有機(jī)朗肯循環(huán)與蒸氣壓縮制冷聯(lián)合，還沒(méi)有關(guān)于跨臨界有機(jī)朗肯-蒸氣壓縮制冷的文獻(xiàn)報(bào)道。跨臨界有機(jī)朗肯循環(huán)-蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)在發(fā)生器中的加熱是一個(gè)溫度升高的過(guò)程，不存在亞臨界循環(huán)的定溫相變過(guò)程，使工質(zhì)與熱源更好地匹配，可減小系統(tǒng)的不可逆性[23,24]。本文研究中溫地?zé)崮茯?qū)動(dòng)的跨臨界有機(jī)朗肯-蒸氣壓縮制冷的性能，主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）中溫地?zé)崃黧w的溫度及干度對(duì)系統(tǒng)性能的影響規(guī)律；

（2）比較工質(zhì)的性能，尋找最優(yōu)的工質(zhì)；

（3）膨脹機(jī)入口參數(shù)、冷凝溫度及蒸發(fā)溫度等循環(huán)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響規(guī)律。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工質(zhì)選擇

如圖1所示，首先利用中溫地?zé)崮芗訜岚l(fā)生器內(nèi)的有機(jī)工質(zhì)使其汽化，汽化后的工質(zhì)推動(dòng)膨脹機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)外輸出功。從膨脹機(jī)出來(lái)的工質(zhì)進(jìn)入冷凝器冷卻為液體，通過(guò)工質(zhì)泵加壓后，液體回到發(fā)生器，完成一個(gè)循環(huán)。壓縮機(jī)和膨脹機(jī)同軸，膨脹機(jī)直接帶動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將低壓氣體壓縮到高壓進(jìn)入冷凝器，在冷凝器內(nèi)冷卻為液體，液體經(jīng)過(guò)節(jié)流閥后進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸熱進(jìn)行制冷，蒸發(fā)后的氣體被壓縮機(jī)吸入，完成一個(gè)循環(huán)。圖2表示跨臨界ORC系統(tǒng)的T-s圖，圖3表示蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的T-s圖。其中，圖2與圖3的狀態(tài)點(diǎn)與圖1對(duì)應(yīng)。膨脹機(jī)采用徑向軸流式的透平膨脹機(jī)，該機(jī)能在變負(fù)荷工況下穩(wěn)定運(yùn)行。壓縮機(jī)采用離心式，與膨脹機(jī)同軸。為了加強(qiáng)換熱，所有的換熱器采用逆流式換熱器。為了提高系統(tǒng)的緊湊性，膨脹機(jī)側(cè)和壓縮機(jī)側(cè)采用同種工質(zhì)，共用一個(gè)冷凝器[22]。

圖1 地?zé)崮茯?qū)動(dòng)的有機(jī)朗肯-蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的流程圖Fig. 1 Flow chart of Organic Rankine-Vapor Compression refrigeration system powered by geothermal energy

圖2 有機(jī)朗肯循環(huán)T-s圖Fig. 2 Temparature-Entropy diagram for Organic Rankine Cycle

圖3 蒸氣壓縮制冷循環(huán)T-s圖Fig. 3 Temparature-Entropy diagram for Vapor Compression refrigeration cycle

我國(guó)有豐富的中溫地?zé)豳Y源，溫度范圍為90℃～150℃，取發(fā)生器端部溫差為5℃，則所選工質(zhì)的臨界溫度應(yīng)低于85℃。根據(jù)此原則，利用RefProp 9.0的工質(zhì)統(tǒng)計(jì)功能，選取R143a、R218及R125作為系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)。它們的物性如表1所示。

表1 工質(zhì)物性Table 1 Properties of working fluids

2 熱力學(xué)模型

基于如下假設(shè)建立系統(tǒng)的熱力學(xué)模型：

（1）忽略系統(tǒng)與環(huán)境之間的散熱損失；

（2）忽略系統(tǒng)管路的壓力損失；

（3）忽略動(dòng)力側(cè)和制冷側(cè)的水泵功耗；

（4）地?zé)崃黧w出口干度為0；

（5）膨脹機(jī)入口為超臨界狀態(tài)；

（6）跨臨界 ORC系統(tǒng)的凈功轉(zhuǎn)化為壓縮機(jī)輸入功。

地?zé)崃黧w：

跨臨界ORC系統(tǒng)：

VCR系統(tǒng)：

系統(tǒng)總體評(píng)價(jià)指標(biāo)：

以上符號(hào)的物理意義詳見(jiàn)符號(hào)表。本文利用EES軟件編制計(jì)算程序，研究地?zé)崃黧w溫度、地?zé)崃黧w干度、膨脹機(jī)入口參數(shù)、蒸發(fā)溫度和冷凝溫度等對(duì)系統(tǒng)性能的影響規(guī)律。

3 結(jié)果與討論

本文針對(duì)中溫地?zé)崮茯?qū)動(dòng)的跨臨界 ORC-VCR系統(tǒng)進(jìn)行研究，熱源的溫度變化范圍為 90℃～150℃。整個(gè)系統(tǒng)的典型參數(shù)取值及變化范圍如表2所示，以上取值均根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)得到[10,25]。系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有以下兩個(gè)：?jiǎn)挝毁|(zhì)量流量地?zé)崃黧w的制冷功率，Qc；跨臨界ORC-VCR系統(tǒng)的性能系數(shù)，COPs。

表2 循環(huán)參數(shù)的輸入值Table 2 Input values of cycle parameters

3.1 膨脹機(jī)入口參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響

通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，超臨界ORC循環(huán)中，在一定的膨脹機(jī)入口溫度T1下，存在一個(gè)極限膨脹機(jī)入口壓力plim，膨脹機(jī)入口壓力超過(guò)plim時(shí)，膨脹機(jī)中會(huì)產(chǎn)生濕蒸氣，對(duì)葉片造成很大的損傷，這是必須要避免的工況。定義N=plim/pcrit，三種工質(zhì)的N值隨T1的變化規(guī)律如表3所示。三種工質(zhì)中，R143a最容易在膨脹機(jī)中產(chǎn)生蒸氣，其次為R125。當(dāng)T1為85℃，R143a對(duì)應(yīng)的N值僅為1.12，R125對(duì)應(yīng)的N值為1.29。對(duì)于低溫地?zé)崴?，不適宜用 R143a作為跨臨界 ORC的工質(zhì)，因?yàn)榇藭r(shí)膨脹機(jī)出口極易產(chǎn)生濕蒸氣。對(duì)于R218，當(dāng)溫度為100℃時(shí)，N值為2.46，當(dāng)其溫度由115℃升高至125℃時(shí)，其N(xiāo)值由6.52升高至21.25，在膨脹機(jī)內(nèi)一般不會(huì)產(chǎn)生濕蒸氣，這是因?yàn)镽218是干工質(zhì)的緣故。由此可見(jiàn)，在超臨界循環(huán)中，濕工質(zhì)R143a和R125必須要注意防止過(guò)高膨脹機(jī)進(jìn)口壓力使得膨脹機(jī)內(nèi)產(chǎn)生蒸氣，而干工質(zhì)R218則一般不會(huì)出現(xiàn)該問(wèn)題。

表3 膨脹機(jī)入口極限壓力隨溫度的變化Table 3 Variation of valuePlimwithT1

由于三種工質(zhì)的臨界壓力不同，本文研究膨脹機(jī)入口壓力時(shí)使用它與臨界壓力的相對(duì)值。定義膨脹機(jī)入口壓力p1=(1+m)pcrit，m值表示工質(zhì)的壓力值偏離其臨界壓力的程度，m值越大表示工質(zhì)壓力偏離其臨界壓力越遠(yuǎn)，其中m值受表3中工質(zhì)的極限壓力的約束。如圖4所示，系統(tǒng)存在一個(gè)最佳的膨脹機(jī)入口壓力，即最佳的m值。利用EES軟件編制最優(yōu)化程序，可得到R143a、R218及R125的最佳m值分別為0.56、0.82及0.78，對(duì)應(yīng)的Qc分別為69.32 kW/kg、50.54 kW/kg及59.12 kW/kg。三種工質(zhì)中，在相同的m值下，R143a具有最大的Qc，相對(duì)于其它兩種工質(zhì)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是，R143a在膨脹機(jī)中容易產(chǎn)生濕蒸氣，在工程應(yīng)用中是一個(gè)需要注意的問(wèn)題。對(duì)于干工質(zhì)R218，雖然它的極限壓力可以偏離臨界壓力很遠(yuǎn)，從圖4中可以看出，當(dāng)工作壓力達(dá)到臨界壓力2倍以上時(shí)，隨著壓力的升高，Qc的值會(huì)急劇下降。三種工質(zhì)合適的膨脹機(jī)入口壓力范圍均在1.5～2倍臨界壓力內(nèi)。

圖4 m值對(duì)Qc的影響Fig. 4 Effect of value m onQc

3.2 地?zé)崃黧w的溫度及干度對(duì)系統(tǒng)性能的影響

依次取90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃及150℃等7個(gè)熱源溫度，ORC-VCR系統(tǒng)的Qc及COPs隨熱源溫度的變化規(guī)律如圖5所示。從圖5中可以看出，隨著熱源溫度的升高，三種工質(zhì)對(duì)應(yīng)的Qc呈線性增加，其中，R143a對(duì)應(yīng)的斜率最大，其次為 R125，斜率最小的為 R218。可以看出提高熱源溫度對(duì)以R143a為工質(zhì)的系統(tǒng)的效果最明顯；相同的熱源溫度下，R143a對(duì)應(yīng)的Qc及COPs是三者中最大的。同時(shí)，從圖 5可以看出，COPs隨著熱源溫度升高并沒(méi)有出現(xiàn)明顯增大，這是因?yàn)闊嵩礈囟鹊纳咴谔岣呦到y(tǒng)的制冷能力同時(shí)也增加了熱量的輸入。對(duì)于工質(zhì)R125及R218，熱源溫度分別為120℃及100℃時(shí)對(duì)應(yīng)的COPs最大；對(duì)于工質(zhì)R143a，隨著熱源溫度的升高，COPs緩慢增大，直到熱源溫度達(dá)到140℃才達(dá)到最大的COPs。

圖5 熱源溫度對(duì)Qc及COPs的影響Fig. 5 Effect of heat source temperature onQcandCOPs

地?zé)崃黧w中可能含有濕蒸氣，其所釋放出的潛熱對(duì)地?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)有著非常大的影響。從圖 6可以看出，地?zé)崃黧w中含有的濕蒸氣可以顯著提高ORC-VCR系統(tǒng)的Qc。然而，由于地?zé)崃黧w中的干度對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行溫度沒(méi)有影響，COPs保持不變。

圖6 地?zé)崃黧w干度對(duì)Qc及COPs的影響Fig. 6 Effect of geothermal fluid's quality onQcandCOPs

3.3 冷凝溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響

冷凝溫度對(duì)系統(tǒng)的性能有著非常重要的影響。圖7為冷凝溫度從35℃變化到45℃時(shí)，系統(tǒng)Qc及COPs的變化規(guī)律。三種工質(zhì)對(duì)應(yīng)的Qc及COPs隨著冷凝溫度的升高呈線性下降的趨勢(shì)，且變化斜率相近。以R143a為例，冷凝溫度增大1℃，對(duì)應(yīng)的Qc及COPs分別下降約4.86%和4.84%。可見(jiàn)，冷凝溫度對(duì)系統(tǒng)的性能有著非常大的影響。冷凝溫度一般受三個(gè)因素的影響：一是環(huán)境溫度；二是冷卻水的流量；三是冷凝器的換熱面積。當(dāng)周?chē)h(huán)境溫度，即冷卻水入口溫度不變時(shí)，冷卻水流量和冷凝器換熱面積越大，冷凝溫度越低，系統(tǒng)的性能越好。但是，冷卻水流量增加會(huì)增加冷卻水泵的功耗，同時(shí)，冷凝器面積增大會(huì)增加系統(tǒng)投資。因此，冷凝溫度的確定要綜合考慮系統(tǒng)性能、冷卻水泵功耗以及系統(tǒng)投資，做到綜合性能最佳。

圖7 冷凝溫度對(duì)Qc及COPs的影響Fig. 7 Effect of condensation temparature onQcandCOPs

3.4 蒸發(fā)溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響

圖8 蒸發(fā)溫度對(duì)Qc及COPs的影響Fig. 8 Effect of evaporation temparature onQcandCOPs

從圖8中可以看出，三種工質(zhì)對(duì)應(yīng)的Qc隨著蒸發(fā)溫度升高而增大，蒸發(fā)溫度升高 1℃，Qc增大約3.9%，該變化幅度小于冷凝溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響幅度，這是由于蒸發(fā)溫度僅影響VCR循環(huán)，而冷凝溫度對(duì)VCR循環(huán)和跨臨界ORC循環(huán)都有影響。雖然蒸發(fā)溫度對(duì)系統(tǒng)的影響沒(méi)有冷凝溫度大，但是其對(duì)系統(tǒng)的性能還是有比較大的影響。為了獲得更低的制冷溫度就需要以降低系統(tǒng)的Qc和COPs為代價(jià)。

3.5 跨臨界系統(tǒng)與亞臨界系統(tǒng)的最佳性能比較

以 120℃的地?zé)崴疄闊嵩矗瑏喤R界 ORC-VCR系統(tǒng)采用 R245fa為工質(zhì)，得到其最佳蒸發(fā)溫度為73.68℃，對(duì)應(yīng)的Qc為68.24 kW/kg，地?zé)崴幕毓鄿囟葹?3.91℃。為了有效地比較跨臨界ORC-VCR與亞臨界ORC-VCR系統(tǒng)，將跨臨界ORC-VCR系統(tǒng)中地?zé)崴幕毓鄿囟仍O(shè)定為73.91℃。對(duì)于跨臨界ORC-VCR系統(tǒng)，在相同的地?zé)崴M(jìn)口溫度和回灌溫度下，R143a、R218及R125分別在m值為0.56、0.77及 0.82達(dá)到最佳值，對(duì)應(yīng)的Qc分別為 71.03 kW/kg、60.571 kW/kg、50.71 kW/kg?？梢钥闯?，以R143a為工質(zhì)的跨臨界ORC-VCR系統(tǒng)的最佳Qc要大于以R245fa為工質(zhì)的亞臨界ORC-VCR系統(tǒng)的最佳Qc，然而以 R218及 R125為工質(zhì)的跨臨界ORC-VCR系統(tǒng)的最佳Qc則不及以R245fa為工質(zhì)的亞臨界ORC-VCR系統(tǒng)的最佳Qc。

4 結(jié) 論

跨臨界有機(jī)朗肯-蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)可以使工質(zhì)與地?zé)崃黧w更好地匹配。本文建立了該系統(tǒng)的熱力學(xué)模型，利用EES軟件編程，以單位質(zhì)量地?zé)崃黧w制冷功率和系統(tǒng)熱效率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別探討膨脹機(jī)入口參數(shù)、地?zé)崃黧w溫度、地?zé)崃黧w干度、蒸發(fā)溫度和冷凝溫度對(duì)分別以R143a、R218及R125為工質(zhì)的跨臨界ORC-VCR系統(tǒng)的性能影響，得到結(jié)論如下：

（1）在其它參數(shù)相同的情況下，工質(zhì) R143a對(duì)應(yīng)的Qc和COPs是最高的，其次為R218，再者為R125。

（2）為了避免膨脹機(jī)內(nèi)產(chǎn)生濕蒸氣，膨脹機(jī)入口壓力存在著一個(gè)極限壓力值plim，R143a極易產(chǎn)生濕蒸氣，其次為 R125，再者為 R218。整個(gè)系統(tǒng)必須在小于極限壓力的范圍內(nèi)運(yùn)行。膨機(jī)機(jī)入口在一定的溫度下，存在著一個(gè)最佳的壓力使得系統(tǒng)性能最佳，三種工質(zhì)對(duì)應(yīng)的最佳膨機(jī)機(jī)入口壓力都在1.5～2倍臨界壓力范圍內(nèi)。

（3）在 90℃～150℃的溫度范圍內(nèi)，隨著熱源溫度的升高，三種工質(zhì)對(duì)應(yīng)的Qc增加。但是，三種工質(zhì)對(duì)應(yīng)的COPs則先增大后減小，對(duì)于R143a、R128及R125三種工質(zhì)達(dá)到最大COPs的對(duì)應(yīng)溫度分別為140℃、120℃及 100℃；地?zé)崃黧w的干度越大，系統(tǒng)的Qc越大，但是COPs保持不變。

（4）冷凝溫度及蒸發(fā)溫度對(duì)系統(tǒng)性能有著重要影響，其中冷凝溫度的影響更明顯。冷凝溫度升高1℃，Qc下降 4.86%；蒸發(fā)溫度升高 1℃，Qc增大3.9%。

（5）以R143a為工質(zhì)的跨臨界ORC-VCR系統(tǒng)的最佳Qc要大于以 R245fa為工質(zhì)的亞臨界ORC-VCR系統(tǒng)的最佳Qc，然而以R218及R125為工質(zhì)的跨臨界 ORC-VCR系統(tǒng)的最佳Qc則不及以R245fa為工質(zhì)的亞臨界ORC-VCR系統(tǒng)的最佳Qc。

符號(hào)表

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Performance Analysis of Transcritical Organic Rankine-Vapor Compression Refrigiration System Powered by Medium-Grade Geothermal Energy

CAO Yuan-shu1,2, HU Bing1,2, LIANG Li-peng1,2, BU Xian-biao1, MA Wei-bin1
(1. CAS Key Laboratory of Renewable Energy, Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

The transcritical Organic Rankine-Vapor Compression refrigeration system can make working fluid well match geothermal fluid, benefit for reducing the irreversibility of the system. A thermodynamical model is set up to analyze the performance of the system selecting R143a, R218 and R125 as working fluid respectively. The calculation is conducted by the EES program. The results show that R143a is the most appropriate working fluid for the system compared with R218 and R125. To avoid wet vapor in the expander, the expander inlet has a limited pressure in a constant temperature. Moreover, there exists an optimum pressure for the system performance. A higher geothermal fluid temperature can improve the refrigerating capacity. However, the system performance coefficient may firstly increases and then decreases with geothermal fluid temperature increasing. As the geothermal fluid dryness increases, the higher system refrigerating capacity can be obtained, which results from the release of large amounts of latent heat, while, the system performance coefficient remains unchanged. The condensation and evaporation temperature have great effects on the system performance. Compared with evaporation temperature, condensation temperature has a more significant effect. The optimum performance of transcritical Organic Rankine-Vapor Compression refrigeration system using R143a as working fluid is better than that of subcritical Organic Rankine-Vapor Compression refrigeration system using R245fa as working fluid.

medium-grade geothermal energy; transcritical; Organic Rankine-Vapor Compression; performance analysis

TK529；TB66

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2014.03.006

2095-560X（2014）03-0204-07

曹園樹(shù)（1989-），男，碩士研究生，主要從事余熱利用技術(shù)研究。

2014-03-27

2014-04-15

國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863）項(xiàng)目（2012AA053003)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51106161）；廣東省中國(guó)科學(xué)院全面戰(zhàn)略合作項(xiàng)目（2012B091100263）；廣州市珠江科技新星專(zhuān)項(xiàng)(2014J2200079)

? 通信作者：卜憲標(biāo)，E-mail：buxb@ms.giec.ac.cn

卜憲標(biāo)（1979-），男，博士，副研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事余熱利用技術(shù)、中低溫地?zé)岚l(fā)電技術(shù)等方面的研究。