空壓機(jī)熱能回收利用率超過99.9%！是科學(xué)？還是謬論？

空壓機(jī)熱能熱水機(jī)的熱效率之高，理論上一直困擾著不少人。通常一臺(tái)100kW的空壓機(jī)計(jì)算，利用的熱能不可大于100kW，這是常識(shí)，因?yàn)檩敵龉β什荒艽笥谳斎牍β?，否則就會(huì)因破壞了宇宙間能量守恒定律而變得荒謬。可是，人們不能理解為何熱能機(jī)的熱利用率可以高到接近甚至超過空壓機(jī)的軸輸入功率。這樣是不是破壞了能量守恒定律了呢？結(jié)論當(dāng)然是否定的。

阿特拉斯螺桿壓縮機(jī)由于本身的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工作原理決定，它的絕熱效率在0.65-0.85之間。對(duì)于空氣壓縮機(jī)，供油溫度一般在50-60℃。制冷和工藝壓縮機(jī)的絕熱功率與空氣壓縮機(jī)相比負(fù)荷更大，吸氣和排氣壓力變化范圍更大。高的排氣溫度?會(huì)導(dǎo)致更多的潤滑油處于氣相，增加油氣分離的難度，降低潤滑油的使用壽命。除了機(jī)械摩擦導(dǎo)致的熱能損失外，主要是因?yàn)閴嚎s氣體時(shí)熱能轉(zhuǎn)換的熱能損失，壓縮機(jī)的絕熱效率僅有60-80%。也就是說輸入功率的65%-85%用于做有用功，其余的一部分因摩擦產(chǎn)生了熱能。而實(shí)際運(yùn)行中，由于存在熱能散失，可以用的熱能一定會(huì)低于65%-85%。這樣一來，可利用的熱能應(yīng)該就更少了，那么，為何熱能熱水機(jī)的熱能利用為何能達(dá)到空壓機(jī)輸入功率的85-99.9%，甚至更多呢？?

我們知道熱力學(xué)第一定律，也就是能量守恒定律是建立在一個(gè)對(duì)外沒有能量交換的系統(tǒng)中。因此，我們分析空壓機(jī)的熱能利用時(shí)，需要用到這一基本的方法。按照能量守恒定律，系統(tǒng)的輸入功率應(yīng)該等于系統(tǒng)的輸出功率。?

空壓機(jī)的輸入功率為空壓機(jī)的電功率，輸出后將轉(zhuǎn)變?yōu)榭諌簷C(jī)的空氣勢(shì)能，熱能等。而當(dāng)我們將空壓機(jī)不僅作為壓縮氣體的設(shè)備來分析的時(shí)候，空壓機(jī)系統(tǒng)的輸入能量就不僅僅是空壓機(jī)的如入電功率了，還應(yīng)該加上輸入空氣所攜帶的熱能。有了這一點(diǎn)，我們就不難理解系統(tǒng)的能量變化了。?

我們知道空壓機(jī)輸出的熱能來源于兩塊，一是空氣被壓縮的勢(shì)能轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的熱能，這個(gè)知道熱力學(xué)第一定律的人比較容易理解。二是循環(huán)油被剪切所產(chǎn)生的熱能，三是機(jī)械摩擦所產(chǎn)生的熱能。后兩者都屬于摩擦熱能范疇，而其中因化學(xué)變化產(chǎn)生的熱能可以忽略不計(jì)。第四就是空氣中的熱能，空壓機(jī)通過搬運(yùn)動(dòng)作將空氣搬入腔體內(nèi)，通過熱能機(jī)的熱交換傳遞給水，從而得到大量的熱能。對(duì)于前三者比較容易被理解，而對(duì)于空氣中的熱能就有點(diǎn)難以理解了，甚至困擾了許多設(shè)計(jì)此類設(shè)備的技術(shù)人員。?

讓我們用熱力學(xué)第一定律(能量守恒定律)來解釋這一現(xiàn)象。按照ΔU?=?Q+?W，我們理解熱力學(xué)第一定律為，熱能可以從一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體，也可以不機(jī)械能戒其他能量相互轉(zhuǎn)換，在傳遞和轉(zhuǎn)換過程中，能量的總值丌變。空壓機(jī)運(yùn)行過程中輸入功率W，系統(tǒng)內(nèi)能和輸入空氣的能量總和為Q。前者用于做功，后者在系統(tǒng)運(yùn)行過程中只能熱能的方式交換。因此一般情況下，我們所說的空壓機(jī)的絕熱功率是指W在絕熱情況下的功率轉(zhuǎn)換的效率。

在英格索蘭空壓機(jī)熱能熱水利用過程中，由于空氣帶入系統(tǒng)，帶入了大量的空氣熱能，使得系統(tǒng)地內(nèi)能增加，該部分熱能再空壓機(jī)的運(yùn)行中是無益處，需要用風(fēng)機(jī)戒冷卻水將該部分熱能帶走。?

熱能熱水機(jī)的效能可以接近甚至超過輸入功率，并沒有打破能量守恒的原則，相反它很好的說明了能量是守恒的，原因就在于熱能的產(chǎn)生除了電機(jī)的輸入做功的作用外，還由于空氣中的熱能搬運(yùn)到系統(tǒng)中，為熱能機(jī)提供了熱的來源，而這些熱能恰恰被熱能機(jī)所利用。這就是我們看到空壓機(jī)熱能利用中所出現(xiàn)的能源利用量接近甚至大于空壓機(jī)輸入電功率的原因。通過以上理論分析，這個(gè)困擾許多人的問題就迎刃而解了。?

根據(jù)以上理論分析，我們就可以理解空氣中蘊(yùn)含的熱能可以被熱能熱水機(jī)利用。那么空氣中的熱能是如何被利用，又有多少可以利用呢？?

通常，當(dāng)氣溫高于水溫（這里指系統(tǒng)的輸水水溫）時(shí)，空氣中的熱能就可以被利用。我們知道水的比熱容是大的物質(zhì)，其吸收熱的能力非常強(qiáng)，而空氣的比熱容較小。因此，需要大量的空氣熱能才能給空壓機(jī)熱能熱水機(jī)所利用，所幸的是，空壓機(jī)正是大量壓縮空氣的設(shè)備，它把大量的空氣壓縮到相對(duì)較小的空間，使得單位體積的空氣增加，有利于空氣熱能的利用（當(dāng)然，這些熱能對(duì)壓縮機(jī)本身是無益的）。而空壓機(jī)熱能熱水設(shè)備恰好友好的化解了這一矛盾。?

螺桿壓縮機(jī)被電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，高速旋轉(zhuǎn)，大量的空氣被壓縮迚空壓機(jī)中。電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將電能變成機(jī)械能。機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中一部分用于壓縮空氣，一部份被結(jié)構(gòu)和維持運(yùn)轉(zhuǎn)所所消耗。前者是有用部分，后者是損耗部分。根據(jù)熱力學(xué)定律，當(dāng)空氣的勢(shì)能怎加后，氣溫度同樣增加，以維持系統(tǒng)內(nèi)能丌變。根據(jù)熱力學(xué)第零定律，我們知道氣體狀態(tài)方程可以表述為：lnV＋lnP?＝?lnT?＋I(xiàn)或者描述為：PV＝nRT。絕熱情況下，一般螺桿空壓機(jī)的效率只有6.5-8.5成。也就是說氣體用于壓縮氣體的輸入功率的6.5-8.5成一方面用于提高空氣的壓力，一方面提高了氣體的溫度。而試驗(yàn)表明被壓縮的油氣混和氣體中，由于液相的循環(huán)油的比熱容大于空氣，熱能的70%存在有油中。其余部分存于氣空氣中。因此輸入功率的一半變成了熱能存于循環(huán)油中，并被冷卻風(fēng)扇排掉。我們僅僅分析油的熱能的利用作為我們分析的對(duì)象。

不難看出100kW的空壓機(jī)有50kW左右的輸入功率變成可利用的熱能。其余來源于空氣的熱能有多少呢？?

壓縮空氣被吸入壓縮機(jī)前的溫度高于水的溫度，于是，空氣熱能通過空壓機(jī)的聚集作用被熱能機(jī)的熱交換置換到水中。這個(gè)原理和時(shí)下流行的空氣源熱泵的工作原理有著異曲同工之妙?？上驳氖?，空壓機(jī)在產(chǎn)生高壓氣體作為生產(chǎn)動(dòng)力的同時(shí)，利用了運(yùn)行過程中的廢熱，其熱效能可以達(dá)到1，這就不能不感嘆它的節(jié)能效果了。?

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