熱力循環(huán)分析與前沿進展

河北工程大學研究生課程論文報告河北工程大學研究生課程論文報告 共 1 頁 第 1 頁 課程名稱 課程名稱 熱力循環(huán)分析與前沿進展熱力循環(huán)分析與前沿進展 課程編號 課程編號 S031D07 課程類型 課程類型 非學位課非學位課 考核方式 考核方式 考查考查 學科專業(yè) 學科專業(yè) 供熱供燃氣通風與空調工程供熱供燃氣通風與空調工程 年年 級 級 08 級級 姓姓 名 名 石鈺楊石鈺楊 學學 號 號 1007608j008 河北工程大學河北工程大學 2008 2009 學年第二學期研究生課程論文報告學年第二學期研究生課程論文報告 成成 績績 評閱教師簽名評閱教師簽名 評閱日期評閱日期 課程論文評語 課程論文評語 年年 月月 日日 熱力循環(huán)方法在熱回收和空氣源熱泵中的經濟技術分析 石鈺楊 摘要 在工程中 經常會遇到熱力設備熱力循環(huán)運行過程耗能及運行費用的比較 由于對比的各熱力 設備所提供燃料的形式不同 就產生了比較其熱力設備的熱力運行經濟性和耗能標準的不同 本文 提出一種方法將所有的熱力設備置于同一個技術經濟條件下進行比較 也就是下文提出的等點效能 分析方法 關鍵詞 熱力循環(huán) 熱回收 空氣源熱泵 1 概述 隨著經濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高 空調的應用越來越普及 空調能耗在總能耗中所 占的比重不斷增大 據統(tǒng)計 上海市近年來部分辦公大樓空調用電負荷約占夏季用電高峰負荷的70 該領域的節(jié)能技術對于提高能效 節(jié)約能源具有重要意義 熱回收技術作為空調節(jié)能的重要手段之 一受到業(yè)內的高度重視 近年來取得較快的發(fā)展 市場上韓國金星高科 北京清華同方 廣州日立 廣州哈思 廣州威爾 上海三菱電機等品牌的風冷熱回收機組已廣泛應用于生產生活實踐 熱泵熱 回收形式與單冷式空調冷凝熱回收形式相比 可以全年供應生活熱水 節(jié)省了鍋爐等其它輔助熱源 的建設投資 因而具有更廣闊的應用空間 在工程中 經常會遇到熱力設備熱力循環(huán)運行過程耗能 及運行費用的比較 由于對比的各熱力設備所提供燃料的形式不同 就產生了比較其熱力設備的熱 力運行經濟性和耗能標準的不同 本文提出一種方法將所有的熱力設備置于同一個技術經濟條件下 河北工程大學研究生課程論文報告河北工程大學研究生課程論文報告 共 1 頁 第 2 頁 進行比較 也就是下文提出的等點效能分析方法 2 理論分析 2 1 費用等點效能系數(shù) 定義 負荷相同前提下 在不同的提供熱 冷 源設備中 假定設備在熱力循環(huán)過程中消耗的 費用相等時 由一種設備的性能系數(shù)推出與其對比熱力設備的當量性能系數(shù)的方法 在本文中用 表示 OC 2 2 熱力設備節(jié)資率函數(shù) 定義 本熱力設備與對比熱力設備節(jié)約資金的百分數(shù) 用表示 節(jié)資率f 1 OC ff 定義式為下式 2 Y YY f OC 1 能量等點效能系數(shù) 定義 負荷相同前提下 在不同的提供熱 冷 源設備中 假定設備在熱力循環(huán)過程中消耗的 一次能源相等時 由一種熱力設備的性能系數(shù)推出與其對比熱力設備當量性能系數(shù)的方法 在本文 中用表示 OE 2 熱力設備節(jié)約一次能源率函數(shù) 定義 本熱力設備與對比熱力設備節(jié)約一次能源的百分數(shù) 用表示 節(jié)能率 3 OE 定義式如下 4 1 1 1 E EEO 2 3熱力設備節(jié)資率函數(shù) 本設備與對比設備費用等點效能系數(shù)的推導 公式中符號無說明時意義參見表1 設 A B 兩臺對比熱力設備完成同樣的任務 Q 假定 A 為本設備 B 為對比設備 負荷相同前提下性 能系數(shù)分別為 設備 A 的費用等點效能系數(shù)為 能源單位價格分別為 單位熱值 a b OC ba yy 分別為 則利用兩設備耗能費用相等 即 ba qq 得出 b bb a aOC y q Q y q Q ba YY 河北工程大學研究生課程論文報告河北工程大學研究生課程論文報告 共 1 頁 第 3 頁 從而由上式得出本熱力設備A的費用等點效能系數(shù) b b a a b OC y y q q 若本熱力設備單位燃料熱值為 單位燃料價格為 則費用等點效能系數(shù)表達式為qy 5 b b b OC y y q q 則 5 式即為熱力設備等點效能系數(shù)的函數(shù)表達式 本熱力設備與對比熱力設備節(jié)資率函數(shù)的推導 熱力設備節(jié)資率函數(shù)的推導本熱力設備相對于對比熱力設備的節(jié)資率定義式 Y YY f OC 其中 分別為 A 設備循環(huán)運行費用和與 B 設備費用等點的 A 費用 A Y OC Y 來導出節(jié)資率函數(shù) 1 也就是 a aa a aa a aOC A AO OC y q Q y q Q y q Q Y YY Y YY f 對上式進行化簡得 OC OCa f 若本熱力設備的效能比為 則節(jié)資率函數(shù)表達式為 6 OC OC f 則 6 式即為熱力設備節(jié)資率函數(shù)表達式 對的分析 f 即當 本設備和對比設備耗資相當0f OC 即當 本設備比對比設備節(jié)約資金0f OC 即當 本設備比對比設備多耗資金0f OC 本熱力設備與對比熱力設備能量等點效能系數(shù)的推導 設A B兩臺對比熱機完成同樣的任務 假定為本熱力設備 為對比熱力設備 在負荷QAB 相同的前提下效能比分別 設備 的能量等點效能系數(shù)為 設備利用一次能源的效 a b A OE 率分別為 兩設備耗一次能源的總能量相等 即 SA SB 河北工程大學研究生課程論文報告河北工程大學研究生課程論文報告 共 1 頁 第 4 頁 11 BA EE 也即 公式中符號意義參見表 SBbSAOE Q Q 化簡后得 b SA SB OE 若本熱力設備一次能源利用效率為 則 S 7 b S SB OE 則式 7 即為熱力設備能量等點效能系數(shù)函數(shù)表達式 熱力設備節(jié)能率函數(shù)的推導 用本熱力設備相對于對比熱力設備的節(jié)約一次能源率定義式 4 來推導節(jié)約一次能耗率函數(shù) 3 其中為本設備 相對于對比設備B在能量等點效能系數(shù)下消耗一次能源的能量來 1 O E 本熱力設備 A 相對于對比熱力設備 一次能耗率函數(shù) 代入數(shù)據得 sOE sOEsa O OA a Q QQ E EE 1 1 1 計算參見表 基本計算式 a 化簡后得 OE OEa a 若本熱力設備效能比為 則 8 OE OE 則式 8 即為熱力設備節(jié)能率函數(shù)表達式 對的分析 即當 本設備和對比設備耗一次能相當 0 OE 即當 本設備比對比設備節(jié)約一次能源 0 OE 即當 本設備比對比設備多耗一次能源 0 OE 在工程技術經濟性能比較中 這兩個因素是衡量熱力設備是否被應用的重要指標 各種方案在 河北工程大學研究生課程論文報告河北工程大學研究生課程論文報告 共 1 頁 第 5 頁 對比的過程中如果只考慮這兩個因素 只需知道下表中對比設備所列的各種參數(shù)以及本設備的參數(shù) 值 就能很容易得出對比設備熱力經濟性的節(jié)資 節(jié)能的技術經濟性 3 熱回收技術發(fā)展研究 空調冷凝熱回收技術具有可觀的節(jié)能作用 但因空調與熱水的負荷 時間 品位等匹配問題 應用中仍需要逐步改善 國內外專家在熱回收實現(xiàn)形式 節(jié)能分析 控制策略 蓄熱材料等方面作 了大量研究 最初 人們將空調冷凝廢熱回收用于對空氣進行二次加熱 之后 有人提出將冷凝熱 用于加熱生活熱水 實現(xiàn)熱回收與制取生活熱水的結合 榮國華提出夏季直接用水冷冷凝器排熱加 熱自來水 但冷卻水溫度相對較低 存在自來水與建筑負荷 冷卻水量的匹配問題 吳獻忠 夏波 等提出直接將滿足用水量的自來水通入熱回收換熱器 用壓縮機排氣和部分冷凝熱對其加熱 高溫 熱水儲存在儲水箱中以供調節(jié)使用 相變蓄熱方面 劉紅娟 顧兆林在相變材料回收冷凝熱并制備 生活熱水方面進行了大量研究 用蓄熱器代替壓縮機出口的冷凝器與風冷冷凝器或冷卻塔串聯(lián) 利 用冷凝器或冷卻塔排出蓄熱器不能儲存的熱量 保證系統(tǒng)安全 顧兆林 賈玉云 李云提出了兩個 相變蓄熱器串聯(lián)的熱回收方法 利用三通閥控制制冷劑過熱焓的分配 根據不同相變材料的不同相 變溫度 更加充分利用了回收熱 冷凝熱的回收方式分為直接式和間接式 間接式是利用常規(guī)空調的冷凝器側排出的高溫氣體或 37 左右的冷卻水加熱生活熱水 這種形式需增加換熱設備 換熱效率低 且生活熱水的用量 使 用時間與冷凝熱量 運行時間往往不平衡 不能取得較好的熱回收效果 直接式是指制冷劑從壓縮 機出口進入熱回收器 部分蒸汽顯熱或全部冷凝熱用來加熱生活熱水 在直接式冷凝熱回收基礎上 利 用水或其它蓄熱材料儲存冷凝熱 可有效改善熱水用量 時間與空調冷凝熱量 運行時間的不同步 問題以及熱水與冷凝熱的品位匹配問題 以一家客房建筑面積為3500m 100個標準客房 大廳 餐廳等面積為1000m的小型賓館為例 制冷量按125W m計算 則客房制冷量為437 5kW 大廳 餐廳等的制冷量為125kW 總的冷負荷 為562kW左右 根據給排水熱水供應設計標準 賓館人均熱水消耗量為65 150 200升 以平均值 175升計算 折合50 熱水227 5升 人 日 考慮賓館內部人員熱水使用 按照每人每日綜合熱水 耗量0 5m計算 則每日熱水耗量為qv 100 2 0 5 100 m 日 夏季自來水溫度取平均值18 則 夏季每日熱水總用熱量為Q 水的比熱 每日熱水總用量 熱水進出水溫差 4 187 100 1000 50 18 1 34 10 kJ 賓館裝機容量為540kW 設投入運行率為80 每日運行時間為16小時 熱回收 率為50 則每日熱回收總量為Qre 562 16 3600 80 50 1 29 10 kJ 因為 Qre與Q大致相 當 基本可以滿足熱水需求 每年夏季空調運行時間按 4 5個月計算 則熱水總耗量為Q總 1 34 10 30 4 5 1 81 10 JK 4 結論 隨著建設節(jié)約型社會的不斷開展 空調領域的節(jié)能研究也日益深入 冷凝熱回收作為其中的重