1、 学 位 论 文
2、
3、 高校浴室废水热回收水源热泵性能模拟与研究 The performance simulation and research of heat pump on Heat Recovery of Waste Water in Universities’ Bathrooms 北京建筑工
4、程学院硕士论文 毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日 期: 使用授权说
5、明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的
6、成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 日期: 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名: 日期: 年 月 日 导师签名:
7、 日期: 年 月 日 注 意 事 项 1.设计(论文)的内容包括: 1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作) 2)原创性声明 3)中文摘要(300字左右)、关键词 4)外文摘要、关键词 5)目次页(附件不统一编入) 6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论 7)参考文献 8)致谢 9)附录(对论文支持必要时) 2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。 3.附件包括:任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。 4.文字、图表要求: 1)文字
8、通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写 2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画 3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印 4)图表应绘制于无格子的页面上 5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档 5.装订顺序 1)设计(论文) 2)附件:按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订 3)其它 摘 要 洗浴后的废水仍然具有较高的温度,回收潜力巨大。在能源紧缺、环境恶化的今天,采用水
9、源热泵对洗浴后废水进行热量回收具有较高的经济价值和深远的社会意义。其中,高校浴室开放时间固定,用水流量大,洗浴后废水温度稳定,更加适合进行余热回收。我国高校数量众多,分布广泛,高校浴室废热资源丰富,节能潜力明显。 本文根据课题需要,选择北京市部分高校浴室作为调研对象进行实地调研工作,并进行资料收集整理,得到课题相关重要参数。通过模拟解析法建立热泵数学模型,对洗浴废水温度、流量和需要加热的自来水温度、流量进行模拟计算,根据计算结果对水源热泵设备选型。论文通过实际运行的水源热泵参数验证模型,保证模型准确性。当设备确定后,使用模型求解实际运行过程中,废水温度、流量等外部参数在一定范围内改变时,系统
10、性能变化情况。 通过对本校现有浴室进行改造,实现学校浴室废水热量回收,将理论应用于实际。目前,项目正处在规划设计阶段。论文对项目改造进行设计,充分考虑了现有浴室占地、管线布置、废水收集井等情况,并通过模型对改造工程的设备选型和系统运行进行模拟计算。分析系统运行中供热量及耗功率随废水温度、流量等外在参数之间的关系,以及各个主要参数之间的影响。 论文主要工作是前期社会调研、系统仿真模型建立以及模型验证,并利用验证后的模型对本校浴室废水热量回收改造工程进行模拟计算和分析,为以后类似工程提供实用参数和有利依据。主要结论是,建立的模型正确可靠,可以对水源热泵系统进行模拟计算,通过模拟计算对设备进行选
11、型以及分析系统运行工况。 关键词:高校浴室 废水热回收 水源热泵 性能模拟 供热系数 Abstract Waste water of bathroom is still own the higher temperature, which has a great potential on saving energy. At present day, energy is scarce and environment is worsened, it is using heat pump to recover the waste wa
12、ter of bathroom that has the high economic value and deep social sense. Universities’ bathrooms have certain open time, high water flow, steady temperature as well as the proper temperature, which is more suitable for heat recovery. So many universities are extended widely on everywhere of China, so
13、 the waste water source of universities’ bathrooms is abundant. With advancing the project, more heat recovery of waste water in universities’ bathroom will be fulfilled and potential energy saving will be more notable. The article based on the needs of the title to research universities’ bathroom
14、in Beijing, getting the applied parameter related to the title through field survey and data collecting and arranging. As per the research result, mathematical model is established to calculate the equipment type selection of the project and simulatively calculate the running of the project. And the
15、n, through the solution of simultaneous equations and according to the need of a certain work situation, it utilizes simulative calculation to select equipment type of heat pump. After confirming the equipment, the running of equipment on different work situations is calculated by the model. It also
16、 analyses running of heat pump and coefficient of heat supply of heat pump on different work situations. To combine with the title, the actual operation is carried through in the bathroom of our university. It is mainly to rebuild the present bathroom in the university and establish the heat recove
17、ry of waste water in the bathroom. Now, the project is in the stage of planning. We’ll utilize the model to select the equipment type for the actual project and also design it. The thesis has thought that the now available bathroom takes up a field , pipeline arrangement , waste water collect suffic
18、iently the well waits for condition to carry out design. And run the analog computation being in progress by the fact that the model equipment to the reconstruction project chooses the type and system. Analysis system runs the middle heating load and consumes power following the waste water temperat
19、ure , the substandard rate of flow relation between the parameter, and the effect between one by one main parameter. It is the main task of the article that processing earlier social research, establishing and validating emulational model, as well as simulatively calculating and analyzing heat rec
20、overy project of waste water of bathroom in our university by validated model, which will provide practical parameter and available evidence for future similar projects. The main conclusion is that the performance simulation is correct, reliably. It can carry out an analog computation on water sourc
21、e pump system. Choose a suitable equipment for heat pump system and analysis system running condition by the fact of performance simulation. Key Words: Universities’ Bathrooms; wastewater heat recovery; water source heat pump; performance simulation; 65
22、 目录 摘 要 1 ABSTRACT 2 1绪论 6 1.1课题研究背景 6 1.1.1国内外能源消耗现状 6 1.1.2国内外建筑能耗现状 7 1.1.3我国的节能措施和政策法规 9 1.2课题研究意义 10 1.2.1我国热水能耗现状----能耗高,费用高 10 1.2.2热泵装置在我国日益普及 10 1.3国内外研究和应用进展 11 1.3.1国外研究与应用进展 11 1.3.2国内研究与应用进展 12 1.4本文的主要工作 14 2前期社会调研与社会价值分析 15 2.1前期社会调查 15 2.2社会价值分析 18 3热泵循环工质、压缩机及
23、换热器模型 20 3.1热泵循环工质的数学模型 20 3.1.1循环工质R134a的性质 20 3.1.2循环工质R134a的热力性质参数 20 3.2热泵压缩机的数学模型 23 3.2.1活塞式压缩机的工作过程 24 3.2.2活塞式压缩机的供热量和耗功率 27 3.2.3影响活塞式压缩机性能的主要因素 29 3.3冷凝器模型 29 3.4蒸发器模型 31 4程序编制与模型验证 33 4.1热泵机组模型的建立 33 4.1.1热泵机组的理论循环 33 4.1.2程序编制的方程 35 4.1.3热泵系统程序编制 37 4.2模型验证 38 5浴室热回收改造工程分
24、析 44 5.1学校及学校浴室概况 44 5.1.1学校概况 44 5.1.2学校浴室概况 44 5.2项目初步设计 46 5.3对本校浴室废水热量回收改造工程热泵系统进行模拟计算 49 5.4使用效能-传热单元数法进行换热器的校核计算 50 5.5对模拟计算结果进行分析 53 5.7系统经济性分析 56 6结论与展望 58 6.1论文工作总结 58 6.2展望 58 参考文献 59 符号表 62 在学研究成果 63 致 谢 64 1绪论 1.1课题研究背景 在现代文明高度发展的今天,节能和环保已经成为可持续发展战略的重要课题。能源是国民经济和社
25、会发展的战略物质,是现代社会和生活的物质基础。随着世界人口和经济的迅速增长,能源消耗问题日益严重,并导致环境污染的日益加剧。我国地大物博,资源储量丰富,但是由于人口众多,人均资源量相对较少。煤的人均储量仅为世界平均水平的1/5,石油的人均储量仅为世界平均水平的1/8,天然气则仅为世界平均水平的1/25。并且,我国能源利用率非常低,单位产值的能源消耗是美国和韩国的6倍,是日本的12倍[1]。我国的能源结构中,过分依赖煤炭的消耗,煤炭在一次能源消耗构成中占75%,大气污染的主要特征是煤烟型污染,全国每年由于燃煤所排放的粉尘量约为2.3×107吨,SO2约为1.46×107吨,远远超过了全球陆地平均
26、污染负荷量[2]。由于过多的使用煤炭已经导致了严重的环境污染。在全球大气污染最严重的前十座城市中,我国占了其中的5座(北京、沈阳、西安、上海、广州)[3]。 1.1.1国内外能源消耗现状 (1)能源结构及储量 在当今的世界能源结构中,人类所利用的能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源。1998年世界一次能源(包括生物质能)消耗总量为140.50亿tce(标准当量/吨),其消费构成为:石油占33.9%,天然气19.6%,煤炭占22.7 %,核电占6.1%,大中型水电占3.9%,新可再生能源占2.0%,传统生物质能占11.8%。随着经济的发展、人口的增加、社会生活水平的提高,预计未来世
27、界能源消耗量将以每年3%的速度增长,到2020年世界一次能源消耗总量将达到200亿~250亿tce以上[4]。 根据2001年6月下旬,BPAmoco公司公布的“BP世界能源统计评述2001”关于世界能源证实储量的数据,到2000年底,石油为1421亿t,可采39.9年;天然气为150.19万亿立方米,可采61年;煤炭为9842.11亿tce,可采227年[4]。我国的能源资源储量不容乐观。根据最新资料报道,现有探明技术可开发能源总资源量超过8230亿tce,探明经济可开发剩余可采总储量为1392亿tce,约占世界总量的10.1%。我国能源剩余可采总储量的结构为:原煤占58.8%,原油占3
28、4%,天然气占1.3%,水能占36.5%。我国能源经济可开发剩余可采储量的资源保证程度为129.7年,其中:原煤仅为114.5年,原油仅为20.1年,天然气仅为49.3年[4]。 我国人口众多,人均能源资源占有量非常低。据有关资料报道,我国人均能源资源探明储量只有135tce,仅相当于世界人均拥有量264tce的51%。其中:煤炭人均探明储量为147t,是世界人均值208t的70%;石油为2.9t,为世界人均值的11%;天然气为世界人均值的4%;即使是水能资源,其人均值也低于世界平均水平。而我国所面临的确实能源需求量成倍增长的严重挑战。如果2050年我国的人口总数为15亿的话,届时一次能源
29、的需求量将为30~37.5亿tce,约为目前美国能源消耗总量的1.5~2倍,为届时全世界一次能源消耗总量的16%~22% [4]。 (2)伴随能源消耗产生的环境污染问题 传统石油能源的大量开发和利用,是造成大气和其他类型环境污染和生态破坏的主要原因之一。如何在开发和使用能源的同时,保护好人类赖以生存的地球环境与生态,已经成为一个全球性的大问题。全球气候变化是当前国际社会普遍关注的重大环境问题,它主要是发达国家在其工业化过程中燃烧大量化石燃料产生的CO2等温室气体的排放,已经成为国际社会减缓全球气候变化的重要组成部分。 自从工业革命以来,约80%的温室气体造成的附加气体强迫是人类活动引起的
30、其中CO2的作用约占60%。可见,CO2是大气中的主要温室气体类型,而化石燃料的燃烧是能源活动中CO2的主要排放源。1990年全世界一次能源消费量114.76亿tce,其中煤炭、石油、天然气分别占到27.3%、38.6%和21.7%。据政府间气候变化专门委员会(IPCC)第一工作组1992年度工作报告报道,1990年全球化石燃料向大气排放了约61亿吨CO2 [4]。 观测资料表明,在过去的100年中,全球平均气温上升了0.3~0.6℃,全球海平面平均上升了10~25cm。如果不对温室气体采取减排措施,在未来几十年内,全球平均气温每10年将可能升高0.2℃,到2100年全球平均气温将升高1~
31、3.5℃ [4]。 我国的能源开发利用对于环境造成的污染非常严重。我国是世界上少数几个能源结构以煤炭为主的国家,也是世界上最大的煤炭消耗国。2000年全国能源生产总量为10.9亿tce,其中煤炭占67.2%;能源消耗总量12.8亿tce,其中煤炭占67.0%。若不包括我国,1999年全球一次能源结构中煤炭的比例已降到20.2%,远低于石油所占比例,也低于天然气所占25.5%的比例。煤炭燃烧产生的温室气体的排放量比燃烧同热值的天然气高61%,比燃油高36%。1999年我国排放6.69亿吨CO2,居世界的第2位,其中85%是由燃煤排放的。2000年我国排放SO21995万吨,居世界第1位,其中91
32、是由燃煤排放的;排放烟尘1165万吨,其中70%是由能源开发利用排放的。由于能源利用和其他污染源大量排放环境污染物,造成全国有57%的城市颗粒物超过国家限制值;有48个城市的SO2浓度超过国家二级排放标准;有82%的城市出现酸雨,面积已达国土面积的30%;许多城市的NO2有增无减,其中北京、广州、乌鲁木齐和鞍山超过国家二级排放标准。SO2和酸雨造成的经济损失已约占全国GDP的2% [4]。 1.1.2国内外建筑能耗现状 (1)建筑能耗含义 建筑物所用建筑材料的生产制造要消耗能源,建筑物的建设施工要消耗能源,建筑的使用过程中更要消耗能源,总的来说,建筑物从建设到使用都离不开能源,能源是建
33、筑物建设和使用全过程不可缺少的、最为重要的物质基础。建筑能耗有两种定义方法:一种是广义建筑能耗,是指建筑材料生产制造、建筑物建设施工、一直到建筑物使用的全部过程所消耗的能源;一种是狭义建筑能耗或称建筑使用能耗,是指建筑物在使用过程中所消耗的能源,包括照明、采暖、空调、降温、电梯、热水供应、炊事、家用电器以及办公设备等消耗的能源。广义建筑能耗,既包括建筑材料生产和建筑施工的能耗,又包括建筑使用过程的能耗,范围过宽,跨越了工业生产和民用生产等不同的领域,故国际上通常所谓的建筑能耗指的是狭义建筑能耗,即建筑使用能耗,包括照明、采暖、空调、降温、电梯、热水供应、炊事、家用电器以及办公设备等消耗与工业、
34、农业、交通运输等方面的能耗并列,属于民生能耗。我国现在一般所谓的建筑能耗,已与发达国家的认识和统计口径相一致,即建筑使用能耗,属狭义建筑能耗 [5-8]。2000年,它在全社会能源消耗量的比重为27.8[9],并且随着人们对热舒适性要求的不断提高以及各类家用电器的普及,这个比例成持续上升的趋势。 (2)发达国家建筑能耗 图1-1 2000年发达国家建筑能耗占全社会终端总能源消耗的比例 欧美等发达国家的建筑能耗,即居民和商业所构成的民生能耗之和占全社会终端总能源消耗的比例,各个国家不尽相同,一般占到30%~45%,如图1-1。在有空调的建筑物中,空
35、调消耗约占建筑物总能耗的50%~60%左右,居第一位。以美国为例,1995年有房屋9870万栋,住宅用能6.64亿tce,商业建筑用能5.19亿tce,两项合计的建筑用能共达11.83亿tce,占全美能源消耗总量的36%,并且所用能源基本上都是化石能源。这些建筑用能污染物的排放量占全美总排放量的比例如下:CO2为35%,SO2为47%,NOx为22%。在1987~1996年间,CO2的排放量增长了13.82%。建筑用能及其服务,每年约消耗达2200亿美元。住宅终端能耗主要用于空调、采暖、热水和冰箱等,占住宅终端总能耗的67%;商业建筑终端能耗主要用于照明、采暖与空调,占商业建筑终端总能耗的60
36、[10]。 (3)我国的建筑能耗 目前我国建筑能耗已约占全国能源消耗总量的25%以上,成为能耗大户。1996年全国能源消费总量为13.89亿tce,建筑能耗为3.54亿tce,占全国商品能源消耗总量的25.49%。如果将全国建筑能耗加上农村用生物质能消耗2.03亿tce,则我国生活用能消耗总量为5.51亿tce,占全国商品能源和生物质能源消耗总量的34.99%。据统计,2000年我国建筑能耗共计3.5tce,占当年全社会终端能源消耗量的27.8%,已接近发达国家建筑用能占全社会能源消耗量的1/3左右水平。随着我国经济的发展,近年来,空调装置迅速普及,空调能耗在我国建筑能耗中的比重大幅度提
37、高,逐步发展成为建筑能耗中的一个主要部分。调查显示,我国居民家庭空调的使用时间一般为4个月左右,其中大部分在7~9月间使用,按每天使用3~4h统计,全年空调使用时间约为360~480h之间。据统计,全国城镇百户居民家庭的空调拥有量,从1991年的0.71台增加到2000年的30多台。在北京市、上海市、重庆市和广东省等地,百户空调安装率已高达80%左右。由于空调的迅速普及,我国已成目前世界上空调销售量最多的国家。据建设部调查,1998年全国空调(包括中央空调)用电量已占全社会用电量的6%~7%,约为600~700亿kWh。空调住宅消耗约为一般住宅能耗的6~7倍。 在我国采暖能耗也占很大比例。目
38、前我国单位建筑面积的采暖能耗约比发达国家高2倍以上。我国的严寒和寒冷地区为采暖区,包括东北、华北和西北地区的14个省、市、区和4个省的部分地区,这一地区累计年平均温度低于或等于5℃的天数都在90天以上,最长的满洲里达211天。这一地区的面积达680万㎡,占国土面积的72%;人口达5.5亿,占全国人口的45%。到1995年底,这一地区城镇共有房屋建筑面积37.4亿㎡,采暖能耗约为1.143亿tce,其中,集中采暖建筑14.7亿㎡,采暖能耗6230万tce;分散采暖建筑面积22.7亿㎡,采暖能耗5200万tce。此外,估算北方农村采暖用商品能源约为400万tce[10][11]。
39、 近年来,我国建筑规模迅速扩大,本世纪的头20年,是我国建筑业的鼎盛时期。2020年全国房屋建筑面积将接近2000年建筑面积的2倍,目前我国每年建成的房屋面积高达16~20亿㎡,超过发达国家建成建筑面积的总和,但基本上都是高能耗建筑[12]。预计到2020年底,全国房屋建筑面积将达到686亿㎡,其中城市261亿㎡。但是从总量上来看,到目前为止,不仅既有的400多亿㎡城乡建筑中的99%为高能耗建筑,新建的数量巨大的房屋建筑中,95%以上还是高能耗建筑,单位建筑面积采暖能耗高达气候条件相近的发达国家新建建筑的3倍左右[13]。 1.1.3我国的节能措施和政策
40、法规 建国50年来,我国的能源建设取得了巨大的成就。1949~1999年的50年里,一次能源产量增长45倍,发电量增长287倍,居世界的位次由第13位和第25位上升到第3位和第2位,成为世界能源大国。取得这一巨大成就的重要因素之一,是我国能源建设中实行了一条“开发与节约并举,把节能放在首位”的正确能源发展战略方针。为贯彻这一方针,在节约能源方面,我国政府和有关部门、地方政府制定了一系列法律、方针政策和规章办法。1986年国务院颁发了《节约能源管理条理》;1996年国家计委、国家经贸委、国家科委印发了《中国节能技术政策大纲》;特别是1997年11月1日国家颁布了自1998年1月1日实行的《中华
41、人民共和国节约能源法》,使我国的节约能源工作有法可依,走上法制轨道。 建筑领域是能源消耗大户,是节约能源工作的重要方面。为在建筑领域贯彻节约能源的方针,1986年建筑部制订了《民用建筑节能设计标准》(采暖居住建筑部分);1995年建设部制订了《建筑节能“九五”计划和2010年规划》;1996年建设部印发了《建筑节能技术政策》;1997年建设部印发了《1996~2000年建筑技术政策》;2000年建设部印发了《民用建筑节能管理规定》;2002年建设部以建科(2002)175号文件印发了《建设部建筑节能“十五”计划纲要》;建设部标准定额研究所承担的“十一五”国家科技支撑计划重大项目“建筑节能标准
42、体系研究”启动会于2007年6月11日在北京召开,会议提出,完善工程建设标准体系,是“十一五”期间工程建设标准化的一项重要任务,也是国家“十一五规划纲要”提出的明确要求。建筑节能标准体系是整个工程建设标准体系的重要组成部分,完善建筑节能相关标准体系也是很重要的一项工作。加强标准的制定、大力推进建筑节能,发展节能省地环保型建筑,是建设领域贯彻落实科学发展观,促进能源资源节约和合理利用,实现经济社会可持续发展的一项重要工作。 1.2课题研究意义 1.2.1我国热水能耗现状----能耗高,费用高 根据2000年商业建筑的能耗调查统计,商业建筑每年的能耗总费用已经高达225亿人民币 [14]。能
43、耗费用已经成为主要经营成本之一,其中热水能耗是其最重要部分。各类商业建筑能耗中,热水消耗比例为:写字楼2.7%,商场10.7%,饭店31%,医院41.8%[15]。城市民用建筑仅洗澡热水用能就接近20%[16],而各类商业建筑热水能耗为其总能耗10%~40% [15],目前我国商业建筑热水供应主要是燃煤、燃油、燃气、电锅炉等形式。城镇居民建筑热水供应主要采取电热水器、燃气热水器等形式,太阳能热水器日益普及,但目前城镇使用率尚不足5%[14]。我国电力生产仍然以火电为主,火电厂平均电热转换效率为33%,经过输配损失,终端效率大约为30%[14]。虽然电热水器、燃气热水器技术已趋于完善,并朝着方安
44、全、小型、综合、中央化的方向发展,但是从能源消耗角度来讲,高能耗是无法克服的缺憾。 1.2.2热泵装置在我国日益普及 众所周知,热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的装置,热泵虽然消耗了一定的高位能,但它所提供的热量却是所消耗的高位能和低位能之和,故采用热泵装置可以节约高位能,特别是在夏季供冷冬季供暖的场所,尤其显得经济。当前环境污染和能源紧张问题正成为世界各国共同面临的两大难题,而热泵工业相对于世界发达国家起步较晚,但发展速度还是很快的。60年代末,我国就有热泵产品在暖通空调中应用。80年代初到90年代末,我国暖通空调领域掀起了一股“热泵”热。热泵空调在我国的应用也日
45、渐广泛,发展速度很快。根据有关信息中心预测统计,2003年我国房间空调器在北京、上海、广州和深圳四大城市居民普及率高达42.8%,其中1/3是热泵型[16]。 近年来,热泵作为既节能又环保的技术已经受到人们的重视,并逐步向大型热泵装置发展。热泵是按照逆向热力循环,利用少量的高品位能去提取周围环境中的无直接用途的热量,使其能位提升,从而获得更高的可利用能源。热泵可利用的低位热源的范围很广,如自然环境(空气、水、地热、太阳能等)、生活中所排放的废热(如排水和排气的废热)、生产中排放的排除物(废水、废气、废渣等)等等。热泵仅需要消耗较少的高品质能量就可以获得相同的供热量,从而节约了大量燃料。热泵与
46、地热资源相结合可以大大拓宽地热的应用领域,使得我国的地热资源得到最大限度的开发利用[17]。 随着社会对能源需求的增加,对能源短缺的切身感受,新能源发展的缓慢,节能得到前所未有的重视。在众多节能措施中,许多技术已经相当成熟,许多已经正处在研究阶段,还有一些正在等待人们的研究开发。近几年来,城市污水成为一种受人关注的低温余热源,是水/水热泵或水/空气热泵的理想低温热源。污水源热泵系统是水源热泵系统的一种,具有许多优点:第一,水的比热容大,设备传热性能好,换热设备较紧凑;第二,水温的变化较室外温度的变化要小,故污水源热泵的运行工况比空气源热泵的运行工况要稳定;第三,采用污水作为水源热泵的热源/热
47、汇,根据污水夏季温度低于室外温度,冬季高于室外温度的特点,与以地下水为热源/热汇的水源热泵相比,污水源热泵在技术和经济上更具优势。通过调查我们发现,集体浴室有大量的生活废热水,水温在31℃左右,许多企业的生产过程中需要大量的热水,同时又产生更多的废热水。这些废热水产生后通常不会再次使用,而是直接排放(作了相应要求的净化处理),这些废热不但不能利用,反而对环境产生污染。应用热泵技术对洗浴后的热水进行热量回收具有相当明显的节能优势。热泵技术在余废热回收、低位能源的有效利用、环保与节能、运行经济性等方面具有非常明显的优势,为能源的综合利用、社会的可持续发展做出一定的贡献,具有广阔的发展空间和市场前景
48、 1.3国内外研究和应用进展 迄今为止,人们对热泵已经进行了大量的研究工作,也取得了较为实用的研究成果,并广泛应用于实际工程中。 1.3.1国外研究与应用进展 在西方发达国家,由于其能源结构和环保政策,污水水源热泵技术在这些国家中的研究和应用较多[18]。20世纪80年代以来,在北欧诸国、美国、日本等国家相继建立了一批大型城市污水源热泵系统[19][20][21]。其中北欧一些国家20世纪80年代初就建造了一些以工业污水为低温热源的大型热泵站。从开始时单机容量仅几兆瓦发展至今单机容量达30MW,单个项目总装机容量达160MW[22]。例如,1954年,牛津努菲尔德(Nuffield)
49、学院建造了污水源热泵装置;1980年,挪威奥斯陆开始建造利用未处理污水作热源的热泵站在瑞典的塞勒建成后,发展更快,1983年又建成8个。目前,瑞典斯德哥尔摩有40%的建筑物采用热泵技术供热,其中10%是利用污水处理厂的出水,日本对污水水源热泵技术也进行了大量的研究,并且处于世界的领先地位。根据污水处理情况的不同,国外的污水水源热泵可以分为以未处理的污水作为热源的和以处理后的污水作为热源的污水水源热泵。 从1987年开始,日本东京市政府启动城市污水热能回收项目,现有11个污水源热泵系统在运行。日本东京的落合污水处理厂,把处理后的污水作为热源,利用热泵进行空调和热水供应。供给对象是污水处理厂内部
50、的西部管理事务所以及落合处理厂的管理楼,空调面积为2270㎡,1986年完成[23]。使用的热交换器为壳管式换热器。与使用未处理污水作为热源相比,该热泵系统减少了自动晒滤器等设备,同时换热器的材质也选用了暖通空调换热器常用的铜,其设备费用大大降低,但缺点是只能就近在污水处理厂内部利用处理后的污水,如果远距离输送,不但污水热量损失,而且增加投资费用。国外对浴室废水热量的回收资料并不是很多。 1.3.2国内研究与应用进展 我国城市污水源热泵技术推广应用刚刚起步,处于实验和研究阶段,但发展很快。吉林建筑工程学院的王宏哲博士对污水源热泵在我国的可行性进行了理论分析[24]。 2002年北京市排水集






