热力循环分析与前沿进展.doc

河北工程大学研究生课程论文报告

课程名称：热力循环分析与前沿进展 课程编号：S031D07 课程类型：非学位课 考核方式：考查

学科专业：供热供燃气通风与空调工程 年 级：08级 姓 名：石钰杨 学 号：1007608j008

河北工程大学2008～ 2009学年第二学期研究生课程论文报告

课程论文评语：

成 绩

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评阅日期
年 月 日
热力循环方法在热回收和空气源热泵中的经济技术分析
石钰杨
摘要：
在工程中，经常会遇到热力设备热力循环运行过程耗能及运行费用的比较，由于对比的各热力设备所提供燃料的形式不同，就产生了比较其热力设备的热力运行经济性和耗能标准的不同，本文提出一种方法将所有的热力设备置于同一个技术经济条件下进行比较。也就是下文提出的等点效能分析方法。
关键词：
热力循环，热回收，空气源热泵

1. 概述
随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，空调的应用越来越普及，空调能耗在总能耗中所占的比重不断增大。据统计，上海市近年来部分办公大楼空调用电负荷约占夏季用电高峰负荷的70%。该领域的节能技术对于提高能效、节约能源具有重要意义。热回收技术作为空调节能的重要手段之一受到业内的高度重视,近年来取得较快的发展，市场上韩国金星高科、北京清华同方、广州日立、广州哈思、广州威尔、上海三菱电机等品牌的风冷热回收机组已广泛应用于生产生活实践。热泵热回收形式与单冷式空调冷凝热回收形式相比，可以全年供应生活热水，节省了锅炉等其它辅助热源的建设投资，因而具有更广阔的应用空间。在工程中，经常会遇到热力设备热力循环运行过程耗能及运行费用的比较，由于对比的各热力设备所提供燃料的形式不同，就产生了比较其热力设备的热力运行经济性和耗能标准的不同，本文提出一种方法将所有的热力设备置于同一个技术经济条件下进行比较。也就是下文提出的等点效能分析方法。
2. 理论分析
2.1 费用等点效能系数
定义：负荷相同前提下，在不同的提供热（冷）源设备中，假定设备在热力循环过程中消耗的费用相等时，由一种设备的性能系数推出与其对比热力设备的当量性能系数的方法。在本文中用表示。
2.2 热力设备节资率函数
定义：本热力设备与对比热力设备节约资金的百分数，用表示。节资率
（1）
定义式为下式
（2）
(1)能量等点效能系数
定义：负荷相同前提下，在不同的提供热（冷）源设备中，假定设备在热力循环过程中消耗的一次能源相等时，由一种热力设备的性能系数推出与其对比热力设备当量性能系数的方法。在本文中用表示。
(2)热力设备节约一次能源率函数
定义：本热力设备与对比热力设备节约一次能源的百分数，用表示。节能率
（3）
定义式如下
（4）
2.3 热力设备节资率函数
本设备与对比设备费用等点效能系数的推导（公式中符号无说明时意义参见表1、２）
设A,B两台对比热力设备完成同样的任务Q（假定A为本设备，B为对比设备），负荷相同前提下性能系数分别为, ，设备A的费用等点效能系数为，能源单位价格分别为,单位热值分别为,则利用两设备耗能费用相等，即：

得出

从而由上式得出本热力设备A的费用等点效能系数

若本热力设备单位燃料热值为，单位燃料价格为，则费用等点效能系数表达式为
　　 （5）　　　　　
则(5)式即为热力设备等点效能系数的函数表达式。
本热力设备与对比热力设备节资率函数的推导
热力设备节资率函数的推导本热力设备相对于对比热力设备的节资率定义式

（其中、分别为A设备循环运行费用和与B设备费用等点的A费用）
来导出节资率函数（1）。

也就是

对上式进行化简得：

若本热力设备的效能比为，则节资率函数表达式为
（6）
则(6)式即为热力设备节资率函数表达式。
对的分析：
即当 本设备和对比设备耗资相当
即当 本设备比对比设备节约资金
即当 本设备比对比设备多耗资金
本热力设备与对比热力设备能量等点效能系数的推导
　　设A,B两台对比热机完成同样的任务（假定为本热力设备，为对比热力设备），在负荷相同的前提下效能比分别 、 ，设备的能量等点效能系数为，设备利用一次能源的效率分别为、，两设备耗一次能源的总能量相等，即：

也即
（公式中符号意义参见表２）
化简后得

若本热力设备一次能源利用效率为，则
（7）　　
则式(7)即为热力设备能量等点效能系数函数表达式。
热力设备节能率函数的推导
用本热力设备相对于对比热力设备的节约一次能源率定义式（4）来推导节约一次能耗率函数（3），其中为本设备Ａ相对于对比设备B在能量等点效能系数下消耗一次能源的能量来。
本热力设备A相对于对比热力设备Ｂ一次能耗率函数
代入数据得

（计算参见表２基本计算式）
化简后得

若本热力设备效能比为，则
　　　 （8）　　
则式(8)即为热力设备节能率函数表达式。
对的分析：
即当 本设备和对比设备耗一次能相当；
即当 本设备比对比设备节约一次能源；
即当 本设备比对比设备多耗一次能源。
在工程技术经济性能比较中，这两个因素是衡量热力设备是否被应用的重要指标，各种方案在对比的过程中如果只考虑这两个因素，只需知道下表中对比设备所列的各种参数以及本设备的参数值，就能很容易得出对比设备热力经济性的节资、节能的技术经济性。
3. 热回收技术发展研究
空调冷凝热回收技术具有可观的节能作用，但因空调与热水的负荷、时间、品位等匹配问题，应用中仍需要逐步改善。国内外专家在热回收实现形式、节能分析、控制策略、蓄热材料等方面作了大量研究。最初，人们将空调冷凝废热回收用于对空气进行二次加热，之后，有人提出将冷凝热用于加热生活热水，实现热回收与制取生活热水的结合。荣国华提出夏季直接用水冷冷凝器排热加热自来水。但冷却水温度相对较低，存在自来水与建筑负荷、冷却水量的匹配问题。吴献忠、夏波等提出直接将满足用水量的自来水通入热回收换热器，用压缩机排气和部分冷凝热对其加热，高温热水储存在储水箱中以供调节使用。相变蓄热方面，刘红娟、顾兆林在相变材料回收冷凝热并制备生活热水方面进行了大量研究。用蓄热器代替压缩机出口的冷凝器与风冷冷凝器或冷却塔串联，利用冷凝器或冷却塔排出蓄热器不能储存的热量，保证系统安全。顾兆林、贾玉云、李云提出了两个相变蓄热器串联的热回收方法，利用三通阀控制制冷剂过热焓的分配。根据不同相变材料的不同相变温度，更加充分利用了回收热。
冷凝热的回收方式分为直接式和间接式。间接式是利用常规空调的冷凝器侧排出的高温气体或37℃左右的冷却水加热生活热水。这种形式需增加换热设备 ,换热效率低 ,且生活热水的用量、使用时间与冷凝热量、运行时间往往不平衡 ,不能取得较好的热回收效果。直接式是指制冷剂从压缩机出口进入热回收器 ,部分蒸汽显热或全部冷凝热用来加热生活热水。在直接式冷凝热回收基础上 ,利用水或其它蓄热材料储存冷凝热 ,可有效改善热水用量、时间与空调冷凝热量、运行时间的不同步问题以及热水与冷凝热的品位匹配问题。
以一家客房建筑面积为3500m (100个标准客房)，大厅、餐厅等面积为1000m的小型宾馆为例，制冷量按125W /m计算，则客房制冷量为437. 5kW，大厅、餐厅等的制冷量为125kW，总的冷负荷为562kW左右。根据给排水热水供应设计标准，宾馆人均热水消耗量为65℃150～200升，以平均值175升计算，折合50℃热水227. 5升/人·日。考虑宾馆内部人员热水使用，按照每人每日综合热水耗量0. 5m计算，则每日热水耗量为qv =100×2×0. 5 =100(m /日)夏季自来水温度取平均值18℃，则夏季每日热水总用热量为Q =水的比热×每日热水总用量×热水进出水温差=4. 187 ×100 ×1000 ×(50 - 18) =1. 34 ×10(kJ)宾馆装机容量为540kW，设投入运行率为80%。每日运行时间为16小时，热回收率为50%，则每日热回收总量为Qre =562 ×16 ×3600 ×80% ×50% =1. 29 ×10(kJ)因为 Qre与Q大致相当，基本可以满足热水需求。每年夏季空调运行时间按 4. 5个月计算，则热水总耗量为Q总= 1. 34×10×30×4. 5 = 1. 81×10 (JK)。
4. 结论
随着建设节约型社会的不断开展，空调领域的节能研究也日益深入。冷凝热回收作为其中的重要部分，越来越受到界内人士的广泛关注。不断研究新型热回收装置，在不影响空调系统运行基础上进一步提高热回收效率，具有极其重要的经济效益和社会效益。
参考文献：
1 张志宏,王伟. 空调冷凝热回收利用技术研究现状 [J].低温建筑技术 2004, [3].
2 赵兰，章学来，葛轶群，刘剑宁。热回收技术用于风冷热泵系统的研究与应用。 制冷技术 2007（2）

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