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1、RefrigerationAirConditioning制冷空调专家撰文&ElectricPowerMachinery与电力机械地热水能量梯级利用系统性能分析曹琦(西安交通大学建筑环境与设备工程系,西安710049)摘要:分析了我国现在地热水能量梯级应用最多的热泵串联系统的性能,该系统结构不能达到高效跟踪大楼负荷变化、充分利用地热水能源的目的。用“系统思考”的理念,提出一种整体性能非常好的地热水能量梯级利用的热泵并联方案系统,只有这样的系统才能达到充分利用地热水能源的目的。关键词:地热水;节能;系统思考中图分类号:TU83
2、文献标识码:A文章编号:1006-8449(2007)06-0001-040引言建筑节能是世界各国建筑界实施可持续发展战略T—热量Q的绝对温度,K;的一个关键环节。在我国,建筑节能已经被列为贯彻可T0—环境的绝对温度,K;持续发展战略、“十一五”规划的重点。目前我国能源、Ex—火用,热量Q中所含的有用能,Q可能做的最环境的压力非常大,对可再生能源建筑利用,就被当然大功,kW。地提到了历史议事日程。地热水是自然恩赐给人类的可将式(1)变换成下式:一种清洁的、低品位的热能,随着我国建设节约型社会εe=Ex=T-T0(2)QT政
3、令的推行、能源价格不断快速上涨,各地纷纷开发地式中εe—热量Q的品质系数,也是理想热机的性能热水利用的项目。系数,即理想热机的投入产出比。但地热水资源不是无限的,如何既充分利用地热如果把热量Q中含的有用能和无用能分开表示,水资源同时又和环境保持友好、和谐,乃是业界一个重则有下式:要的任务,于是高效的地热水梯级利用系统被学者推广到实际的工程中。然而,地热水梯级利用是一个系统Q=Ex+An=T-T0Q+T0Q(3)TT工程,应该用符合客观世界运行规律的“系统思考”的式中An—火无,热量Q中含的无用能部分,kW。理念处理地热水梯
4、级利用系统的集成问题。本文就是T0从“系统思考”的理念对现行的地热水梯级利用系统性An=TQ(4)能进行的分析。AnT0εa==(5)QT1地热水能量梯级利用的火用分析式中εa—热量Q的无用能系数。从上述分析可以清楚看出,热能是有品质的,是分热量是有品质的。根据热力学中的火用(Exergy)理级的。热能的温度越高,其品质系数越高,热能的能级论定义:火用即为温度为T时的热量Q相对于环境温度越高。电能、天然气一类的清洁能源几乎全部可以转化T0能作的卡诺循环最大功,由公式(1)计算:为有用功,因而它们的品质系数近似等于1。冬季采
5、暖T-T0Wmax=Q=Ex(1)时,假若室内温度为20℃,环境温度为-10℃,那么对热T泵用公式(2)计算,室内供暖热能品质系数仅为0.1。如式中Wmax—卡诺循环最大功,是理想循环热量Q能果直接用品质系数近似等于1的电能、天然气一类的够做的功,kW;No.6/2007总第118期第28卷1制冷空调RefrigerationAirConditioning专家撰文与电力机械&ElectricPowerMachinery清洁能源来采暖,从用能总体效益的角度来看是最不换HE1输出/输入的45℃/37℃采暖热水并联。图中采经济的
6、。暖系统的热水管网和文献[2,3]中的不同,笔者是按共热能使用应当对口,如高品质系数、高能级的热地电源的概念构成的。能应当用到它最适合的场合,发挥其最大的效能;利用热泵技术加入少量高品位的电能,将热量中不好直接利用的低品位热能的能级稍微提升到采暖可利用的能量级上,以获得高品位热能整体利用效能最高的目的,这便是地热水能量梯级利用可以在整体上获得高效益的理论依据。2地热水能量梯级利用系统的性能分析2.1常用水源热泵性能分析、计算不能直接被利用的低品位余热,要利用热泵技术加入少量的品质系数为1的电能,才能将余热的品位提高到采暖可
7、以利用的能级上。为了计算地热水能量梯级利用系统的整体性能,可先来了解目前工程最常用的热泵性能以及热泵在不同能量级上的性能。对于热泵HP1,在设计工况蒸发器出水温度tew2根据文献[1],计算出最常用的法国西亚特公司比额定的7℃高22℃,热泵制热性能系数COPh升高至CIATLWP1800热泵变工况性能如表1所示。5.23;表1CIATLWP1800热泵制热时变工况性能对于热泵HP2,在设计工况蒸发器出水温度tew2基本工况点比额定的7℃高12℃,热泵制热性能系数COPh升高至变工况tew2=7℃,tcw2=45℃tew2=
8、7℃,tcw2=50℃4.47;性能参数变化W=148kW,Qc=528kWW=165kW,Qc=513kW对于热泵HP3,在设计工况蒸发器出水温度tew2Qe=380kW,COPh=3.56Qe=348kW,COPh=3.11比额定的7℃高2℃,热泵制热性能系数COPh升高至tew2升高1℃tcw2降
