大型中水源热泵集中供热系统的热经济学研究

摘要

目前，人类面临着严重的能源和环境问题，环境受到温室气体的严重威胁，温室气体(GHG)的排放量已经达到了能够导致气候变化的浓度，如果不采取相关的解决问题的行动以减少温室气体的排放量，那么由气候变化带来的影响将会更严重。一个重要的解决能源和环境问题的行动就是对能源的高效合理的利用，即在能源质的层面上更好的实现供需的匹配，这包括减少能源浪费、对废热的回收利用和使用低碳的燃料等方面。因此，如何提高能源转换效率、对可再生能源的合理利用就成为了重要的研究方向。
　　 城镇污水处理厂的出水是新型可再生能源的一种，较大型的污水处理厂的出水能达到一级A排放标准，再生水不仅可以用在绿化浇灌、人工景观水系补水、农田灌溉等较大规模的用水上，而且是热泵理想的低品味热源，节能潜力巨大。
　　 本文首先以热力学的(火用)分析法和热经济学的成本分析等理论作为本文的理论基础，利用理论分析的方法定性的阐述了利用热泵系统进行区域供热的合理性，给出了能效率和(火用)效率的计算方法，指出两者的不同之处以及各自的用途，分析得到只有综合考虑这两种分析方法才能较全面的评价系统的能源转换效率。建立了分布式热泵供热系统和燃气锅炉供热系统的热经济学模型，列出了两种系统的现金平衡方程及炯效率计算公式，对大型中水源热泵系统的分析评价提供了理论基础。
　　 其次，对中水源热泵系统所服务的800万平方米的区域进行了规划设计，包括系统的分布式热泵站、输配管网、主热泵站的设计选型，根据水质特点本着节约初投资的理念确定了系统采用中水直接进机组的形式，一期为分布式热泵供热系统，二期以后采用集中式和分散式相结合的系统。
　　 最后，用热经济学理论对中水源热泵系统和燃气锅炉系统进行了热经济学分析，计算得出中水源热泵系统一期工程的(火用)效率为66.2％，二期为54.5％，三期为60.6％，而燃气锅炉系统为29.4％;对两种系统的供热成本进行了对比分析，热泵系统的平均供热成本达产以后为17.2元/(m2·采暖季)，燃气锅炉系统的平均成本则是26.7元/(m2·采暖季)，虽然分布式热泵系统的初投资较高，但能量成本较低，约是后者的1/2，为以后的工程应用提供参考。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外利用热泵实现供热的发展现状

1．2．1 国外应用热泵供热的发展概况

1．2．2 热泵应用的国内发展概况

1．3 低品位能源的利用情况

1．4 管网输配系统的研究和发展

1．4．1 动力分散式输配系统在国内的应用现状

1．4．2 分布式管网输配系统中水泵扬程的确定

1．5 热经济学理论的研究和发展

1．5．1 热经济学的产生背景

1．5．2 热经济学理论的发展简介

1．6 本文的研究内容和意义

第2章 热泵系统的热经济学分析

2．1 引言

2．2 (火用)分析法的基本概念

2．2．1 能量转换的基本原则

2．2．2 (火用)分析法的平衡关系

2．2．3 能效率和(火用)效率

2．3 热经济学的基本概念

2．3．1 热经济学的成本概念

2．3．2 成本方程

2．4 热经济学建模

2．4．1 分布式热泵系统的热经济学模型

2．4．2 燃气锅炉系统的热经济学模型

2．5 本章小结

第3章 中水源热泵系统的方案设计

3．1 项目概况

3．1．1 三级出水的水质特点

3．1．2 中水源热泵系统的形式

3．2 供热能力分析

3．3 一期工程分布式系统设计

3．3．1 管网水力计算

3．3．2 管网保温的热损计算

3．3．3 分布式动力系统

3．3．4 分机房各设备选型

3．4 二期工程集中供热系统设计

3．4．1 二期分布式热泵站设备选型

3．4．2 二期主热泵站设备选型

3．5 三期工程集中供热系统设计

3．5．1 三期工程热泵站设备选型

3．5．2 三期主热泵站设备选型

3．5 本章小结

第4章 系统的热经济学分析计算

4．1 一期工程热泵系统的(火用)效率

4．2 燃气锅炉供热系统的(火用)效率

4．3 一期工程热泵系统的成本分析

4．3．1 一期工程热泵系统的能量成本计算

4．3．2 一期热泵系统的年度化成本计算

4．3．3 一期热泵系统的年总成本计算

4．4 燃气锅炉供热系统的成本分析

4．4．1 燃气锅炉供热系统的能量成本计算

4．4．2 燃气锅炉供热系统的非能量成本计算

4．5 二期以后热泵系统的热经济学分析

4．5．1 二期工程系统的(火用)效率

4．5．2 三期工程系统的(火用)效率

4．5．3 二期以后系统的能量成本分析

4．5．4 二期以后系统的非能量成本计算

4．6 二期以后系统的年总成本

4．6 两种供热方式的比较

4．7 本章小结

第5章 全文总结及展望

5．1 全文总结

5．2 论文创新点

5．3 未来展望

致谢

参考文献

个人简介

攻读硕士学位期间所获得研究成果