污水源热泵空调系统技术经济性研究

摘要

能源与环境是可持续发展的两大主题。目前以燃烧石化原料为主的建筑物供暖空调不仅能耗量大，而且污染环境。城市污水水量巨大，温度适宜，属清洁可再生能源，是暖通空调非常重要的不可多得的新能源。本文主要对以城市二级污水为冷热源的热泵空调系统进行了系统的技术经济性研究，旨在能指导污水源热泵空调系统更好地推广应用。 (1)对全国范围内的主要城市污水的排放情况进行了资料收集，重点对南京地区的城市二级污水的水源特点进行了现场调查，包括污水的水质特点，污水的温度与水量随季节与时刻的变化特点，同时还对南京地区的污水处理厂的分布和各污水厂的二级污水排放量进行了调查，所总结的数据与曲线对该能源的规模开发利用具有重要价值。 (2)利用<火用>分析方法比较了R22、R134a、R407C三种不同工质时污水源热泵空调系统的热力学性能，得出R407C是R22理想替代工质的结论，比较了污水源热泵空调系统、空气源热泵冷热水机组、冷水机组+燃气锅炉这三种不同方案夏季制冷和冬季供热工况的COP、机组总<火用>效率、一次能源利用率等。夏季制冷季节，各方案中污水源热泵空调系统的COP值最高，比冷水机组高26％左右，比空气源热泵冷热水机组高37％左右；各方案中污水源热泵空调系统的总<火用>效率最高，达到38％左右。冬季供热季节，污水源的一次能源利用率PER<,HP>最高可达到1.3，污水源热泵的冬季总<火用>效率达到53％左右。 (3)提出了经济性分析的原则和冷热源的热经济学模型及供冷(热)成本模型，比较了三种冷热源方案的初投资和年总成本，污水源热泵空调机组的单位制冷成本比空气源冷热水机组低20％，比冷水机组+锅炉低26.2‰污水源热泵空调机组的单位供热成本比空气源冷热水机组低17.4 ％，比冷水机组+燃气锅炉低89.8％。分析了能源价格对运行成本的影响，各个方案比较存在热电价格平衡点。 (4)以城市二级污水为冷热源的热泵空调系统，具有良好的环保效益，利用100m<'3>污水量的热能，污水源热泵空调机组在夏季制冷工况时，相对于冷水机组CO<,2>的削减量为0.238kg，S02的削减量为1.681g；相对于空气源热泵机组CO<,2>的削减量为0.265kg，SO<,2>的削减量为1．868g。冬季供热工况时，相对于燃气锅炉CO<,2>的削减量为1.157kg，SO<,2>的削减量为8.169g；相对于空气源热泵机组CO<,2>的削减量为0/227kg，SO<,2>的削减量为1.6g。 通过本文分析，不难看出污水源热泵空调系统节能和环保效益显著，将为全国建设小康社会提供新的清洁再生能源，实现能源结构的优质化转变，如今环境保护和可持续发展列入国家发展纲要，污水源热泵在我国的应用与推广将会有广阔的前景。

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文摘

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声明

第一章 绪论

1.1课题的研究背景

1.1.1我国的能源和环境状况

1.1.2城市污水是理想的冷热源

1.2国内外研究及应用现状

1.2.1国外研究及应用现状

1.2.2国内研究及应用现状

1.3本课题的研究内容及意义

第二章 (火用)分析方法基础

2.1基本概念

2.1.1系统、环境与(火用)

2.1.2热量(火用)和冷量(火用)

2.2(火用)平衡、(火用)损失与(火用)效率

2.2.1(火用)平衡方程与(火用)损失

2.2.2闭口系统的(火用)平衡与(火用)损失

2.2.3稳定流动系统的(火用)平衡与(火用)陨失

2.2.4换热器的(火用)平衡与(火用)损失

2.2.5(火用)效率

2.2.6(火用)损率与(火用)损系数

2.3本章小结

第三章我国城市污水水源状况及其资源化研究

3.1城市污水污染物质及处理过程

3.2城市污水的特点

3.2.1城市污水的水量

3.2.2城市污水的水温

3.2.3城市污水的水质

3.3城市污水的热能利用

3.4本章小结

第四章 污水源热泵空调系统的技术分析

4.1污水源热泵空调系统的流程简介

4.2机组的热力特性及能量分析与(火用)分析

4.2.1压缩机运行特性及能量分析与(火用)分析

4.2.2换热器的传热特性及能量分析与(火用)分析

4.2.3膨胀阀的热力特性及能量分析与(火用)分析

4.2.4整个机组的能量分析与(火用)分析

4.3不同工质条件下污水源热泵空调机组热力学性能的计算分析

4.3.1夏季制冷工况时系统热力学性能计算分析

4.3.2冬季供热工况时系统热力学性能计算分析

4.3.3冷水机组+燃气锅炉系统的热力学性能计算分析

4.3.4空气源冷热水机组的热力学性能计算分析

4.3.5污水源热泵空调系统与其他冷热源形式的比较

4.4本章小节

第五章 污水源热泵空调系统的经济性分析

5.1经济性分析的基本原则

5.2热经济学分析方法

5.3热经济模型的建立和供冷(热)成本的表达式

5.3.1冷热源方案

5.3.2各方案的热经济模型和供冷(热)成本表达式

5.4实例计算分析

5.4.1各方案总投资及制冷、供热成本的分摊

5.4.2各方案制冷、供热成本的计算

5.5能源价格对运行成本的影响分析

5.5.1各方案单位制冷量和单位供热量运行成本的表述

5.5.2各方案单位制冷量和单位供热量运行成本的实例计算分析

5.6本章小结

第六章 污水源热泵空调系统的环保性能分析

6.1能源消耗对环境的影响

6.2制冷剂的使用对环境的影响

6.3污水源热泵机组的节能特点所带来的环境效益

6.4本章小结

第七章 结论与展望

参考文献

致谢

研究生期间所发表论文