水源热泵与燃气锅炉联合供热系统的方案研究

摘要

水源热泵作为可再生能源利用系统，既减少了对环境的污染又减少了能源的消耗，并且在实际工程中得到了较为广泛的应用。但是，水源热泵供热系统在冬季室外温度较低时能源效率很低，从而导致热泵机组的制热量降低耗电量增加，并且一般情况下水源热泵供热系统的初投资比传统的供热系统的初投资要高很多。所以，在保持水源热泵节能环保特点的同时，适当降低系统的投资与运行费用，可以采用水源热泵与传统能源联合的方式供热。
　　本文针对水源热泵与燃气锅炉联合供热系统展开研究，水源热泵采用一级热泵系统，低温热源侧采用直接连接的方式，并且为了提高能源利用率，与燃气锅炉采用串联的连接方式。研究该联合供热系统的目的是为了提高系统的经济性和节能性，本文综合考虑设计工况与多种可行的运行调节策略，寻求经济与节能方面更加合理的系统方案。
　　首先，需要建立联合供热系统的能耗和经济性模型，系统的能耗主要为系统主要设备的能耗，包括:水源热泵，燃气锅炉和水泵，分别建立其能耗数学模型;系统的经济性分析主要是对系统的初投资和运行费用的分析，需要结合系统热源的设计分配比例和系统的运行调节来进行分析;并建立联合供热系统的约束调节。
　　其次，分析联合供热系统的热源设计方案和运行调节方式，热源的设计方案需要结合系统的运行经过试算才能确定;建立不同调节方式下热用户侧和低温热源侧各供热参数的数学模型，包括:热用户侧的供回水温度和热水流量，水源热泵蒸发器侧的出口温度和流量，水源热泵与燃气锅炉两者联合运行时水源热泵冷凝器侧的出口温度;并结合主要设备能耗数学模型来分析不同调节方式下系统的能耗和经济性。
　　最后，结合某工程案例，通过matlab编程进行详细计算，分析在不同热源设计方案下各调节方式的适用性，得到水源热泵与燃气锅炉以适当配比构成联合供热系统能够取得比水源热泵单一热源供热系统更加经济合理;然后，对初投资、能源价格和标准收益率的敏感性进行分析;最后，对联合供热系统末端形式为散热器和辐射板两种情况下进行比较，得出供热末端的改变对最佳的水源热泵承担的设计负荷比的影响小。通过对案例的分析，得出水源热泵承担的设计负荷比为0.61时经济性最好，相对于燃气锅炉供热系统能耗节省7.6％，费用年值节省6.5％，相对于与水源热泵系统费用年值节省3.9％，其结果对实际工程具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源及研究的目的和意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题的研究目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 研究内容

2 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统目标函数模型

2．1 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统能耗目标函数模型

2．1．1 水源热泵数学模型

2．1．2 燃气锅炉数学模型

2．1．3 水泵数学模型

2．2 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统经济性目标函数模型

2．2．1 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统初投资

2．2．2 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统运行费用

2．3 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统约束条件

2．4 本章小结

3 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统设计和运行调节的研究

3．1 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统的设计方案

3．1．1 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统设计方式

3．1．2 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统设计流程

3．2 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统的运行调节分析

3．2．1 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统调节方式

3．2．2 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统热用户侧的数学模型

3．2．3 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统低温热源侧的数学模型

3．2．4 不同调节方式的能耗和经济性分析

3．3 本章小结

4 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统案例分析

4．1 工程概况和系统简述

4．1．1 供热季室外气象参数

4．1．2 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统的设计方案

4．2 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统能耗和经济性分析

4．2．1 主要设备的能耗模型

4．2．2 不同调节方式调节参数的确定

4．2．3 不同调节方式能耗和经济性对比分析

4．2．4 不同设计方案的分析

4．3 水源热泵与燃气锅炉联合供热系统敏感性分析

4．3．1 初投资的敏感性分析

4．3．2 能源价格的敏感性分析

4．3．3 标准收益率的敏感性分析

4．4 末端采用辐射板时水源热泵与燃气锅炉联合供热系统的分析

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢