海水源热泵区域供热供冷系统3E评价

摘要

发展新能源和可再生能源是优化我国能源结构和改善环境质量的要求。作为一项可再生能源利用技术，海水源热泵区域供热供冷系统日益引起国内关注，但该技术在中国规模化应用前，需要对系统进行经济、能源和环境影响的综合评价，从而为工程提供决策依据。而在系统的评价过程中，除了要分析系统运行能耗外，还应考虑建造过程的环境影响和对水体生态环境的影响。本论文按照系统运行过程能耗模拟、运行过程海水热扩散、建造过程的环境影响和系统经济、能源和环境评价四部分展开研究。 首先，对海水源热泵区域供热供冷系统的运行能耗进行了分析。根据检索文献，目前区域供冷工程冷冻水供回水实际温差通常低于设计值，而供回水温差大小显著影响系统的能耗。本文在分析其原因的基础上建立了区域供冷温差模型，然后在建立典型建筑负荷模型、管网压降模型、热泵机组模型、水泵模型和控制策略后，并结合两个大型的示范工程对系统的能耗进行了模拟。研究结果表明建筑物负荷特性和系统的供冷半径是影响能耗的主要因素，在此类系统决策过程中应首先考虑。 其次，对系统运行过程中海水热扩散的环境影响进行了分析。采用深度平均二维方程对研究区域的中远流场和温度场进行了模拟，研究结果表明，排放区域远场的温升远小于国家排放标准，不会给受纳水体带来明显的“热影响”；对排水口附近区域进行了三维近场模拟，研究结果表明，排水口附近有小范围区域温升超过国家标准。为对海洋热污染程度进行定量分析，根据温排水影响区域的物种消失比例，提出利用生态破坏因子建立海水温升与水体生态环境的量化关系。 然后，对海水源热泵区域供热供冷系统建造过程的环境影响进行分析，包括区域供热供冷管网及主要设备的生产和安装过程。通过对国内统一施工定额数据进行搜集、整理建立了区域管网施工环节能耗和材料消耗数据库，利用终点破坏法完成了区域管网的生命周期评价。另外，针对我国目前许多材料的生命周期数据清单缺乏，对设备进行细致环境影响评价存在困难的现状，利用含能数据结合外推方法解决国内部分数据缺乏的难题，完成了热泵站中主要设备生产过程的环境影响评价。 最后，提出一种新的经济、能源和环境影响的综合评价方法—净环境成本法。该数值反映了目前采用新技术条件下单位环境负荷改善所需要的实际经济成本，为今后对系统进行综合评价提供新的思路。利用该方法对两个工程进行了3E评价，研究结果可为今后同类工程提供技术决策指导。

目录

文摘

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声明

第一章 绪论

1.1课题背景与意义

1.2海水源热泵区域供热供冷系统综合评价需要解决的主要问题

1.3 LCA研究和应用综述

1.4区域供冷系统能耗模拟综述

1.5温排水扩散对水体生态环境影响的综述

1.6 3E评价方法综述

1.7本课题研究内容和技术路线

第二章 海水源热泵区域供热供冷系统运行能耗模拟

2.1概述

2.2运行能耗模拟用模型的建立

2.3小平岛项目运行过程能耗分析

2.4星海湾项目运行过程能耗分析

2.5本章小结

第三章 大型海水源热泵系统海水热扩散数值模拟

3.1概述

3.2中远场排放数值模拟

3.3小平岛海水源热泵工程温排水热扩散数值模拟

3.4星海湾海水源热泵工程温排水热扩散数值模拟

3.5海水源热泵系统温排水热扩散近场模拟

3.6近场模拟计算结果及分析

3.7非定流数值模拟

3.8海水热污染对水体生态环境影响的定量分析

3.9本章小结

第四章 海水源热泵系统建造过程的环境影响评价

4.1概述

4.2 LCA评价模型

4.3预制直埋保温管道生产和安装的LCA评价

4.4集中热泵站主要设备生产的LCA评价

4.5本章小结

第五章 海水源热泵区域供热供冷系统3E评价-案例研究

5.1概述

5.2 LCC和LCA集成研究-净环境成本法

5.3星海湾海水源热泵区域供热供冷系统3E评价

5.4小平岛海水源热泵区域供热供冷系统3E评价

5.5本章小结

结 论

附录 星海湾和小平岛海水源热泵区域供热供冷项目概述

参考文献

攻读博士学位期间发表学术论文情况

致 谢