营房工程光伏直驱空化供热节能减排技术应用研究

摘要

能源作为人类赖以生存的基石，见证着每一次科技的极大进步和生产力质的飞跃，而中国目前面临着诸多能源问题，对此政府提出了能源革命，聚焦清洁供给、电为核心。另外，建筑运行能耗在全年总能耗中占比较重，做好建筑绿色高效供热工作对缓解中国能源问题举足轻重，随着国家实力逐渐雄厚、军队水平持续发展，我军营房建筑供热需求迅速扩大。结合以上两点，预期将助推一波电供热浪潮。　　本文基于课题组已研制出的新型设备提出了一种适用于极寒地区的集加热、加压、软化于一体的空化供热系统，能源供给为光伏直驱，其应用不受环境温度限制，符合部分地处极寒营区的供热需求；其可实现能源自给且绿色高效、安全可靠，能有效缓解我军目前多数营房建筑供热能源短缺、排污严重、效果较差的现状；其结构简单、体型较小，针对我军营房分布“多、散、点”的特点，可作为分布式热源点位供热，同时解决营房同大空间建筑共用热源、冷热失衡的问题；其可远程控制、全自动运行、无需加压及软化水设备，能充分弥补我军营区供热系统维护管理水平较低、软化水设备老化等漏洞，从而改善我军战士生活水平，保障我军战斗力形成。　　为研究该新型供热系统，本文从空化发生原理上分析了空泡内温度及压强分布，并针对本文所述空化发生器结构提出了全新计算方法。同时建立了实验平台和示范工程，对此分别进行了实验测试，采用正平衡法计算得出该空化供热设备热效率随着供回水温度的升高而降低，综合热效率约为98%；出水有0.2~0.3MPa的余压，可完全满足营房建筑的热水循环需求，无需安装额外加压设备；经空化后水呈弱碱性，水中钙镁离子含量明显降低，水的硬度较小，无需额外安装软化水装置。　　根据营房建筑特点采用DesignBuilder建立了建筑模型，经实际运行数据验证，模型误差为4.6%，小于ASHRAE导则指标要求。根据实际情况提出了两种设计方案并分别进行了全寿命周期费用计算，方案一对应偏远地区营房建筑，全寿命周期费用：燃煤＜燃油＜光伏空化，光伏空化供热系统全寿命周期费用仅比燃油锅炉高3%，但减少排放大气污染物1.90t、CO2163.27t，燃煤锅炉虽费用最低，但污染物排放量最高；方案二对应城镇郊区营房建筑，全寿命周期费用：燃气＜光伏空化＜常规电，光伏空化供热系统（有补贴）全寿命周期费用比常规电锅炉低35.27%，比燃气锅炉高出73.00%，但减少排放大气污染物249.02kg、CO2488.20t。光伏空化供热系统全寿命周期费用主要集中在初投资中，其有望随着科学技术的发展成熟和规模化生产得到有效改善。　　综合分析，光伏空化供热系统安全可靠、绿色高效，尤其对于无法使用热泵的高寒营房点位供热优势突出，可完美解决我军在此方面面临的棘手问题。

目录

1 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景

1.2.2我国北方供暖现状

1.2.3我军营房建筑供暖现状

1.2.4我国太阳能应用现状

1.3 课题研究目的及意义

1.4 空化效应国内外发展及研究现状

1.4.3国内发展及研究现状

1.5 课题研究内容及技术路线

1.5.1课题研究内容

1.5.2课题研究技术路线

2 空化基础理论与基本知识

2.1 空化发生原理

2.2 空化发生过程

① 空化数

② 空化（泡）初生

③ 空化（泡）发育

④ 空化（泡）溃灭

2.3 空化基本类型

2.3.2按空化动力特性分类

2.3.3其他分类

2.4 空化效应

2.4.3化学效应

2.5 空化效应应用领域

2.6 水利空化下空泡内气体温度及压强理论推导分析

2.6.1文丘里管空化空泡动力学方程