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高温热泵技术及系统性能研究

陈成敏  
【摘要】:我国余热资源丰富,若能充分回收利用,则可显著提高能源利用效率,节省常规能源,缓解发展与能源之间的矛盾。余热利用主要有换热、高温热泵、发电三种利用方式。目前,由于高温热泵可以提升能源品位,并具有实施简单、技术相对较成熟等优势,因此受到人们的普遍关注。本文针对我国的余热资源的温区范围以及应用目的,研制了新型高温工质BY-3,通过理论计算、实验检测以及工程长期运行验证,确定其最佳运行温区,分析其运行性能,并对集中供热系统进行了经济、环境以及综合性能分析。 本文研制出高温双元混合工质BY-3。其运行参数适合于单级温升为60℃,高温热源温度在60-85℃的工况。计算中提出双元混合工质温度滑移的简单计算模型。并通过相平衡计算以及质量守恒计算理论分析了BY-3的泄漏对单位质量工质循环性能的影响,结果表明该双元混合工质的泄漏对其性能影响较小。之后,给出了双元混合工质泄漏时的简易补充方法。 通过实验检测以及工程运行验证了BY-3的循环性能。通过对BY-3热泵机组与其它机组的对比得出,该工质不宜用于夏季空调工况,在中温热泵工况时其COP与R22热泵机组相当,而在大温升、60-85℃供水温度的工况下, BY-3工质的排气温度低于105℃,排气压力低于1.98MPa,COP较高,利于机组安全、稳定的运行。工程实例验证的结果与实验值的吻合性较好。 对高温热泵集中供热工程进行经济性、环境性以及综合性能分析。经济性分析结果表明,当热泵COP=3时,系统的年运行费用与燃气锅炉系统持平,但比燃煤锅炉系统高约5%。当热泵COP3时,与其他供热系统相比有明显的经济优势,其中当热泵COP=4时,热泵系统可以比燃煤锅炉系统节约10%左右的费用,而与燃气锅炉相比可以节约14%的运行费用;利用生命周期评价的方法对供热系统进行环境影响评价,结果表明当热泵机组COP2.5时,与锅炉供热系统比较有较明显的环境效益。该方法覆盖从能源生产到消耗的整个过程中对环境的影响,并将权重方法、电力结构、标准化数据以及余热利用因素的影响考虑在内,可以更全面的分析系统的环境影响;基于生态效率的方法提出适合于集中供热系统的综合影响评价指标,结果表明,当热泵机组COP3时,热泵供热系统的生态效率高于锅炉系统的。该方法可综合评价系统的经济性、环保性,并避免不同热源、形式、供热面积等因素的影响,可为供热系统方案选择提供参考。


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