基于土壤跨季节蓄取电厂余热的热泵系统变工况特性研究

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随着中国供热规模及民生供热需求的不断增长,既有热源供热能力不足,大规模燃煤供热造成的环境污染等问题日益凸显。挖掘既有热源供热潜力并大力推广应用以土壤源等为代表的清洁热源,成为当前民生供热工作的一项重要任务。基于此,本文提出一种基于土壤跨季节蓄取电厂余热的新型乏汽余热-热水吸收式土壤源热泵系统,并对该系统的变工况特性展开了研究,以期为系统的进一步优化分析及工程应用提供借鉴。首先,针对系统供热节能潜力发掘,以热力学第二定律为指导,本文引入能质系数对常规热电联产集中供热系统热源、热力站以及系统采暖设备末端处存在的不可逆(火用)损失进行量化分析,探讨了其节能潜力。其次,分析了降低一次网回水温度的措施,在此基础上提出新系统,并对新系统热力学完善度进行分析,指出了新系统的优势。针对系统换热特性分析,建立了涵盖吸收式热泵,水-水换热器及地埋管换热器的供热系统模型;针对新系统能耗、环保及经济性分析,引入基于“供热等效电”能耗评价模型,基于单位供热量温室气体及污染物排放量环保评价模型,基于增量投资回收年限经济性评价模型作为系统评价的重要依据。针对新系统的换热特性,以降低新系统供热能耗为目标,分析循环水流速,土壤源侧分集水器连接数目,循环水进出口温度、土壤蓄热温度及供热距离对新系统综合供热能耗的影响,指明了新系统变工况换热特性优化方向。以实际工程案例为例,与常规热电联产燃煤锅炉集中供热系统进行对比分析,显示出新系统具有良好的节能性,环保性与经济性。大幅度降低了供热能耗及污染物排放量,经济效益显著。
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