[发明专利]不同环境下的最佳供暖方式的甄选方法

摘要

一种不同环境下的最佳供暖方式的甄选方法,其特征在于：该方法步骤包括供暖方式分析、各系统能效计算方法及算例与分析方法。本发明将几种供暖方式的能效进行深入的比较与分析后，从而探讨出了不同环境下的最佳供暖方式，其很好的解决了以往所存在的问题，利于在供暖领域推广应用。

主权项

1.一种不同环境下的最佳供暖方式的甄选方法,其特征在于：该方法步骤包括供暖方式分析、各系统能效计算方法及算例与分析方法；该方法的具体步骤如下：供暖方式分析(1)、集中供暖方式集中供暖系统，即由供热站通过大型管网将热量输送至各居民用户，假定每个热用户暖气系统内的水流量为m_i，进出水的温度分别为t_i与t′_i，那么可以定义供暖系统的供热效率η_h为：式中h_i与h′_i分别对应温度为t_i与t′_i时的热水焓值，h与h＇分别代表供热站出水与回水的焓值；(2)分布式供暖系统与集中供暖系统相比，分布式供暖系统是以大型建筑物、学校、医院或居民小区为单位的热用户，从供热规模上看，要远远小于集中供暖系统；分布式供暖系统的热源是小型的热水或蒸汽锅炉，或是小型燃气热电联产机组，或者采用大型的压缩式热泵系统，以电力为动力，从环境空气、河水或土壤中抽取热量进行供暖；各系统能效计算(1)热水锅炉：对于小型采暖锅炉供暖系统，假定锅炉效率为η_b，同时忽略掉锅炉所消耗的电量W₂，那么小型锅炉供暖系统的热能利用系数为：λ_h＝η_bε_aη_h                        (2)式中ε_a为吸收式热泵的制热系数，对于没有吸收式热泵的热水锅炉，ε_a＝1；(2)、燃煤热电联产集中供暖系统对于燃煤热电联产机组，定义汽轮机的发电效率为：式中W_f为汽轮机的发电量，Q₃为进入汽轮机的热量，或不考虑管道损失时为锅炉的输出热量；定义汽轮机的热电比为：式中Q₅为汽轮机的供热量；此时燃煤热电联产集中供暖系统的供电系数为：λ_e＝η_bη_t(1‑l)                     (5)式中l为厂用电率；热能利用系数为：λ_h＝η_bη_tαε_aη_h                     (6)对于没有吸收式热泵的系统，ε_a＝1；(3)燃气热电联产集中供暖系统假定燃机效率为：那么燃气热电联产集中供暖系统的供电系数为：λ_e＝(η_g+η_bη_t‑η_gη_bη_t)(1‑l)       (8)热能利用系数为：λ_h＝(1‑η_g)η_bη_tαε_aη_h               (9)ε_a＝1；(4)、小型分布式燃气热电联产机组：小型分布式燃气热电联产机组由于规模较小，不采用联合动力循环，而是由发动机的排气产生热水或蒸汽直接供暖，当然，为了提高供暖量，用余热锅炉所产生的热水或蒸汽驱动吸收式热泵，分布式燃气热电联产机组采用小型燃气轮机为动力装置，或采用大型燃气内燃机为动力装置，对于以小型燃气轮机为动力装置的热电联产机组，其供电系数为：λ_e＝η_g(1‑l)                      (10)热能利用系数为：λ_h＝(1‑η_g)η_bε_a                   (11)ε_a＝1；(5)、压缩式热泵系统：该系统为电力驱动的大型压缩式热泵，为了分析方便，假定该大型热泵由大型超超临界纯凝式火力发电机组所发电力驱动，因此如果热泵的制热系数为ε_c，大型超超临界纯凝式火力发电机组与热泵组合系统的供电系数为：算例与分析(1)、小型锅炉供暖系统：采用小型锅炉为热源的供暖系统，由于锅炉的容量比较小，所以锅炉效率也相对较低，在计算中取锅炉效率为0.8～0.85，但是因为锅炉的出水温度或蒸汽温度可以较高，所以吸收式热泵的制热系数可以较大，取吸收式热泵的制热系数为1.65～2.5；对于分布式小型锅炉供暖系统，由于供热管路距离很短，则有η_h≈1，而对于大型集中供暖系统，管网效率取值为0.5～0.9，系统能效计算结果如表1所示；表1 小型锅炉供暖系统能效系数在表1中可以看出，采用吸收式热泵以后，供暖系统的能效系数要远远大于无热泵系统；另外，由于管网的散热较大，所以分散式的供暖系统其能效系数要高于集中供暖系统；(2)、燃煤热电联产集中供暖系统：为了便于同小型锅炉供暖系统的比较与分析，定义了热电联产机组总的供热系数为：λ_t＝λ_h+q                       (14)式中q为电量折算供热量：q＝ε_ce                          (15)式中e为外供电量；计算中取大型压缩式热泵的制热系数ε_c＝3～5，燃煤热电联产集中供暖系统计算参数见表2；在表2中，由于燃煤热电联产机组的容量范围较大，既有小型背压式机组，也有大型抽凝式汽轮发电机组，所以锅炉效率的取值范围也比较大，同样的，汽轮机的发电效率以及厂用电率取值范围也较大；在计算中热电比的取值最小为0.5，取最大值时意味着该机组为背压式机组；此外，由于热电联产机组的供暖热源为抽汽或汽轮机排汽，所以其参数不可能太高，因此如果以抽汽或汽轮机排汽为吸收式热泵的驱动热源，那么吸收式热泵的制热系数相对会低，因此在本部分中吸收式热泵的制热系数取值为1.65～1.85；在表2中可以看出，对于有吸收式热泵的燃煤热电联产集中供暖系统其供热系数与总的供热系数均要超过没有吸收式热泵的机组，而在现实中，也有越来越多的热电联产机组开始安装吸收式热泵来提高机组的供暖功率，背压机配合吸收式热泵则机组的节能效果更好，此外，随着汽轮机发电效率的提高，机组的最大供热效率不断降低；表2 燃煤热电联产集中供暖系统计算参数(3)、燃气联合动力循环热电联产系统：以天然气为燃料的联合动力循环热电联产集中供暖系统的能效计算参数取值范围见表3，燃气热电联产机组能效计算结果见表4；表3 以天然气为燃料的联合动力循环热电联产集中供暖系统的能效计算参数取值范围表4 燃气热电联产机组能效计算结果从表4中可以看出，由于联合动力循环机组的供电系数很高，所以其供热系数较低，即使增加了吸收式热泵以后也要低于燃煤热电联产机组，但是如果计算了总的供热系数以后，则供热系数很高，大大超过了燃煤热电联产机组；(4)、分布式燃气热电联产系统：表5 分布式燃气热电联产系统计算参数取值范围以天然气为燃料的分布式热电联产供暖系统的能效计算参数取值范围见表5，计算结果见表6；由于小型燃气轮机或内燃机的排气温度很高，不低于400℃，所以余热锅炉内所产生的热水或蒸汽的温度也很高，因此吸收式热泵的制热系数较高，另外，除了必要的照明及水泵的耗电之外，小型分布式燃气热电机组的自身耗电量较少，所以厂用电率近似为0；表6 分布式燃气热电联产系统能效计算结果在表6中，由于内燃机的气缸冷却水中所携带的热量也能够供热，所以对于没有热泵的分布式燃气热电联产系统，其供热系数大致相等，但因为大型内燃机的热效率稍高于小型燃机的效率，所以无热泵时总的供热系数要更高，但如果有吸收式热泵时，因为小型燃机排气中所含热量更多，因此带有吸收式热泵的分布式燃气热电联产系统总的供热系数更高；(5)、压缩式热泵系统：对于热泵供暖系统，是小型家用空调，或是大型压缩式热泵，其压缩式热泵系统能效系数见表7；表7 压缩式热泵系统能效系数从表7中可以看出，由于大型超超临界机组的锅炉效率、汽轮机效率很高，同时厂用电率很小，所以其供电系数很高，配合大型压缩式热泵以后，总的供热系数较高；(6)各系统的综合对比与分析：通过对不同供暖系统性能参数的计算可以发现，大型燃气联合动力循环热电联产系统具有最高的性能系数，其次是分布式燃气热电联产供热系统，而性能系数最低的是不安装吸收式热泵的小型锅炉采暖系统，因此在燃气供应充足、环保要求较高的区域可以根据实际热负荷的大小建设大型燃气联合动力循环热电联产机组或分布式燃气热电联产供热系统，如果与吸收式热泵组合，在冬季除了可以满足供暖需求以外，还能在夏季利用发电余热提供制冷服务，实现热电冷三联供，即使在天然气供应不充分地区，在不能配套安装吸收式热泵机组情况下，小型锅炉采暖系统也不建议使用，采用大型压缩式热泵或热电联产机组提供供暖服务可能是更好的选择。