摘 要:從能量轉(zhuǎn)換及一次能源利用系數(shù)角度對燃?xì)庵评涔┡膸追N方式進(jìn)行了分析,指出應(yīng)從整個系統(tǒng)出發(fā)計算系統(tǒng)的綜合一次能源利用系數(shù),并作為評價系統(tǒng)性能的一個重要指標(biāo)。
關(guān)鍵詞: 燃?xì)猓?制冷供暖 ; 能量轉(zhuǎn)換; 一次能源利用系數(shù)
1 引言
燃?xì)獍ㄌ烊粴?、人工煤氣、液化石油氣和沼氣,其中人工煤氣為煤等固體燃料干餾或氣化而來,屬二次能源。由于人工煤氣生產(chǎn)過程中的污染問題,在發(fā)達(dá)國家基本已淘汰,在我國燃?xì)獾谋壤幸仓饾u減少。本文主要指天然氣、液化石油氣燃燒效率高、污染小,是一種清潔的一次能源。過去燃?xì)庠谖覈饕峭ㄟ^燃?xì)庠?、燃?xì)鉄崴魈峁┥钣脽幔约叭細(xì)忮仩t、燃燒器等提供生產(chǎn)用熱。隨著我國社會的發(fā)展,人民生活水平的不斷提高,制冷供暖高速發(fā)展,其能耗越來越大??總鹘y(tǒng)的電制冷方式,則需不斷加大電網(wǎng)高峰負(fù)荷,這樣使得峰谷差值增大,電網(wǎng)負(fù)荷率減少,電力系統(tǒng)負(fù)荷特性劣化。“1998年約有2000萬kW裝機(jī)容量僅在高峰時段運(yùn)行數(shù)百小時,發(fā)電資源浪費很大。”顯然這與電力制冷負(fù)荷有密切關(guān)系[1]。而傳統(tǒng)的燃煤鍋爐供暖的低效率、大污染的弊端也越來越為人們所重視。燃?xì)夤┡壤哟螅沟梦覈細(xì)舛募救沼脷饬肯嗖詈艽?,燃?xì)夤芫W(wǎng)能力夏季處于閑置狀態(tài),利用燃?xì)庵评淇筛纳齐娏ω?fù)載率,填補(bǔ)燃?xì)庀募镜牡凸?,實現(xiàn)資源的充分和均衡利用。目前國內(nèi)已有燃?xì)夤緸橥茝V燃?xì)馐褂梅秶鉀Q夏季管網(wǎng)閑置問題,擬實行分季計價政策,夏季燃?xì)庥脩粼跉鈨r、管網(wǎng)投資等各類費用上可享受優(yōu)惠。同時我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整,國家的環(huán)?;緡咭脖貙⑹谷?xì)庵评涔┡壤鹉暝黾印?br>2 燃?xì)饣瘜W(xué)能→熱能→制冷、供暖
2.1 燃?xì)怛?qū)動吸收式熱泵用于制冷、供暖
吸收式熱泵工作原理見圖1,理想的吸收式熱泵有 Tc= Ta= Tm(中間溫度)。加入系統(tǒng)的能量有燃?xì)庖淮文茉吹墓崃縌g、溶液泵消耗的功WP,因為WP << Qg,忽略WP ,則其最大制熱性能系數(shù)、制冷系數(shù)等于相應(yīng)一次能源利用系數(shù):
式中 εh,a,Eh,a—分別為吸收式熱泵制熱性能系數(shù)和一 次能源利用系數(shù);
εr,a,Er,a—分別為吸收式熱泵制冷性能系數(shù)和一次 能源利用系數(shù)。
Tc,Ta,Tm— 分別為冷凝溫度、吸收溫度以及在 理想的吸收式熱泵循環(huán)中Tc=Ta時相對冷 源溫度和熱源溫度之間的中間溫度;
Tg,Te—分別為發(fā)生溫度和蒸發(fā)溫度。
對于同溫度范圍的壓縮式逆卡諾循環(huán)(見圖2右部),其制熱性能系數(shù)、制冷性能系數(shù)永遠(yuǎn)大于吸收式熱泵:
式中εh,c,Er,c—分別為逆卡諾循環(huán)制熱性能系數(shù)、制冷 性能系數(shù)。
但從一次能源利用來看,電動機(jī)驅(qū)動的壓縮式逆卡諾循環(huán)的一次能源利用系數(shù)為:
式中 εh,c,Er,c—分別為逆卡諾循環(huán)制熱、制冷時的一次 能源利用系數(shù);
η—為發(fā)電效率和輸配效率之積,煤變電時約為 0.27,大型燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電廠約為0.46。
供暖時,若取Te =264K(-9℃),η=0.27,令
則可得Tg > 361.6K(88.6℃),制冷時,若取Tc = Tm = 306.2K(33.2℃),則Tg > 419.5K(146.5℃),理想的吸收式熱泵的一次能源利用系數(shù)就大于電驅(qū)動的壓縮式循環(huán)。燃?xì)庾冸?#951;=0.46,Tg相應(yīng)取得高些,分別為216℃,294℃。
目前燃?xì)馕帐綗岜?#949;h,a>1.0,單效直燃機(jī)ε r,a= 0.7,雙效直燃機(jī)為1.1,新的三效機(jī)組有望達(dá)到1.4~ 1.5。當(dāng)然,若考慮電廠余熱的綜合利用,就不應(yīng)孤立地評價某一個設(shè)備的一次能源利用系數(shù),而應(yīng)從整個系統(tǒng)出發(fā),來計算系統(tǒng)的綜合一次能源利用系數(shù),并以此為依據(jù)來評價系統(tǒng)的好壞。對于燃?xì)馕帐綗岜萌裟芡瑫r制冷、供暖,如夏季向建筑提供制冷的同時提供洗澡等生活用或生產(chǎn)用熱,冬季向建筑提供供暖的同時提供生產(chǎn)用冷量,無疑一次能源利用系數(shù)將大大提高。
2.2 燃?xì)馊紵苯庸┡?/b>
利用燃?xì)馊紵a(chǎn)生的熱能直接供暖的方式有:
(1)區(qū)域燃?xì)忮仩t房(適宜于幾十萬m2建筑面積)。 一次能源利用系數(shù)為鍋爐燃燒效率ηb與熱網(wǎng)效率η1,熱力站或用戶引入口二次換熱效率η2之積:
(2)集中鍋爐房(十幾萬m2建筑面積) 。一次能源利用系數(shù)為:
(3)直燃機(jī)(供暖時相當(dāng)于一真空鍋爐)、組合式鍋爐、落地式容積式燃?xì)忮仩t、戶用壁掛爐、燃?xì)饧t外線輻射器、燃?xì)馀L(fēng)機(jī),無室外管道熱損失。一次能源利用系數(shù)為設(shè)備的燃燒效率:
2.3 燃?xì)饧訜犭姛岜?/b>
利用燃?xì)舛炯訜岱煮w式電熱泵的室外機(jī)以提高熱泵的出力時一次能源利用系數(shù):
3 燃?xì)饣瘜W(xué)能→熱能→機(jī)械能→驅(qū)動熱泵制 冷、供暖
3.1 利用汽輪機(jī)驅(qū)動熱泵
燃?xì)忮仩t產(chǎn)生蒸汽推動汽輪機(jī),再驅(qū)動熱泵,要考慮汽輪機(jī)消耗的功、效率和余熱,一次能源利用系數(shù)為:
3.2 利用燃?xì)獍l(fā)動機(jī)驅(qū)動熱泵
燃?xì)獍l(fā)動機(jī)按工作原理不同有燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)兩種,從機(jī)器結(jié)構(gòu)形式上有透平式和往復(fù)式。一次能源利用系數(shù)計算公式同公式(11),(12),ηtur=0.37~0.42,ηinter=0.25~0.45。燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動熱泵制冷、供暖工作原理見圖2。
燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)以燃料在汽缸中燃燒時生成的燃燒產(chǎn)物為工質(zhì)做功帶動壓縮機(jī),在夏季通過吸收室內(nèi)的熱量排出室外完成制冷循環(huán),在冬季,則由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),吸收室外熱量和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)排出的熱量送入室內(nèi),達(dá)到供暖的目的。實際運(yùn)行結(jié)果,無回收缸體冷卻熱時, Eh= 0.9~1.0 ;回收汽缸余熱時,會有所提高;同時制冷供暖時,Eh可達(dá)1.74[3]。 目前這種燃?xì)獍l(fā)動機(jī)驅(qū)動空調(diào)示范項目已在北京正式開通運(yùn)行,效果良好。
4 燃?xì)饣瘜W(xué)能→電能→制冷、供暖
4.1 燃?xì)饣瘜W(xué)能變電能
燃?xì)饪梢酝ㄟ^蒸汽輪機(jī)發(fā)電,也可以通過燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電;可以通過以上設(shè)備單獨發(fā)電,也可以熱電冷三聯(lián)供;可以是熱電站發(fā)電,也可以是小型燃?xì)廨啓C(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)小范圍熱電聯(lián)產(chǎn),而且小范圍熱內(nèi)的聯(lián)產(chǎn)能源利用率更高些,見表1。
4.2 電變熱用于供暖
電可通過電熱膜、電暖風(fēng)機(jī)、電油汀、電輻射供暖器等直接向室內(nèi)供暖,根據(jù)發(fā)電效率、輸變電損失率和電制冷制熱的性能系數(shù),以及余熱利用情況,就可以計算出系統(tǒng)的綜合一次能源利用系數(shù)。
5 結(jié)語
(1)燃?xì)庥糜谥评?、供暖方式有多種,其中燃?xì)庾冸娫儆糜谥苯庸┡囊淮文茉蠢孟禂?shù)最小。其次是燃?xì)庵苯尤紵糜诠┡?,兩種方式的一次能源利用系數(shù)都小于1.0。燃?xì)怛?qū)動熱泵方式能源利用系數(shù)較高,利于節(jié)能。
(2)同時制冷、供暖的燃?xì)鉄岜媚茉蠢孟禂?shù)最高,應(yīng)優(yōu)先考慮這種方案的可行性。利用燃?xì)獍l(fā)動機(jī)、吸收式制冷機(jī)和余熱鍋爐實現(xiàn)住宅小區(qū)冷熱電聯(lián)產(chǎn),系統(tǒng)的綜合一次能源利用系數(shù)可以大大提高,應(yīng)該是集合住宅空調(diào)冷熱源今后的發(fā)展趨勢。
(3)應(yīng)從整個系統(tǒng)出發(fā),計算系統(tǒng)的綜合一次能源利用系數(shù),作為評價系統(tǒng)性能的一個重要指標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
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