（工程热物理专业论文）新建居民住宅小区供暖技术方案研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 本论文以北京城市供热现状为依据，以解决新型住宅小区供暖为前提，以清洁 燃料天然气的高效、清洁利用为目标，以低品位化供热的单耗分析为基础，以集中 供热分户计量为手段，介绍适合新兴住宅小区特点的低品位化供热的燃气蒸汽联 合循环供暖系统。该系统与常规锅炉方案相比，节能效果显著；与电驱动热泵供暖 方案相比，可靠性高；实在是一种值得关注的城市天然气消费方式。 本论文结合实际案例对低品位化供热的燃气一蒸汽联合循环系统进行了节能和 环保性能分析。案例分析结果迸一步表明，低品位化供热的联合循环系统带来的是 绿色经济，它不仅有助于促进北京市的可持续发展，还有助于建设节约型、环境友 好型社会。 关键词：节能环保低品位化供暖天然气联合循环系统 t h ep a p e rt a k e st h eb e i j i n gc i t yh e a t i n gp r e s e n ts i t u a t i o na st h eb a s i s ，t a k e ss o l v i n g t h en e wr e s i d e n t i a ld i s t r i c t sh e a t i n gs h o u l d e ra st h ep r e m i s e , t a k e st h eh i g h l ye f f e c t i v e a n dc l e a nu i t i l i z a t i o no ft h ec l e a nf u e ln a t u r a lg a sa st h eg o a l ，t a k e st h es i n g l e c o n s u m p t i o no ft h el o w - g r a d eh e a t i n ga st h er e a s o n ，t a k e st h et h es e p a r a t e dh o u s e h o l d m e a s u r e m e n to ft h ec e n t r a l i s mh e a t s t h em e t h o d ，i n t r o d u c e sas u i t a b l eh e a t i n gw a y l o w - g r a d eh e a t i n g sf u e lg a s _ s t e a mu n i o nc i r c u l a t i o nh e a t i n gs y s t e mf o ro ft h en e w r e s i d e n t i a ld i s t r i c t sc h a r a c t e r i s t i c i ti sf o u n dt h a ti nc o m p a r i s o nw i t hc o n v e n t i o n a ls y s t e m i tc o n s u m e sf a rl e s sf o s s i lf u e l a g a i n s tt h ee l e c t r i c a l l yd r i v e nh e a tp u m p ，i tp r o v i d e sa m o r er e l i a b l eo p e r a t i o n t h i si si m p o r t a n tb e c a u s ei nc h i n an a t u r a lg a si sr e l a t i v e l y s c a r c ea n dt h ep e a kd e m a n da p p e a r sn o r m a l l yi nh e a t i n gs e a s o n s t h ep a p e ra n a l y s i st h e e n e r g y c o n s e r v a t i o na n dt h ee n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n p e r f o r m a n c eo fl o w - g r a d eh e a t i n g s f u e lg a ss t e a mu n i o nc i r c u l a t i o nh e a t i n gs y s t e m u n i o naa c t u a lc a s e t h ec a s e sa n a l y s i sr e s u l tf u r t h e ri n d i c a t e dt h a tl o w l ys a v o r s h e a t i n g sf u e lg a s _ s t e a mu n i o nc i r c u l a t i o nh e a t i n gs y s t e mb r i n g sag r e e ne c o n o m y , i ti s n o to n l yh e l p f u li np r o m o t e sb e i j i n g ss u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，b u ta l s oh e l p f u lt o c o n s t r u c t i o ne c o n o m y ，t h ee n v i r o n m e n tf r i e n d l ys o c i e t y w a n gg a n g ( t h e r m a le n g i n e e r i n gp h y s i c s ) d i r e c t e db yp r o f h us h a n g a o k e yw o r d s ：e n e r g y c o n s e r v a t i o n , e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ，l o w g r a d e ，h e a t i n g g a s ， u n i o nc i r c u l a t i o nh e a t i n gs y s t e m 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文新建居民住宅小区供暖技术方案 的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：世日期：毕彩 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位涂文；同意学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名 日 期：冱望： 形 、乏 雅 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题研究的背景及意义 第一章绪论 能源是发展社会生产和提高人民生活水平的重要物质基础，是推动国民经济的 强大动力。我国目前正处在经济快速增长时期，需要大量的能源来保证经济的发展。 但是我国人均能源资源不足，同时能源利用效率相对较低，这些都成为我国经济和 社会可持续发展的一个重要限制因素。因此，人类除了继续寻找开发新型能源外， 还应及早解决节约能源，合理用能，提高能源利用率等问题。 改革开放以来，我国在能源领域实行“开发与节约并重，把节约放在首位”的 方针，能源开发与节约工作均取得重大进展，能源利用效率有所提高。1 9 8 0 2 0 0 0 年，实现了以能源翻一番、经济增长翻两番、以能源的低增长支持经济的高增长的 目标，保证了支撑国民经济发展的能源需要但我国能源利用效率仍明显低于发达 国家，节能潜力仍然很大，节能工作任重道远。 目前，要实现可持续发展的能源战略必须要有2 个根本性转变：一是要求将节 能至于能源发展战略的首位。这是因为节能和提高能效不仅可以缓解能源供需矛 盾，保障能源安全，而且具有减少二氧化碳排放、保护环境的双重功效；二是能源 使用的环境限制( 环境要求对能源使用的制约) 。因此，“能源消耗最少，环境污染 最小”是我国实现可持续发展能源战略的主要目标。 大力推进节能新技术，发展能源科技，全面贯彻节约能源和保护环境的方针， 是实现能源可持续发展的必不可少的前提。采用先进节能技术提高能效和节约能 源，是在人均能源资源有限的情况下，推进现代化进程中能源战略的优先选择。 一次能源的储量有限，节约能源就意味着为后代多积累了一份财富，将来可以 发挥更大的作用，而且大大减轻了环保的压力，从这个意义上来说，节约能源比开 发能源更有意义。 在近期国家发改委发布得节能中长期专项规划中确定了十项重点工程，其 中第二项“区域热电联产工程”中指出热电联产与热、电分产相比，热效率提高3 0 ，集中供热比分散小锅炉供热效率高5 0 ，并指出在以采暖供热需求为主，且热 负荷较小的地区，先发展集中供热，待具备条件后再发展热电联产；在中小城市以 洁净能源做燃料的分布式热电联产和热电冷联供，将现有分散式供热小锅炉改造为 集中供热。 热电联产、集中供热是城市重要的基础设施之一，是北方城市公用事业中城市 命脉的重要组成部分，维持和保障着城市功能的正常运转，直接影响人民群众的政 治、经济生活以及文化活动，是国家的重大节能措施。 华北电力大学硕士学位论文 环境保护是经济社会可持续发展的重要组成部分，在环境要求不断提高，环境 保护压力逐年加大情况下，作为发展中国家，未来能源需要仍将会有较大幅度的增 长，如何最大程度的降低能源生产和消费行为带来的环境成本，实现能源发展与环 境保护的双赢，实行热电联产、集中供热更有着重要的意义。 1 2 课题研究的现状 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，我国各大中城市和乡镇的集中供 热得到了迅速的发展，目前我国每年房屋建筑面积平均约2 0 亿平方米，其中，住 宅面积约5 到6 亿平方米，预计至2 0 1 0 年我国采暖区住宅面积约有2 1 6 亿平方米， 占总建筑面积( 4 0 亿平方米) 的5 4 。近期一些新建住宅大多采用单户独立供暖，因 此，建筑能耗迅速增加。能源利用对经济发展的制约已经越来越成为全社会关注的 一个焦点问题。目前建筑能耗在全社会能源消耗中占有相当大的比重，在2 0 0 0 年 占到了2 7 8 ，而现今建筑能耗主要集中于冷热源部分，其中热源部分更是集中了 大部分能源利用问题。 我国建筑耗能的数字十分惊人，在建造和使用过程中直接消耗的能源占全社会 总能耗的3 0 ，使用的钢材、水泥等建材的生产能耗占1 6 7 。我国建筑不仅耗能 高，而且能源利用效率很低，单位建筑能耗比同等气候条件下国家高出2 倍3 倍【。 我国是世界上产值能耗最高的国家之一，也是世界上最大的煤炭消费国。燃煤 造成的二氧化硫和烟尘排放量分别占全国排放总量的8 0 9 0 。酸雨面积已占国 土面积的3 0 ，空气质量达标城市仅占1 3 ，流经城市的河段7 0 受到不同程度污 染。据世界银行估计，我国每年因环境污染造成的经济损失占国民生产总值的3 7 。 采用低品位化的燃气蒸汽联合循环热电联供进行集中供暖是解决上述问题的 一个理想方案。 天然气是一种高热值清洁燃料。近年来，世界天然气的探明储量与产量都在明 显增长，天然气的利用越来越引起人们的重视。能源专家预测，在近期的世界能源 消费结构中，天然气比例将与石油相当，到2 0 1 0 年占4 0 ，2 0 5 0 年将占5 0 。 天然气是公认的清洁能源，适度发展燃气发电有利于降低电力工业对环境的污 染程度，有利于提高电力系统整体的能源利用效率，促进经济与社会的可持续发展。 近几年我国燃气发电增长速度加快，随着西气东输工程的基本完工沿途配套开工建 设的燃气轮机电厂将陆续投入商业运行，燃气发电的比重将进一步上升。 随着国家能源结构政策的调整，天然气作为一种高效清洁的能源，不仅应用于 我们的生活中，也将逐步推广应用于燃气联合循环发电。利用天然气发电不仅可以 改善能源品种结构，提高能源利用的经济效益和环境效益，减少一次能源投资和消 2 华北电力大学硕士学位论文 耗，也可以减少铁路运输压力、扩能投资及煤炭运输费用。 燃气蒸汽联合循环发电机组自8 0 年代开始在我国逐步应用和推广，已积累了 一定的建设和使用经验。由于燃气蒸汽联合循环电厂的一些独特优势，在当前对环 境保护要求越来越高的情况下，适当控制燃煤机组的建设，适当发展燃气蒸汽联合 循环机组是合理的。与燃煤电厂相比，燃气蒸汽联合循环电厂具有整体循环效率高、 投资少、污染小、调峰性能好、占地少、建设周期短、厂用电率低、耗水少、可用 率高等优点。缺点是对燃料要求高，上网电价偏高。 由于发展了大量采暖负荷，目前，北京市天然气采暖用气量已占到了全年天然 气供应量的5 0 左右，在冬季高峰日占到日负荷量的7 5 - 8 0 ，冬夏季日均用气 量相差4 - 5 倍。同时，由于管网输配能力需根据高峰小时敷设，冬天气不够用，夏 天又没人用，8 个月的管输能力中相当部分被闲置，造成管网资源的浪费1 2 l 。 。一i 供气量百万。3 l- 、 图1 i2 0 0 3 年北京天然气供应负荷分布 逐步增加天然气使用量来解决北京市环境污染问题已是大势所趋，如何能够更 加高效、清洁地使用天然气是本文研究的最终目标。 1 。3 课题研究内容及目标 本课题以北京某以分户家用天然气锅炉取暖的新建住宅小区为研究对象，根据 不同建筑供暖方案的单耗分析及小区能源资源条件，以及北京夏季电网峰谷差逐年 增大的情况，拟采用天然气联合循环机组冬季余热实施低品位供热，夏季则利用燃 气蒸汽联合循环机组启停特性优良的特点，使之用于电网调峰，从而解决北京天然 气供应负荷不均匀的问题，更加合理的利用天然气资源，解决目前分户小型天然气 锅炉低矮排放造成小区冬季环境污染严重的局面，并降低居民的采暖支出，实现能 3 娜 椭 姗 撇 姗 枷 瑚 姗 百 o mr妞ir举 华北电力大学硕士学位论文 源的高效、清洁和经济利用。 主要内容包括以下几项： 1 通过研究能源利用系统的单耗分析理论，结合新形势下环保及能源结构变 化的要求，对多种采暖方式进行比较，介绍适合本文研究对象的联合循环热电联产 集中供暖方式。 2 结合国家当前民用建筑节能管理政策的要求，详细介绍集中供暖分户计量 理论，并对其应用于住宅建筑中所需的技术要求进行详细介绍，通过对分户计量热 负荷计算的研究，得出在住宅建筑中使用分户计量后可以达到的节能百分率。 3 以北京市某大型新建住宅小区为供能对象，将联合循环供热系统应用于该 园区进行方案设计、设备选型、经济性计算，揭示联合循环供热系统的节能优势。 4 以环境评价为中心目标，通过对上述案例中的联合循环供热系统污染物排 放情况进行分析，说明联合循环供热系统的环保效益。 5 最后总结该套供暖技术方案的特点和优势，进步指出此方案所要解决的 问题。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章建筑供暖的单耗分析与建筑节能 2 1建筑供暖方式的利用现状 2 1 1 热电联产集中供暖 热电联产集中供热逐步成为北方大城市的重要供暖热源。目前，供暖的大城市 中均有一个或几个热电厂为热源的热网。热电联产是一种综合利用能源的技术，它 在利用燃料的高品位热能发电后，将其低品位热能用于供热。热电厂供热的效率为 1 4 0 ，约为中小型锅炉房供热效率的2 倍。同时热电厂可采用先进的脱硫装置和消 烟除尘设备，相同产热量造成的空气污染远小于中小型锅炉房。因此在条件允许时， 应优先发展热电联产的采暖方式【3 】。 2 1 2 区域锅炉房为热源的集中供暖 ( 1 ) 大、中型区域锅炉房集中供热这是目前最主要的供热方式。区域燃煤锅炉 房的设置是以煤为主要燃料的，它可解决分散到各户的由于设燃煤炉导致的煤和煤 渣的运输造成的污染及煤炉的管理等一系列问题。区域锅炉房可以是燃煤、燃气、 燃油或电锅炉方式，但需要通过区域管网经过热水循环向建筑物内供热，其热源效 率都远低于热电联产方式。 ( 2 ) 小型区域锅炉房集中供热燃煤小型工业锅炉集中供暖被限令取消，目前部 分改为天然气或燃油，使用这些清洁燃料可换来环境效益和经济效益。根据我国的 能源及环境状况，以燃油锅炉为热源的供暖系统，只能因地制宜地作为集中供热的 一种补充形式存在，不可盲目发展。 ( 3 ) 单元式小锅炉供暖该供暖方式分户白成系统，同时解决采暖和热水供应问 题。从燃料看，家庭小煤炉采暖在北方小城镇仍占较大比例，是冬季空气的主要污 染源之一，应作为环保改造的重点。 以燃气为供暖能源的壁挂式热水采暖炉供暖在欧、美已有几十年历史，目前为 这些地区的主要采暖方式。随着我国住房改革和燃料结构的改变，在新建住宅区， 当不存在热电联产集中供热的条件、准备使用天然气为采暖燃料时，家用燃气小锅 炉应为首选方案。户式燃气炉( 壁挂式、落地式) 适宜规模较小的单体建筑、别墅等。 使用家庭燃气锅炉时可省去热水器的投资，末端的灵活调节比集中燃气锅炉平均节 省3 0 4 0 的燃气。缺点是燃烧废气分散排放，可能出现交叉污染等环境问题 4 1 。 5 华北电力大学硕士学位论文 2 1 3 电热供暖 ( 1 ) 直接电热在室内采用各种电暖气、电热膜等方式，尽管末端装置热利用率为 1 0 0 ，并且调节灵活，但使用高品位电能直接转换为热能，是很大的能源浪费。 由于我国目前还是以火电为主，因此，采用电热方式，实际上要比锅炉房直接 供热增加2 倍的污染物排放量从环境保护的角度看，电热直接采暖的方式不可取， 仅可作为少量的不可能用其它形式而进行短期过渡季房间采暖的补充形式。 ( 2 ) 电蓄热方式为了解决电力负荷的峰谷差，减缓大型火电与调峰的困难，设法 利用夜间低谷期电力进行供热。目前有这样几种电蓄热方式： a 采用蓄热水箱； b 采用电热膜方式，利用建筑物本身热湿性蓄热； c 相变蓄热电暖气，采用硅合金作相变材料，真正实现削峰填谷，是末端电蓄 热采暖的最佳方案，缺点是设备投资高【5 】。 2 1 4 热泵供暖 ( 1 ) 电动空气热泵空气热泵是使空气侧温度降低，将其热量转送至另一侧的空 气或水中，使其温度升至采暖所要求的温度空气热泵的总体效率约为1 1 0 ，高于 直接燃煤或燃气的效率。但现在的窗式和分体式热泵型家用空调器有以下缺陷： a 供暖时吹送热风给人的舒适感较差； b 室外机挂在住宅建筑外墙上，噪声影响大且破坏建筑物外观； c 常规制冷剂对大气层有破坏作用。 ( 2 ) 电动水源热泵水源热泵是利用水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行 能量转换的供暖空调系统，是利用可再生能源的一种技术。采用深井回灌方式的水 源热泵，在夏天将建筑物中产生的热量存入地下，供冬季采暖用。冬季将建筑物产 生的冷量存于地下，供夏天空调用。这种供暖方式的优点主要有：北方地区民用建 筑冬夏冷热负荷大致相当，可保持地下的热平衡；地下水抽出后经过换热器又回灌 至地下，采用全封闭系统，不污染地下水源：采用电驱动，小区无大气污染；夏季 空调热量全部排入地下，小区无热污染。且一次能源效率高于直接燃煤，很适合我 国目前同时需要供热和空调的住宅小区。在水源及水层地理结构条件许可时，可优 先采用。 ( 3 ) 地源热泵地源热泵是以大地为热源的供暖空调技术。它不占用地面，节省建 筑空间，是一种节能、对环境无害的新型供暖空调方式【6 l 。 6 华北电力大学硕士学位论文 2 2 单耗分析理论简介 一般来讲，化石燃料利用系统由生产供应、网络输配及终端用户使用三个环节 组成，如图2 - 1 所示。如能源的电利用，主要由发电厂( 生产供应) ，电网( 网络输 配) 和电用户( 终端用户) 组成；如能源的热利用，主要由锅炉或发电厂等( 生产供 应) ，热网( 网络输配) 和热用户( 终端用户) 组成。各个环节可能由许多子系统构成， 系统中各个环节之间的船依次流动，每个环节都没有外部姗流的加入，各子系统之间 没有反馈式循环流动，因此供热系统是典型的链式能量系统。 图2 - 1 一般化能源利用系统 根据热力学第二定律，对于任一能源利用过程，其姗平衡可以描述为燃料胙产 品姗慌损，即： b e 1 = p e p + s l 尹c e f【k j ( 2 1 ) 式中：知，留分别表示单位产品和单位燃料的姗值； p 表示产品产量；表示燃料量； ，为各子系统的堋耗损所对应的燃料消耗。 因此，对于任何能源利用过程，单耗分析模型都可以一般性地表示为： 6 舯；“妇+ s b ( 2 - 2 ) 式中：6 。如= e 以，为生产该产品的理论最低燃料单耗，即在无任何堋耗损存在时的产 品燃料单耗， s 所为系统各子系统堋耗损引起的附加燃料单耗之和。 对于不同产品的生产，其燃料单耗的量纲是不同的。如对于发电过程，其燃料 单耗的量纲是g k w h ；对于供热过程，其燃料单耗的量纲是k g g j 。 对于采暖供热过程，其理论最低燃料单耗为： b - , - 1 2 3 0 一争。1 2 3 鲁( 2 - 3 ) 式中：毛- g ( 1 一t o t j 为用户得到热量办的堋， 为环境温度， 死为热用户室内的平均用热温度。 媚的概念体现着用能和节能的实质，利用煳的概念可以把不同的能量或物质生 产过程的单耗分析统一起来，媚分析虽然克服了能量分析的不足，然而实践证明它 7 华北电力大学硕士学位论文 依然未在工程界得到广泛的应用，这固然有历史传统的原因，但也反映了它依然存 在着不足，阻碍着它的作用的发挥，单耗分析是在堋分析和媚经济学的基础上作了 一些重要的改进形成的。 首先是直观性问题。单耗这个术语已在生产实践中被广泛采用。媚则不然，它 依然停留在学术界和少数工程技术人员中，原因是炯依然比较抽象。此外，媚效率 指标的多义性，多直性，在燃料产品定义和成本分摊中的人为规定性以及规定基准 环境时遇到的困难，炯数据的缺乏也制约着堋分析的广泛使用。 单耗分析理论所提出的“单耗”并非传统意义上的“单耗”。传统意义上的单 耗是建立在热力学第一定律基础上的，系统局部与总体之间可通过热效率相联系， 但热效率的高低有时并不能反映设备的热力学完善性。而单耗分析理论则是建立在 热力学第一定律之上，反映出决定单耗高低的本质在于能量系统各环节运行过程中 由于不可逆性造成的炯耗损。它清楚的显示出系统单耗在各设备之间的分配以及设 备单耗在系统总单耗中的地位。这无疑为节能分析提供了很好的指导。 该方法把第一定律实用化，把产品单耗分为理论最低单耗和附加单耗两部分， 认为节能就是要降低附加单耗单耗分析并不捧斥使用堋效率，但它最关心的是每 个设备在给定能量转换任务下在产品单耗中的地位或降耗贡献，而设备附加单耗中 的人为规定性成份极小，从而使设备的性能得到了客观的描述。单耗具有可加性， 系统附加单耗为各子系统附加单耗之和。单耗分析以更直观的形式出现，能与产品 的技术水平自接挂钩，使问题得到简化，增强了理论的实用性。此外，单耗分析法 认为系统设备附加单耗不仅因时间而异，对不同设备也会变化，这就是附加单耗的 时空分布问题。它反映了设备的纵向或横向附加单耗的比较，因而，对系统的用能 情况有更清楚的了解。单耗分析理论可以用来研究设备对系统降耗贡献的确定方 法，从而可以考察系统局部的改变对全局的影响。 单耗分析是在炯和炯经济学的基础上所设计的能量系统分析的理论和方法。它 以产品单耗作为节能降耗的主要指标，分析单耗的构成及其分布和变化的图景，可 以为节能降耗技术及管理决策提供实用的理论依据 7 1 。 2 3 建筑供暖系统的单耗分析 2 3 1 热电联产集中供暖系统及其单耗分析 供热系统的理论最低单耗为： b 一2 3 旧卜可e 1 t g i ( w 蛐， 式中：e 。；o ( 1 一t 0 ，t ，) 热用户得到的媚。 8 华北电力大学硕士学位论文 ( 1 ) 热用户处的附加单耗为： b l - b 咖( ( 1 _ t 昱m , 肌：l t 昱m , 1 q ) 曲 i l t 阻e 1 】 g k w h u ( 2 _ 5 ) 瓦甲：e 2 0 h 1 1 一t o ，t 曩j 热嗍供给热用尸阴硼。 ( 2 ) 热网输配环节的附加单耗为； 咖( b m q + b x ) ( 等一) - ( b t ) f t 坠e , 1 ) 【删h 】( 2 - 6 ) 式中：e ，一e o 。- e = 一e ：一d 。每= 一t o s 嚣山毛1 毛) 热网加热器所输出热水 的堋。 ( 3 ) 抽汽供热环节的附加单耗为： 峥( b 嘲+ 洲罟。) - ( b 岫+ 洲t 坠e , 1 】 e k w h n l ( 2 7 ) 式中：e 4 = e e c r = 垦垒学+ w p 供热抽汽输给热网的媚。相当于供热所消耗 的当量电量。 ( 4 ) 发电环节的附加单耗为： 卟( b 岫+ 洲掣。) = ( b 岫+ 剃t 垦e , 一1 】 g k w h h 】( 2 _ 8 ) 式中：e 广一锅炉传递给主蒸汽( 供热抽汽部分) 的煳。 ( 5 ) 燃料化学能释放环节附加单耗为： 峥( b 咖+ 蠢h ( ， e f - ) 。) 9 华北电力大学硕士学位论文 邓向+ 酬引 t 删m ， 式中e r 锅炉消耗的燃料烟( 仅为供热部分) 。 e r 锅炉消耗的燃料炯( 供热和供电消耗的总量) 。 ( 6 ) 热电联产供热总的供热燃料单耗为： b - b 咖+ 萃b j - b 。生里生里生 g k w h h 】( 2 - l o ) 。嗍e te 2e ，e 4e 5 “1 式中：t o 一环境温度； t i 用户用热器端热网水平均温度5 卫一用户的平均用热温度； e = ，e k 一分别为热网加热器中供水和回水的烟量7 h = ，- ：分别为热网加热器中供水和回水的焓； d r o - - 为热网水的流量； h h ，h c - 为供热抽汽的焓和排汽焓； d i 广为供热抽汽的流量； w 口- 为热网消耗的泵功 s l 。 f 1 抽 燃料化学能释放 龟ll ， 发电环节 ili i ；上- 抽汽供热 电能输配 jl 热量输配 j l ， 热用户电用户 图2 - 2 热电联产供暖系统媚传递特性 其炯传递特性如图2 - 2 所示。 华北电力大学硕士学位论文 2 3 2 锅炉房供暖系统及其单耗分析 ( 1 ) 热用户处的附加单耗为： 卟b 咖1 _ t 。、i ( 1 _ t o - - 1 ) 曲咖降) 删mc 2 1 t ， 式中：e ，一q ( 1 一t o ，t ，) 热用户得到的堋； e ：一o 。0 一k ，k ) 热网供给热用户的拥。 峥( b 啦也倦e q , r o1 ) 一h 吨 ( 卺_ 1 ) t 则蛐c 2 嘲 式中：e ，- e o 。一e = 一e 一d l l e ( h 嚣一t o s 嚣- h + t o s ) 热网加热器输出的热水 j 用。 ( 3 1 燃料化学能释放环节附加单耗为： b 3 = ( 制【商。1 2 ( b 咖+ 洲纠 ( 4 ) 锅炉供热的燃料单耗为： b = b 咖+ 军b j 曲呐鲁器 1 1 【g , k w h h 】( 2 1 3 ) 【g k w h h ( 2 1 4 ) 华北电力大学硕士学位论文 其供暖烟传递特性如图2 - 3 所示 图2 - 3 锅炉房供暖系统炯传递特性 2 3 3 电热供暖系统及其单耗分析 ( 1 ) 热用户处的附加单耗为： 卟b 岫( ( 1 - 乏) ( 1 _ 鲁) 。) 曲山降1 ) t 删m ( z - 1 5 ) 式中：e 。一q 。6 一l r , ，) 热用户得到的堋； e ：一o 。( 1 一t o k ) 热网供给热用户的媚。 ( 2 ) 电热锅炉的附加单耗为： f b 2 - k 吨悟。 = ( b 一，) ( 驯 式中：e ，一q 为电热锅炉消耗的电佣。 ( 3 ) 电网输配环节的附加单耗为： 小( b 咖+ 洲壶1 ) 【g k w l a h 】( 2 1 6 ) 华北电力大学硕士学位论文 = ( b 呐+ 洲鲁。) m 式中：e - 为考虑网损的电炯消耗； 。扩一为电网损失率。 ( 4 ) 发电环节的附加单耗为； 卟( b 咖+ 洲业掣q ) - o 咖+ 利3 苦以) r n ， 式中：e ；e o - - e 。+ 口。( e ? 一e 竺卜一为电站锅炉传递给主蒸汽的煳； p = 只一p 4 广为电厂的供电量； e 厂为锅炉传递给主蒸汽的娴( 按电热锅炉消耗的电量折算) 。 ( 5 ) 燃料化学能释放环节附加单耗为： 峥( b 咖+ 酬( e f - - 1 ) ( 2 1 7 ) ( 2 1 8 ) l 嘲+ 利引 r 则叻 式中：e r 一电站锅炉消耗的燃料煳； e 广_ 锅炉消耗的燃料媚( 按电热锅炉消耗的电量折算) 。 ( 6 ) 电锅炉供热的燃料单耗为： b = b 呐+ 萃b j 【g k w h h 】( 2 - - 2 0 ) 生乓 坠l坠e生如蔓e 际 _ 4二 图 如性特递传 堋 暖供 其 华北电力大学硕士学位论文 ： ： 燃料化学能释放 ： 1 ， | 重上 i ， 发电环节： ： i 多- 4 。, 上 导 电加热器 上上 热用户 图2 4 电热供暖系统媚传递特性 2 3 4 热泵供暖系统及其单耗分析 卟b 岫( 南。) 曲山陪_ 1 】 式中：e ，；l 一热泵的电烟消耗； c o p e 。t q 。( 1 一t 0 t ，) 一热用户得到的娴； c o p 一热泵的性能系数。 ( 2 ) 电网输配环节附加单耗： 峥( b 山也) ( 去- 1 ) = ( b 一】( 纠 式中：e ，2 f 1 1 , 亭2 m 。为考虑到网损电媚消耗； 缸一为电网输电损失。 f 3 、发电环节的附加单耗： 1 4 【e k w h h l( 2 - - 2 1 ) 【g k w h h 】( 2 一z ) 华北电力大学硕士学位论文 卟( b 咖+ 洲垡掣一- 】 - ( b 豳+ 洲岂。) r 删岫c 2 一z s ， 式中：e 4 为主蒸汽的炯( 热泵所消耗的电量折合的部分) 。 ( 4 ) 燃料化学能释放环节附加单耗为： 峥( b 岫+ 酬( e f , - - 1 ) = ( b 岫+ 洲割 g k w mg 一柳 式中：e 广电站锅炉消耗的燃料媚； e 。e o - - e 。+ 口。( e ：一e 三卜一电站锅炉传递给主蒸汽的堋； e 厂_ 锅炉消耗的燃料堋( 热泵所消耗的电量折合的部分) 。 ( 5 ) 热泵供热燃料单耗为：， b i b 岫+ 萃4b t = b 咖百e 2i e 3 i e 4 卺【倒h n 】( 2 - - 2 5 ) 图2 - 5 热泵供暖系统堋传递特性 2 4 建筑供暖系统的单耗分析案例 为了文章的简洁，在本节的计算中暂限于考察燃料单耗，对供暖的诸方案均设 华北电力大学硕士学位论文 环境温度为0 0 c ，用户的用热温度为2 0 9 c ，在热用户处供回水温度分别为9 5 a c 和 7 5 2 c 。在以下的计算和分析中，t h 代表在用户处的供热平均温度 9 1 。 2 4 1 锅炉房供暖系统 锅炉供热系统只包含第一类环节，其损失有通常意义下q l q 。各项，这部分损 失的大小体现在锅炉的“热效率”中，设其值为0 6 5 ，此外它还有由于化学能的不 可逆释放和向工质的不可逆传热所造成的损失，故其煳效率为【1 川： i ib = 0 6 5 ( 1 。矾) ( 2 - - 2 6 ) = 0 6 5 ( 1 2 7 3 3 5 = 0 1 5 4 其中t r = ( t t + t z ) 2 ( 2 2 7 ) 热用户用热器：明效率为： qu s = ( 1 。t o r t , ) ( 1 。r ) ( 2 - - 2 8 ) = ( 1 。2 7 3 2 9 3 ) ( 1 。2 7 3 3 5 8 ) - - - 0 2 8 7 因此 b n = 1 2 3 ( 1 一t o t r ) 1 b q u s ( 2 - - 2 9 ) = 1 2 3 ( 1 2 7 3 2 9 3 ) ( 0 1 5 4 0 2 8 = 1 8 9 7 5 9 t s m ) k w h 其中： 理论单耗 k g o j 3 4 1 1 2 7 3 2 9 3 = 2 3 3 附加单耗【k g ，g j 】 化学能释放转移环节 ( 2 3 3 0 2 8 7 ) ( i 0 1 5 4 1 ) = 4 4 6 1 热用户处 2 3 3 ( i 0 2 8 7 1 、= 5 7 9 供热燃料单耗= 理论单耗+ 附加单耗 = 2 3 3 + 4 4 6 1 + 5 7 9 = 5 2 7 3 1 k g g j 】 2 4 2 电热供暖系统 设电是直接放在用户处，没有熟输配问题，故t 1 q 川o d = 1 ，此外，设m = e b o u l 庙b 1 n = o 5 1 2 ，r l w = e w o w 矾= o 6 8 8 ， q w e q w d = o 9 2 ，c 0 = 1 t o t r = i 一2 7 3 3 5 8 = 0 2 3 7 ，于 是，根据公式： 1 6 华北电力大学硕士学位论文 b q = 1 2 3 1 一t 0 厂r r q b q w l w l q w d e f f q u s 】 ( 2 - - 3 0 ) = 1 2 3 1 1 2 7 3 2 9 3 0 5 1 2 0 6 8 8 + o 9 2 o 2 3 7 0 2 8 7 】 = 3 8 0 4 5g ( 镕# ) k w h = 1 0 5 6 8 k g g j 】 其中： 理论单耗 k g g j 】 3 4 1 1 1 2 7 3 2 9 3 = 2 3 3 附加单耗 k g g j 】 发电厂【2 3 3 ( 0 2 8 7 o 2 3 7 0 9 2 ) 】【1 ( 0 5 1 2 0 6 8 8 ) 一1 】 = 6 8 4 8 电输配环节【2 3 3 ( 0 2 8 7 0 2 3 7 ) 】( i 0 9 2 1 ) = 2 9 8 热量发生环节( 2 3 3 0 2 8 7 ) ( i 0 2 3 7 1 ) = 2 6 1 4 热用户处2 3 3 ( 1 o 2 8 7 一1 ) - 5 7 9 供热燃料单耗= 理论单耗+ 附加单耗 = 2 3 3 + 6 8 4 8 + 2 9 8 + 2 6 1 4 + 5 7 9 = 1 0 5 7 2 k g g j l 2 4 3 热电联产供暖系统 热电联产供暖系统把在给定的燃料消耗总量下电厂由于联产所少发的和多消 耗的电作为发电环节供给热系统的当量电量，在这里没有输配电环节，其热量发生 环节的炯指数被定义为热网加热器供出的媚与电厂的e e c r 之比。 假设其发电机组为2 0 0 m w 的汽轮发电机两用机组，在额定工况下新汽初参数 1 2 7 5m p a ，5 3 5 9 c ，中间再热参数为2 1 5m p a ，5 3 5 0 c ，给水温度2 4 4 q c ，除氧器压 力0 6 0 5m p a ，有3 级高加，4 级低加，主蒸汽流量为6 1 0x1 0 3k g h ，供热抽汽量 为4 0 5x1 0 3k g h ，热网载热质为水，热网加热器水侧的温度为1 0 0 7 5 - 。c ，热网终端 供给用户的热水温度为9 5 7 5 9 c ，热网的散热为1 c k m ，流动阻力为5 0k p a k m ，则 根据以上机组额定负荷数据算得： e e c r ：旦坐兰! ! b 丝+ w ：5 5 9 4 6 5 + 1 2 3 0 ：5 7 1 7 6 5 k w ( 热网泵功已计入) 3 6 0 0 p、4 。 ， 热量发生环节的j 用指数 2o = e 严匿e c r ( 2 - - 3 1 ) = 7 3 0 8 1 k w 5 7 1 7 6 5 k w 1 7 华北电力大学硕士学位论文 = 1 2 7 8 热量输配环节佣效率 q 0 l q o d - - - - 2 5 0 3 7 8 k w 7 3 0 8 1 k w ( 2 - - 3 2 ) = 0 3 4 3 因此 b q = 1 2 3 1 1 们r q b r l w q w l a l w d e o r l u s 】 = 1 2 3 + 【1 2 7 3 2 9 3 0 5 1 2 0 6 8 8 + 1 2 7 8 + 0 3 4 3 。0 2 8 7 】 = 1 8 9 2 49 0 , * ) k w h = 5 2 5 7 k g g j 】 其中： 理论单耗 k g g j 】 3 4 1 1 1 2 7 3 2 9 3 = 2 3 3 附加单耗 k g o j 】 发电厂【2 3 3 ( 0 2 8 7 0 3 4 3 。1 2 7 8 ) 】+ 【1 ( o 5 1 2 + 0 6 6 8 ) 一1 】 = 1 7 5 7 热量发生环节【2 3 3 ( 0 2 8 7 o 3 4 3 ) 【1 ，1 2 7 8 1 1 = - 5 2 8 热输配环节( 2 3 3 0 2 8 7 ) + ( i 0 3 4 3 1 ) = 1 2 2 1 热用户处2 3 3 ( i 0 2 8 7 一1 ) 笱7 9 供热燃料单耗= 理论单耗+ 附加单耗 = 2 3 3 + 1 7 5 7 5 2 8 + 1 2 2 1 + 5 7 9 = 3 2 6 2 k g g j 】 2 4 4 热泵供暖系统 热泵的性能通常用性能系数c o p 来表示，若e 表示热泵的输入功，t l 表示 热泵从中吸热的低温热源温度，则理想热泵的c o p 值可按下式计算： c o p r - 【列( ，r r t l ) 1 ( 2 - - 3 3 ) 热泵的堋效率为 e o = e ，饨o “= c o p c o p ，( 2 - - 3 4 ) 设热泵从环境中吸热，将水加热到9 5 e c 后再输送到终端的自然对流散热器里对 房间进行加热，使房间温度保持在2 0 e c 。由于热网散热损失使循环热水供回水温度 降低3 e c 。5 e c ，室外蒸发温度为一i ( f c ，则此时的理论c o p 值为 c o p t = 【n 以t t t l ) 】 1 8 华北电力大学硕士学位论文 = 3 7 3 ( 3 7 3 2 6 3 ) = 3 3 9 而此时的实际c o p 值为未知数。但我们可以用比例关系估算得出： 假设房间冷凝温度为2 8 9 c ，室外蒸发温度依然为一1 俨c ，则此时的理论c o p 值为： c o p , = 3 0 1 ( 3 0 1 2 6 3 ) - 7 9 2 热泵的性能系数按目前技术市场可达c o p = 3 ，即实际c o p = 3 ，则由比例关系 可估算此时的实际c o p 值为： c o p = ( c o p t c o p 1 ，c o p t = ( 3 3 9 3 ) 7 9 2 = 1 2 8 实际的c o p 可能还要小，则可估定此时的实际c o p = i 2 ，于是 e o l l u s = c o p t j ( t , t o ( 2 - - 3 5 ) = 1 2 2 9 3 ( 2 9 3 2 7 3 ) 1 = o 0 8 2 因此 b q = 1 2 3 1 一t a r , q b r l w t l w t q w i ) e q q u s l = 1 2 3 1 1 2 7 3 2 9 3 0 5 1 2 0 6 8 8 0 9 2 。0 0 8 2 】 - - 3 1 5 7 2g ( 标煤) k w h 其中： 理论单耗 k g g j 】 3 1 4 1 1 。2 7 3 2 9 3 = 2 3 3 附加单耗 k g o j 】 发电厂【2 3 3 ( 0 0 8 2 + o 9 2 ) 】【1 ( 0 5 1 2 0 6 8 8 ) 一1 】 = 5 6 8 1 电输配环节( 2 3 3 0 0 8 2 ) + ( i 0 9 2 1 ) = 2 4 7 热发生环节及热用户处2 3 3 ( i 0 0 8 2 1 ) = 2 0 3 + 5 7 9 = 2 6 0 9 供热燃料单耗= 理论单耗+ 附加单耗 = 2 3 3 + 5 6 8 1 + 2 4 7 + 2 6 0 9 = 8 7 7 k g g j 】 华北电力大学硕士学位论文 2 4 5 分析与小结 把上述计算数值综合对比列入图2 6 和表格2 - 1 中。从图中和标注的数据不难 看出，以上四种供热系统的终端热用户处都相同，都为自然对流散热