【正文】 器產生的熱量用于供熱，其最大的優(yōu)點就是能夠吸收較低溫度熱源的余熱，而能夠得到較高溫度的供熱熱水。 發(fā)生器 冷凝器 二級 吸收器 二級蒸發(fā)器 一級吸收器 一級蒸發(fā)器 一級溶液換熱器 二級溶液換熱器 二級溶液泵 一級溶液泵 一級冷劑泵泵 二級冷劑泵泵 節(jié)流閥 蒸汽 熱水出 熱水進 循環(huán)水 進 /出口 圖 35 雙級發(fā)生的大溫差熱水吸收式熱泵機組結構流程圖 溴化鋰稀溶液分別在一級發(fā)生器和二級發(fā)生器中被高溫熱水加熱產生蒸汽后變成濃溶液，通過一級溶液熱交換器進入一級吸收器，吸收一級蒸發(fā)器中產生的冷劑蒸汽，放出吸收熱 ，濃溶液被稀釋，再進入二級吸收器，吸收二級蒸發(fā)器中產生的冷劑蒸汽，放出吸收熱，溶液被進一步稀釋，濃溶液變成稀溶液，再在溶液泵的驅動下通過二級溶液熱交換器進入一級發(fā)生器加熱，完成溶液循環(huán)；一級發(fā)生器產生的冷劑蒸汽進入一級冷凝器冷凝放熱，加熱用于供熱的熱水，冷凝液通過節(jié)流裝置進入二級冷凝器，節(jié)流產生的冷劑蒸氣和來自二級發(fā)生器的水蒸氣在二級冷凝器中冷凝放熱，加熱用于供熱的熱水，冷凝液再次通過節(jié)流裝置進入一級蒸發(fā)器和二級蒸發(fā)器，吸熱蒸發(fā)變成水蒸氣，分別進入一級吸收器和二級吸收器被溶液吸收，完成冷劑循環(huán)。熱水依次經過二級吸收器、一級吸收器、二級冷凝器和一級冷凝器被逐級加熱，即機組一級發(fā)生器 一級 冷凝 器 二 級發(fā) 生器 二 級 冷凝 器 二 級 吸收器 一 級 吸收器 二 級 蒸發(fā)器 一級溶液 換熱器 二級溶液 換熱器 一級節(jié)流閥 二級節(jié)流閥 溶液泵 冷劑泵 熱水進 熱水出 循環(huán)水出 循環(huán)水進 高溫熱水進 高溫熱水出 供熱量為吸收器和冷凝器熱負荷之和。 本機組的主要特征體現(xiàn)在兩個方面：一是采用了兩級發(fā)生器，高溫熱水依次通過二級發(fā)生器、一級發(fā)生器和溶液換熱器放熱降溫，優(yōu)點是可以使作為驅動熱源的高溫熱水產生大溫差；二是用于供熱的熱水依次通過二級吸收器、一級吸收器、二級冷凝器和一級冷凝器被逐級加熱，優(yōu)點是可以大幅提升供熱熱水 的溫度；三是作為熱泵低溫熱源的低溫水依次通過二級蒸發(fā)器、一級蒸發(fā)器被逐級冷卻，優(yōu)點是可以大幅降低低溫水的出口溫度。 圖 36 系統(tǒng)優(yōu)化模型 第三節(jié) 評價 方法 判斷一種供熱方式的優(yōu)劣，一般要從能源利用效率、經濟性、環(huán)保等幾方面進行綜合評價。 能效評價 與常規(guī)熱電廠集中供熱的比較 常規(guī)熱電廠集中供熱系統(tǒng)，采用抽凝機組或背壓機組抽汽供熱，用戶實際得熱量 。 如果采用循環(huán)水源熱泵系統(tǒng)供熱，則上述抽汽可繼續(xù)在汽輪機組中膨脹做功熱泵機組 循環(huán)水管網 凝汽器 采暖方式 能耗 供熱成本 循環(huán)水供、回水溫度 循環(huán)水供、回水溫度 發(fā)電量 電耗 輸送電耗 運行費用 投資 投資 投資 至凝汽器壓力，可產生電能： ? ? elrahhmP ??? ?21 kW (32) 式中： h2a，蒸汽等熵膨脹至凝汽器壓力下的焓值， kJ/kg；η ，汽輪發(fā)電機組相對電效率（相對內效率、機械效率、發(fā)電機效率的乘積）；其它符號同前。 定義 ： ? ? t heelrahhp hh CO Phh ???? 101211 )( ? ?????? ? （ 34) 則ξ 1 表示同樣抽汽量及抽汽參數(shù)下，通過循環(huán)水源熱泵能夠向用戶提供的熱量與常規(guī)熱電廠能夠向用戶提供的熱量之比。 為定量說明，下面給出一計算實例。方案一通過敷設管網引入電廠循環(huán)水，采用以循環(huán)水為低位熱源的壓縮式熱泵供熱，電廠循環(huán)水供回水溫度 25/9℃，熱泵 COPh =，電網輸配電效率η e =；方案二采用熱電廠通過熱水管網直接供熱，并在用戶處設置水 水換熱器，通過換熱得到要求的水溫，已知η =，管網輸送效率η t =，熱電廠凝汽器壓力為 。 根據(jù)式（ 34）計算得到ξ 1 隨熱電廠抽汽壓力的變化關系如圖 37 所示。 從上面的計算可以看出，如果熱電廠抽汽參數(shù)合適，即抽汽與供熱介質之間具有適度的傳熱溫差，并且管網熱損失不大，則電廠循環(huán)水源熱泵供熱方式與熱電廠直接抽汽供熱方式相比一般來說是不節(jié)能的 ， 因為前者是直接的熱 熱轉換，而后者先經過了電廠的熱 電轉換，然后再經過熱泵的電 熱轉換，每次轉換之間都存在不可逆損失。 但正如本文前面所述，提出以電廠循環(huán)水為低位熱源的熱泵供熱方式是基于這樣一個客觀存在的現(xiàn)實問題：目前熱電廠有大量循環(huán)水余熱白白浪費掉，而熱電廠現(xiàn)有供熱能力不能滿足城市飛速發(fā)展的供熱需要，同時熱電廠由于受環(huán)境、經濟、廠區(qū)規(guī)模、建設周期等因素所限，短期內無法擴增容量或新建熱電廠。 與燃煤鍋爐房的比較 以電力驅動的循環(huán)水源熱泵為例（如無特別說明，以下均以電力驅動的壓縮式熱泵為分析對象），熱泵消耗的是電能，而燃煤鍋爐房消耗的是煤炭，為了對兩者進行比較，需折算成同一種能源。因此，將與循環(huán)水源熱泵相同供熱量下的燃煤鍋爐房耗煤量按發(fā)電廠供電煤耗折算成電能，0 11 抽汽壓力， MPa ξ1 圖 37 ξ 1隨抽汽壓力的變化關系 然后再考慮到兩者的輸送泵耗，進行綜合比較。℃ )；Δ t，循環(huán)水在用戶端的溫降，℃。 h)；η e，電網輸配電效率；η b，鍋爐效率；η t，管網輸送效率； Qdw，標煤熱值， Qdw =； EHRh，熱水網耗電輸熱比，如果區(qū)域網結構未知，可根據(jù)《民用建筑節(jié)能設計標準（采暖居住建筑部分）》中的相應要求估算。如果ξ 21，則表示循環(huán)水源熱泵供熱方式節(jié)能；如果ξ 21，則表示燃煤區(qū)域鍋爐房更節(jié)能。 實例二：某小區(qū)采用風機盤管或地板輻射采暖，要求熱水進出口溫度40/45℃。參數(shù)選取如下： EHRh=，η t =，η b =，η e =， b=367g/(kW 根據(jù)式（ 35）～（ 38）計算得到ξ 2 隨循環(huán)水主干線總長度Σ l 的變化關系如圖 38 所示。如果供熱距離小于 10公里，則循環(huán)水源熱泵供熱方式比燃煤鍋爐房節(jié)能 40%～ 50%左右。燃氣發(fā)電廠采用燃氣 蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)，目前供電效率已達 60%左右，此處可 按55%估算。對燃氣壁掛爐或樓宇式的燃氣鍋爐，近似取 EHRh=0。如果ξ 31，則表示循環(huán)水源熱泵供熱方式節(jié)能；如果ξ 31，則表示燃氣鍋爐房更節(jié)能。 實例三：某小區(qū)采用風機盤管或地板輻射采暖，要求熱水進出口溫度40/45℃。參數(shù)選取如下： EHRh=，η t =，η b =，η e =，η =， COPh=，α j =，Δ Pr =1 105Pa，Δ Py = 105Pa，η p=，Δ t=16℃。可以看出，在可能供熱距離及平均比摩阻范圍以內，ξ 3 均遠遠小于 1，表明采用電廠循環(huán)水源熱泵供熱方式比燃氣鍋爐房節(jié)能效果明顯。 與電熱鍋爐（包括電暖器）的比較 電熱鍋爐房供熱方式的單位供熱量電耗（忽略鍋爐房輔機電耗）： hbteb EHRP ??? ?? 1, kJ/kJ (311) 0 5 10 15 20 25 30 35 401 Σ l， 103 m ξ3 圖 39 ξ 3隨主干線總長度 Σ l 的變化關系 Rpj =50Pa/m Rpj =70Pa/m Rpj =90Pa/m Rpj =110Pa/m Rpj =130Pa/m Rpj =30Pa/m 式中符號同前。 定義： ebhpPP,4?? (312) 則ξ 4 表示同樣供熱量下，循環(huán)水源熱泵供熱方式所消耗的電能與電熱鍋爐房消耗電能之比。 為定量說明，同樣給出一計算實例。方案一同實例一中的方案一；方案二在本地建設電熱鍋爐房供熱。 計算得到ξ 4 隨循環(huán)水主干線總長度Σ l 的變化關系如圖 310 所示。如果供熱距離小于 10 公里，則循環(huán)水源熱泵 供熱方式比電熱鍋爐房節(jié)能 75%以上。應該說，不同熱源形式都有自己的適應場合，因此它們的節(jié)能性應0 5 10 15 20 25 30 35 40 Σ l， 103 m ξ4 圖 310ξ 4 隨主干線總長度 Σ l 的變化關系 Rpj =50Pa/m Rpj =70Pa/m Rpj =90Pa/m Rpj =110Pa/m Rpj =130Pa/m Rpj =30Pa/m 結合具體使用場合具體分析。因此本文此處不對包括電廠循環(huán)水源熱泵在內的各種熱泵形式之間的節(jié)能性（包括后面的經濟性和環(huán)境分析）作更深一步的比較，用戶應根據(jù)自己的具體情況進行具體分析。 從用戶端來說，循環(huán)水源熱泵一般可以做到一機兩用，即冬季制熱夏季制冷，因此在需要夏季空調的場合，熱泵系統(tǒng)已包括了空調設備的投資，系統(tǒng)總投資低于單獨的采暖系統(tǒng)和單獨的空調系統(tǒng)（比如夏季采用冷水機組制冷，冬 季采用城市集中供熱或鍋爐房供熱）之和。 由于各種供熱方式的初投資涉及因素較多，難以簡單的 采用統(tǒng)一標準進行比較，必須結合具體項目進行詳細分析。 根據(jù)前面的分析，不難推得各種供熱方式的單位供熱量能源成本計算式： （ 1）循環(huán)水源熱泵供熱系統(tǒng)單位供熱量能源成本（循環(huán)水泵設于電廠內，其電價按電廠上網電價計算）： 3, ????????? ?? ???? pechhhrehp cE H RCO PCO PCO PcC 元 /GJ （ 313） （ 2）以熱電廠為熱源的城市集中供熱系統(tǒng)單位供熱量能源成本： 3, ???? rehtvp cE H RcC ? 元 /GJ （ 314） （ 3）燃煤區(qū)域鍋爐房供熱系統(tǒng)單位供熱量能源成本： 3, ????????? ????? rehdwbtccb cE H RQcC ?? 元 /GJ （ 315） （ 4）燃氣鍋爐房供熱系統(tǒng)單位供熱量能源成本： 3, ????????? ????? rehbtggb cE H RLHVcC ?? 元 /GJ （ 316） （ 5）電鍋爐供熱系統(tǒng)單位供熱量能源成本： 3, ????????? ????? rehbtreeb cE H RcC ?? 元 /GJ （ 317） 以上諸式中： ce,r，用戶電價，元 /kWh； ce,p，電廠上網電價，元 /kWh； cv，熱網公司從熱電廠的購熱價格，元 /GJ； cc，燃煤價格，元 /kg 標煤； LHV，在標準狀態(tài)下燃氣的低位熱值， MJ/Nm3； cg，燃氣價格，元 /Nm3； 實例五：以北京地區(qū)能源價格為基礎，計算各種供熱方式的單位供熱量能源成本：居民用戶電價 ce,r = 元 /kWh；商業(yè)用戶電價 ce,r = 元 /kWh；電廠上網電價 ce,p = 元 /kWh；熱電廠售熱價格 cv =25 元 /GJ；煤價 cc = 元 /kg標煤； 天然氣價格 cg = 元 / Nm3；天然氣低位熱值 LHV =。城市集中供熱水泵耗電按商業(yè)用戶電價計算，循環(huán)水源熱泵供熱方式循環(huán)水泵耗電按電廠上網電價計算，其它均按居民用戶電價計算。循環(huán)水源熱泵供熱方式單位供熱量能源成本如圖 311 所示。前面已經說過，循環(huán)水源熱泵供熱方式能夠在用戶端方便地調節(jié)和計量，用戶可以根據(jù)需要自覺調節(jié)供熱量，計量供熱后一般可實現(xiàn)節(jié)能 30%～40%。 表 31 單位供熱量能源成本 供熱方式 熱電廠 燃煤鍋爐 燃氣鍋爐 電熱鍋爐 單位供熱量能源成本，元 /GJ 對商業(yè)類建筑，電價較高，可以采用燃氣直燃型吸收式熱泵，特別是已經安裝燃氣直燃機的用戶，可以通過簡單改造（主要是外部管路切換）將其在冬季作熱泵運行，直燃型吸收式熱泵的制熱性能系數(shù) COPh 一般在 2 左右。也就是說，將直燃機改造為以電廠循環(huán)水為低位熱源的直燃型吸收式熱泵，冬季供暖時的耗氣量將降至原耗氣量的 50%以下，節(jié)能效果明顯。 0 5 10 15 20 25 30 35 402030405060 Σ l， 103 m Chp，元/GJ 圖 311 循環(huán) 水源熱泵供熱方式單位供熱量能源成本 隨主干線總長度 Σ l 的變化關系 Rpj =50Pa/m Rpj =70Pa/m Rpj =90Pa/m Rpj =110Pa/m Rpj =130Pa/m Rpj =30Pa/m 環(huán)境評價 單位供熱量下，不同供熱方式的污染物當?shù)嘏欧帕考捌湓u價見表 32 所示。由于我國的電力供應主要依靠燃煤火力發(fā)電，大約有 70％的電力來自以煤為燃料的火力發(fā)電廠。既考慮燃料燃 燒對當?shù)氐闹苯优欧牛部紤]因電力消耗而造成的異地排放（按燃煤火力發(fā)電廠計算），兩者之和稱為綜合排放。從表 32 和表 33 可以看出，無論從當?shù)嘏欧胚€是綜合排放來看，循環(huán)水源熱泵供熱方式與其它供熱方式相比，都有很明顯的優(yōu)勢