水源热泵采暖系统的可用能效率分析

(6)
式中 ηπ ———水 源 热 泵 供 热 工 况 的 可 用 能 效
率, %
eq热 ———冷凝器散热中的可用能 ,W
q热 ———冷凝器散发的热量 ,W
T2 ———冷凝器水侧的平均温度 , K
eq冷 ———蒸发器吸收热量中的可用能 ,W
q冷 ———蒸发器从水源中吸收的热量 ,W
T1 ———蒸发器水侧的平均温度 , K
根据式 (10) 可计算采暖系统的可用能效率 为:
η
=
(
( TN - T0) T1 ×COP T1 - T0) TN COP + T0 TN
= 0. 21
由上述计算可以看出 , 该地热水源热泵采暖
系统的可用能效率非常低 。
4 结语
通过对水源热泵采暖系统的可用能分析 , 推 导出了水源热泵采暖系统的可用能效率公式 , 得 出影响整个系统可用能效率的因素 :环境温度 、房 间的温度 、蒸发器水侧 (水源供回水) 的平均温度 和热泵的制热系数 COP 值 ,并定性分析了各因素 对可用能效率的影响 。最后计算了一个地热水源 热泵用于温室大棚采暖系统的可用能效率 。经过 分析可看出 ,可用能效率更适合作为评价指标来 反映能量转换过程中的效率和能量的性质问题 。
存在着可用能转换和损失问题 , 也就是用通常所
定义的热泵的可用能效率来评价这个过程 ; (2) 热
泵输出的高位热能向房间进行输送用于采暖的过
程 ,这个过程也可用其可用能效率来进行评价 。因
此 ,水源热泵采暖系统的可用能分析可以分为热
泵系统的可用能分析和采暖系统的可用能分析 。
212 水源热泵供热工况的可用能分析
(上接第 21 页)
参考文献 :
图 2 改进后的旋转密封结构
改造后的结构取消了原结构中的辅助密封 , 使得外部的冷却水可以直接进到密封面处进行冷 却 ,密封处的温度大为降低 ,从而远离被封燃料的 热分解温度 ,保证了系统的安全性 。
[1 ] 党建军 ,等 1 有限元法在机械密封设计中的应用研 究[J ] . 航空计算技术 ,2000 , (1) :6281
Abstract : By analysis of exergy of water2source heat pump heating system , the exergy efficiency formulation of the whole system was deduced , and the influencing factors of exergy efficiency was analyzed. And combining a example of water source heat pump heating sys2 tem for greenhouse , its exergy efficiency was calculated. Key words : water2source heat pump ;exergy ;efficiency ;qualitative analysis
对于同一房间来说 , 要保持一定的温度所需 要的热量是一定的 , 但是对于不同的供暖系统来 说 ,它们提供相同的热量所消耗的可用能却是不 同的 ,即它们的可用能效率不一样 。例如 ,电热供 暖供给的热量中所有的都是可用能 ( 如图 2 所 示[4]) ,所以用电热供暖的可用能效率是很低的 。
图 2 电热供暖时的可用能流示意
64 FLUID MACHINERY Vol133 ,No13 ,2005
文章编号 : 1005 —0329 (2005) 03 —0064 —03
水源热泵采暖系统的可用能效率分析
张伟伟 ,刘俊杰 ,朱 能
(天津大学 ,天津 300072)
摘 要 : 通过对水源热泵采暖系统可用能的分析 ,推导出了整个系统可用能效率公式 ,并对整个系统可用能效率的影 响因素进行了定性分析 ,并且结合一个温室大棚的水源热泵采暖系统进行了可用能效率的计算 。 关键词 : 水源热泵 ;可用能 ;效率 ;定性分析 中图分类号 : TU832. 1 文献标识码 : A
(10)
整个系统的可用能效率从本质上反映了水源
热泵采暖过程中能量的转换效率 。从式 (10) 可以 看出 ,水源热泵采暖的整个系统的可用能效率与 下列因素有关 :环境温度 T0 、房间的温度 TN 、蒸 发器水侧 (水源供回水) 的平均温度 T1 以及热泵
66 FLUID MACHINERY Vol133 ,No13 ,2005
热泵系统的可用能效率定义为 :热泵供热时
输出的热量中的可用能部分与供给热泵的能量中
的可用能部分的比值 。对电驱动的机械压缩式水
源热泵进行分析 ,热泵吸收的能量有两部分 : (1)
收稿日期 : 2004 —04 —26
2005 年第 33 卷第 3 期 流 体 机 械 65
5η 5 T0
>
0
可知 ,
T1
越高 , 可用能效率 η来自越大 。但上面的分析只是对水源热泵供热工况下整
个采暖系统的可用能效率与其影响因素之间的关
系 ,若是对于水源热泵的制冷工况或是其它类型
的热泵 ,这种定性关系不一定正确 。
3 温室大棚用地热水源热泵采暖的可用能效率 计算
天津某地区的温室大棚 ,用开采温度为 80 ℃ 左右的地热水直接采暖 ,地热尾水的排放温度为 50 ℃左右 ,经过热泵以后温度降为 40 ℃。现用水 源热泵回收地热尾水的热量提供热水给新建的大 棚采暖 。 其基本参数 :温室大棚内需要的温度为18 ℃, 地热尾水的温度为 50 ℃,环境温度取为 - 12 ℃, 热泵的制热系数 COP 值取 3. 1 。
的制热系数 COP 值 。
从整个系统的可用能效率公式 (10) 可以看
出:
(1) 效率 η与热泵的 COP 值成正比 , 即 COP
越大 ,η越大 ;
(2) 房间温度 TN 越高 , 可用能效率 η 也越 大;
(3)
由 5η 5 T0
<
0
可知
, 环境温度
T0 越高 , 可用
能效率 η越小 ;
(4)
由
热泵的输入功 ω(因为是电能驱动 ,所以输入功 ω 全是可用能) ; (2) 热泵从水源中吸收的热量 , 其中 的可用能记为 eq冷 。热泵输出的热量中的可用能 记为 eq热 。所以 , 水源热泵供热工况的可用能效 率为 :
ηπ
=
w
eq热 + eq泠
(2)
根据文献[1 ] :
q热 = q冷 + w
(3)
因此从可用能的观点来看 , 一个最优的供暖 系统向房间供热中含有的可用能的量应该与房间
所需可用能的量相同[4] 。所以 , 用可用能效率来 评价不同系统是很适宜的 。
在采暖过程中房间得到的可用能为 :
EQ热 = (1 - T0/ TN ) Q
(7)
式中 T0 ———环境温度 , K
TN ———房间内温度 , K
Q ———房间向环境散失的热量 ,W
热泵系统供给房间的热量中的可用能 , 即冷
凝器放出的可用能为 :
eq热 = (1 - T0/ T2) q′热
(8)
式中 q′热 ———热泵系统的供热量 ,W
在稳态情况下 , 热泵采暖系统的供热量近似
等于房间散失的热量 , 即 Q≈ q′热 , 所以可以定义
采暖系统的可用能效率为 :
对于热泵可用能效率 , 已有较多文献作过分 析[2 ,3] ,但对于热泵用于采暖的整个系统可用能 效率分析还比较少 。本文通过对水源热泵采暖系 统可用能的分析 , 推导出了整个系统可用能效率 公式 ,并对整个系统的可用能效率的影响因素进 行了定性分析 。
2 水源热泵采暖系统可用能效率分析
211 可用能效率及水源热泵采暖系统可用能
[2 ] 顾永泉. 机械密封的摩擦系数 [J ]1 流体机械 ,1998 , 26 (4) :192241
[3 ] 彭旭东 ,谢友柏 ,顾永泉. 机械密封端面温度的确定 [J ] . 化工机械 , 1996 , (6) :232261
作者简介 :党建军 (19652) , 男 , 副教授 , 近几年主持基金 、预 研及横向研究等科研项目 10 项 ,主要研究方向 :水下动力推进技 术和机电一体化技术 , 通讯地址 :710072 陕西西安市西北工业大 学航海学院 。
eq热 = (1 -
T0 ) T2
q热
(4)
eq冷 = (1 -
T0 ) T1
q冷
(5)
把式 (3) ～ (5) 代入式 (2) 可得 :
ηπ
=
1
+
(1 - T0/ T2) q热/ (1 - T0/ T1) ( q热/
w w
-
1)
(1 = 1 + (1 -
T0/ T0/
T2) ×COP T1) ( COP - 1)
1 前言
由热力学第二定律可知 , 能量是由可用能和 非可用能两部分组成的[1] 。在能量的传递和转换 过程中 ,可用能不可逆转地转变为非可用能 ,即能 量是由高品位向低品位转换的 。所以对不同质的 能量只有用可用能效率作为评价标准 , 才能从 “质”和“量”的结合上科学 、全面地对能量价值作 出评价 。
能分析[J ]1 太阳能学报 ,2002 ,35 (5) :59525981 [4 ] H. L. von 库 伯 , F 斯 泰 姆 莱 1 热 泵 的 理 论 与 实 践
[M] . 北京 :中国建筑工业出版社 ,1986. 52351
作者简介 :张伟伟 (19812) , 男 , 在读硕士研究生 , 通讯地址 : 300072 天津市天津大学环境与科学工程学院 0327 信箱。
ηc =
EQ热 ≈ T2 ×TN eq热 TN T2 -