【29】可再生能源供暖系统的能耗分析
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全国建筑环境与设备第3届技术交流大会文集供暖供热
可再生能源供暖系统的能耗分析
吉林建筑工程学院冉春雨刘颖超王春青
摘要以长春某建筑为依据对太阳能供暖系统、地源热泵系统以及常规能源系统(燃气锅
炉)的热源部分进行了详细的能耗分析和比较,得出严寒地区冬季供暖选用地源热泵供暖系统节
能效果显著。研究结果可为长春以及严寒地区利用可再生能源供暖提供可靠的节能性数据。
关键词可再生能源太阳能供暖地源熬泵供暖能耗分析
可再生能源在严寒地区建筑的应用中,最主要
的是太阳能和低温地热能的建筑供暖应用。因此
本文选取冬季太阳能和地热能供暖系统与常规能源供暖系统的能耗进行比较,来分析可再生能源在严寒地区建筑中应用的可行性。但是太阳能的间歇性和不稳定性以及低温地热能不能直接利用这些缺点,导致在利用这些可再生能源的同时,必须消耗一定的常规能源。本文利用建筑模型(长春地区某办公楼),详细计算太阳能供暖系统和地下水地源热泵供暖系统的能耗,最后与常规能源系统进行比较和分析。下面的能耗计算不考虑系统末端部分,只对各系统的冷热源部分进行计算和分析‘1J。1建筑模型选取为了对太阳能供暖系统和地源热泵供暖系统的能耗进行具体分析,本文选取长春地区一栋典型的办公楼为建筑模型。办公楼共5层,建筑面积为3900m2,包括大厅、办公室、会议室、楼梯间、走廊和卫生问。相关计算参数如下:1)长春地区耗热量指标为21.7W/m2[21。2)供暖时间170天。3)严寒一区(长春地区)年太阳总辐射照度为140~200W/m2cs]。4)查表1,取太阳能保证率为50%。表1不同地区太阳能保证率韵取值范固“】根据式(1)计算办公楼冬季累计热负荷。Q一萨,2(1)式中Q为建筑物的供暖累计热负荷,kWh;q为
长春地区建筑物耗热量指标,W/m2;F为建筑物
的建筑面积,m2;行为长春地区冬季供暖时间,h。
计算得出建筑物冬季总累计热负荷为345
290
kWh。
Q1一Qf
(2)
式中Q1为辅助加热量,kWht
f为太阳能保证
率。
辅助加热量为345
290kWh×50%一172645
kWll。
由于利用燃气作为太阳能综合利用系统的辅
助能源和常规能源是环保且经济的。因此,下文比
较各种可再生能源与常规能源能耗及经济性时,选
用的常规能源和辅助热源都为燃气。
2太阳能供暖系统
2.1设备的选择和能耗
2.1.1辅助热源
辅助热源通常采用电力、燃油、燃气、燃煤等,
本系统考虑设置辅助燃气锅炉,因为它具有启动
快、污染小、便于自动控制等优点,能够确保系统持
续稳定运行。
选用燃气锅炉的型号为CLHS0.35—95/70,
输出功率为0.35MW。选用的燃料为天然气,燃
料消耗量为75m3/h。具体技术参数为:设备耗电
量550W,热效率88%,热水产量6.8
t/h。
辅助热源的耗气量及耗电量计算公式Ⅲ为
Ec一怒
(3)
供暖供热暖通空调HV&AC
2009年第39卷增刊
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N=鲁
(4)
Eb一0.55N
(5)
式(3)~(5)中臣为天然气能耗,GJ;珈为燃气
锅炉效率,取88%;Ef为辅助热源的输出功率,
kw;Eb为燃气锅炉耗电量,kwh;N为供暖季的运
行时间,h。
2.1.2循环水泵
根据锅炉要求的流量选择水泵,其型号为
PHl01E,流量为7.8m3/h,扬程为5ITI,功率为
100
W。
循环水泵的能耗[1]
ep=意000黑6‰00%rk
㈣
1×3
”7
式中Ep为水泵耗电量,k矾;Gp为水泵的流量,
m3/hlH。为水泵的扬程,m;Np为水泵运行时间,
hip为水的密度,kg/m3;g为自由落体加速度,m/
s2;珈为水泵的效率,取70%;琅为电动机效率,取
0.8。
2.2太阳能供暖系统的能耗统计
根据上述设备的选择,可计算得到各设备的能
耗,从而求得整个太阳能供暖系统的能耗。由于系
统所消耗的辅助能源为天然气,水泵所消耗的能源
为电能,为了便于比较,将系统的能耗折算成一次
能源——标准煤的消耗量。一次能耗和标准煤消
耗量可按式(7),(8)进行折算:
瓦:业地
(7)
聊s
Msc=丽鬻斋
(8)
式(7),(8)中艮为一次能耗,GJ;‰为标准煤
消耗量,t;Eo为电能消耗量,kWh;29302.3为标
准煤的发热量,kJ/kg;刀为电厂电效率,这里考虑
为火电站,取30%;啦为输配电效率,取90%。
天然气能耗看作一次能耗,用下式折算成标准
煤消耗量
Msc=未勰
㈣
太阳能供暖系统的能耗统计见表2。
3地源热泵系统3.1设备的选择和能耗3.1.1热泵机组选用HGHP330型热泵进行分析,机组的技表2太阳能供暖系统的能耗统计(冬季)术参数分别为:名义制热量327kW;输入功率80kW;用户侧水循环量29m3/h,水源侧水循环流量32m3/h。热泵机组的能耗计算同式(4),(5)。3.1.2潜水泵根据热泵机组要求的流量,选择水泵,其型号为SP30—14,流量为30m3/h,扬程为103m,额定功率为13kW。潜水泵的能耗计算同式(6)。3.2地源热泵系统的能耗统计根据能耗计算,利用折算法,把各项能耗都折合成一次能耗和标准煤耗量,考虑热泵能效比为4,计算结果见表3。表3地源热泵系统的能耗统计(冬季)热泵机组潜水泵耗电量/(kwh)折合一次能耗/GJ标准煤最/t标准煤量合计/t4与常规能源系统的比较4.1常规能源系统的能耗选用燃气锅炉,型号为CLHS0.35—95/70,输出功率为0.35MW。选用的燃料为天然气,燃料消耗量为75m3/h。具体技术参数为:设备耗电量550W,热效率88%,热水产量6.8t/h。燃气锅炉的耗气量及耗电量用式(3)~(5)计算。4.2常规能源系统的能耗统计利用折算法,把各项能耗都折合成一次能耗和标准煤耗量,结果见表4。表4常规能源系统的能耗统计(冬季)耗电鼍/(kWh)耗气量/(玎折合一次能耗/GJ标准煤量/t542.61412.551419.7848.454.3各系统的能耗比较与分析
冬季各系统的能耗比较见表5。由表5可以
看出,冬季利用可再生能源的太阳能和地热能供暖
系统节能效果显著。
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540n
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819n丛扎
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全国建筑环境与设备第3届技术交流大会文集供暖供热
壅!鱼至笙丝堑丝墼
系统形式一次能源消标准煤消相对于常规能源
堑量』垡錾量』!壅丝塑丝堕
太阳能供暖
715.0524.40.503
地源热泵供暖
334.4511.4150.236
堂望堕塑堡堡
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冬季太阳能供暖系统的能耗是常规能源系统
的50.3%,可见冬季太阳能供暖系统在节约常规
能源方面比较有优势。
冬季地源热泵系统的能耗是常规能源系统的
23.6%,究其原因,是因为热泵系统的效率较高,消
耗相同的能源能产生更多的热量,节能效果明显。
5结语
本文以现行各种可再生能源供暖方式为研究
对象,从能耗人手,对各种可再生能源供暖供热方
式与常规供暖方式进行了比较,论证了可再生能源
供暖供热的优越性。对长春市供暖方式的能耗分
析关系到严寒地区能源的合理利用、环境保护和人
们的生活质量与经济负担。因此应根据具体情况
进行优化选择。本文只是可再生能源在供暖应用
方面的研究,只对太阳能和地热能两种可再生能源
与常规能源供暖形式进行了对比,目的是为提高可
再生能源的利用率,改善今后人们的生活环境,为
严寒地区选用供暖形式提供参考
参考文献:
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[D口.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2005:52—59
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[31中华人民共和国建设部.GB50178—93建筑气候
区划标准[S],1994:3-4
[4]郑瑞澄.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册
IM].北京:化学工业出版社,2006:17—18
可再生能源供暖系统的能耗分析
作者:冉春雨, 刘颖超, 王春青
作者单位:吉林建筑工程学院
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7289473.aspx