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基于冷却塔逆用的热泵制热系统火用分析

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基于烟气余热回收的热泵供热系统热力学分析

基于烟气余热回收的热泵供热系统热力学分析

第 38 卷 第 2 期2023 年 4 月Vol.38 No.2Apr. 2023电力学报JOURNAL OF ELECTRIC POWER 文章编号：1005-6548（2023）02-0117-10 中图分类号：TK124；X773 文献标识码：A 学科分类号：47040DOI ：10.13357/j.dlxb.2023.013开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：基于烟气余热回收的热泵供热系统热力学分析白涛，靳智平（山西大学 电力与建筑学院，太原 030006）摘要：为降低供热耗能，采用热泵回收烟气余热，可有效提高机组供热效率。

以某300 MW 亚临界CFB 锅炉机组为例，分别在脱硫塔前后设置低温省煤器和烟气冷凝器，组成新型热泵供热系统，并建立该热泵回收烟气余热热力学模型，分析其烟气余热利用方式对热泵的热力学及供热性能的影响。

计算结果表明，布置低温省煤器，设计工况下，热泵性能系数（C OP ）为1.746时，烟温由130 ℃降至90 ℃，可回收最大烟气余热20.87 MW ，降低脱硫塔耗水量28.792 t/h ；布置烟气冷凝器，可作为热泵低温热源，同时可回收烟气余热10.10 MW ，回收冷凝水13.654 t/h 。

当热网回水温度升高时，C OP 降低，但热泵系统和供热系统的㶲效率均升高；当冷凝器出口水温升高时，C OP 和供热系统㶲效率降低，但热泵系统㶲效率升高。

回收烟气余热的热泵供热方式，可有效利用烟气低阶能量且具有良好的节能节水收益。

关键词：煤电机组；CFB 锅炉；亚临界；烟气余热；梯级利用；热泵；供热；热力学分析Thermodynamic Analysis of Heat Pump Heating System Based onFlue Gas Waste Heat RecoveryBAI Tao ，JIN Zhiping（School of Electric Power ， Civil Engineering and Architecture ， Shanxi University ， Taiyuan 030006， China ）Abstract ：To reduce heating energy consumption ， using heat pumps to recover waste heat from flue gas can ef⁃fectively improve the heating efficiency of the unit. Taking a 300 MW subcritical CFB boiler unit as an exam ⁃ple ，a low temperature economizers and a flue gas condensers are set before and after the desulfurization tower to form a new heat pump heating system ， a thermodynamic model for this heat pump recovery of flue gas waste heat was established to analyze the impact of flue gas waste heat utilization methods on the thermodynamics and heating performance of the heat pump.The results show that ，a low -temperature economizers is arranged ， un⁃der the design conditions ， when the coefficient of performance （C OP ） of the heat pump is 1.746， the flue gas temperature decreases from 130 ℃ to 90 ℃，which could as a high -temperature heat source of the heat pump ， 20.87 MW of waste heat can be recovered at most ， and the water consumption of the desulfurization tower is re⁃duced by 28.792 t/h ； A flue gas condenser is arranged ， which can be used as a low -temperature heat source for the heat pump. At the same time ， 10.10 MW waste heat can be recovered ， and 13.654 t/h condensed water can be recovered. When the return water temperature of the heating network increases ， C OP decreases ， but the · 发电 ·＊ 收稿日期：2023-02-23基金项目：2019年度山西省重大专项资助项目（20181102010）。

回收循环水余热的热泵供热系统热力性能探析

回收循环水余热的热泵供热系统热力性能探析

回收循环水余热的热泵供热系统热力性能探析摘要：能源是社会各界得以持续发展的重要因素，但由于社会发展速度过快，导致我国能源处于短缺趋势，对此，我国提出诸多节能策略，并越发关注火电厂回收循环水余热资源。

为切实实现节能减排目标，本文以回收循环水余热的热泵供水系统为核心，先行提出该系统的技术类型，继而指明该系统的实现方式与参数设计，最后针对该系统展开性能探析。

关键词：回收循环水余热；热泵供热系统；热力性能引言：针对回收循环水余热设计热泵供热系统，不仅可以彻底缓解电厂综合供热排汽机组剩余热源不足的各种现实利用问题,有利于有效率地减轻电厂处于大气环境气候变化中的压力。

因此,对电厂能源循环综合利用供热水源的低压余热回收能源综合加以进行低压余热回收并对综合循环利用进行技术管理是目前有效提高火力发电厂综合供热机组能源循环综合利用管理效率的重要实用技术手段。

一、回收循环水余热的热泵供热系统技术类型1.开闭循环类型（1）开式循环，方法就是能够把水的运动分成两部分,一部分水运动的工作在一个冷却塔内部正常循环磨房,其余2水将被分配给单位的热泵低温热回收垃圾的工作,导致冷却一座塔的正常操作循环池结合，实现热泵中央电循环的新型电容器饮用水,打开自动循环运行方式的电厂、饮用水的总体质量在所有参与开式循环发电厂通常要求相对较高,但由于特定周期的操作步骤是相对简单和方便,这个操作模式主要用于具体的日常周期。

（2）闭式循环，将要求其重新设计建立一个冷凝器循环设备或原新电厂冷凝器设备修改,使其具有双侧可转变为一种新的循环装置式运行周期模式。

在这种双面操作循环中，会在循环中发挥不同的作用。

厂内循环饮用水的一侧流入上层塔，而厂内循环饮用水的另一侧则流经热塔和泵循环。

2.真空类型（1）双侧运行，凝汽器两边同时运行时，冷凝器在所有水回收天然气和电力将在同一时间横向热网,但只有部分双边回用气和水可以同时或先后进入到两个单边回用或上沿冷却水流进塔内。

能源塔热泵系统及其热性能分析

能源塔热泵系统及其热性能分析
专题研讨
暖通空调ＨＶ＆Ａｃ ２０１１年第４ｌ卷第５期
８９
烟台蓝德空调工业有限责任公司孟庆山☆ 张战张新力冯海
摘要介绍了能源塔热泵系统的原理和载冷剂溶液的性质，建立了吸湿量的数学模型，实 测分析了能源塔热泵在不同湿球温度下的制热量和制热性能系数（００Ｐ）。结合南京地区应用 实例，计算了供热季节性能系数（ＨＳＰＦ）。结果显示，能源塔热泵系统在湿度较大的长江流域 有广阔的应用前景。
（１
ｇ训
冀１１）（）
一
Ｉｊｌ）
？（ＩＯ ２ｊ（１
－暇湿量一２５０～一２００ｋｇ／ｈ－一２００～一１５０ｋｇ／ｈ。一１５０～一１００ｋｇ／ｈ
·一１００～一５０ｋｇ／ｈ
－一５０～Ｏｋｇ／ｈ
·０～５０ｋｇ／ｈ
５０～１００ｋｇ／ｈ
－１００～１５０ｋｇ／ｈ
１５０～２００ｋｇ／ｈ
图３能源塔吸湿■与空气状态的关系
系数为２５％，一２～１８℃之间线性变化，表示为
ｒ１
￡≤一２
取（ｆ）一＿Ｏ．９２５一Ｏ．０３７ ５￡一２＜￡≤１８
ｌｏ
ｆ＞１８
（１１）
部分负荷系数受建筑结构、设备选型、使用管 理、环境温度等多种因素的制约，部分负荷系数不
同，对ＨＳＰＦ略有影响。 ５能源塔热泵的实测性能
冬季室外空气的状态参数对能源塔热泵系统 容量和制热性能系数（００Ｐ）的影响很大。图５是 ＧＳＨＰ—０４２８Ｎ型能源塔热泵机组主机在冬季制
安全余量，溶液的凝固点温度需要低于一９℃。
为了降低对金属的腐蚀性，要将溶液调控到偏
碱性环境，取ｐＨ值为８左右。
３能源塔吸湿量
≮
澎 ≯＾ ｉ，７＼＼一一 ＼ ／卜＼ ＼吨．
图２能源塔换热焙湿图
相对湿度。溶液换热升温．空气是降温，等湿线ｄ

冷却塔在建筑暖通系统中的应用分析

冷却塔在建筑暖通系统中的应用分析

冷却塔在建筑暖通系统中的应用分析随着现代建筑技术的不断进步和发展，建筑暖通系统在保证室内舒适度的同时也面临着能源消耗和环境污染等问题。

冷却塔作为一种重要的热交换设备，被广泛应用于建筑暖通系统中，旨在提高系统的能效和环保性能。

本文将对冷却塔在建筑暖通系统中的应用进行分析，并探讨其优缺点以及未来发展趋势。

一、冷却塔的工作原理冷却塔是一种利用水与空气进行热交换的设备，通过将热水喷淋或滴流到填料层上，利用空气对水进行冷却，从而降低水的温度。

其工作原理主要有两个方面：一是利用水的蒸发潜热，当水与空气接触时，一部分水分会蒸发成水蒸气，吸收空气中的热量，从而降低水的温度；二是通过水与空气的对流传热，当水与空气接触时，通过对流传热的方式，将水中的热量传递给空气，从而降低水的温度。

二、冷却塔在建筑暖通系统中的应用1. 提供冷却水源冷却塔在建筑暖通系统中主要用于提供冷却水源，用于冷却制冷设备（如冷水机组）和工业生产过程中产生的热量。

通过冷却塔的作用，将热水降温后再次循环使用，从而实现能源的节约和环境的保护。

2. 改善室内空气质量冷却塔在建筑暖通系统中还可以起到改善室内空气质量的作用。

由于冷却塔在工作过程中会将水蒸气释放到空气中，从而增加空气的湿度，有效缓解室内干燥的问题。

同时，冷却塔还可以过滤空气中的杂质和微粒，提高室内空气的质量。

3. 提高系统能效冷却塔的应用可以有效提高建筑暖通系统的能效。

通过冷却塔的作用，可以将热水降温后再次循环使用，减少能源的消耗。

同时，冷却塔的工作也可以降低冷却设备的负荷，提高其运行效率，从而进一步提高系统的能效。

三、冷却塔的优缺点1. 优点（1）能源节约：冷却塔通过利用水的蒸发潜热和对流传热的方式，实现了能源的循环利用，从而节约了能源消耗。

（2）环保性能好：冷却塔在工作过程中不会产生二氧化碳等有害气体，对环境没有污染，是一种环保的热交换设备。

（3）提高系统能效：冷却塔的应用可以降低冷却设备的负荷，提高其运行效率，从而提高整个建筑暖通系统的能效。

热泵系统的[火用]分析

热泵系统的[火用]分析
热泵机组进行评价 只注意能量的 “ 量”。也有用炯 效率来评 收稿 日期 ：０ ７ ０ — ７ ２０ — ９ ０
式中： 表示热量 Ｑ 的热量炯 ，Ｗ； ０ ｋ
，
表示压缩机所消耗 的电功 ，Ｗ。 ｋ
有效能损失
热泵系统的炯损失率 ：
一
两 爵 琴 ຫໍສະໝຸດ 作者简介 ： 丽东 （ ９ ７ 庞 １７一 ） 女 ， ， 辽宁锦 州人 ， 阳建 筑大 沈
２２ 系统的炯分析 ． 系统制热炯 均效率 ：
＝
国外 ， 近几年炯分析 的研 究应用 已经相 当广泛 ， 深入到 了各 学科 和工 程 的各个领 域 ， 而且 对热泵 系统 的炯 效率也 有较 多 的评价 。在 国内 ， 尽管科研工作者在热泵供 暖方面的研究 正在加大力度 。但对热泵机组的评价大多都采用 Ｃ Ｐ 即对 Ｏ，
表 １ 热泵典型工况 Ｏ 与烟效率的计算表 ＯＰ
冷凝温度（ ） ℃
Ｃ ＯＰ
ｃ ）由表 １ 还可以看 到， 随着冷凝温度的升高 ， 热泵各个 部件的炯 损失 的变 化趋势 也是不一样 的 ， 压缩机、 凝器和 冷
蒸发器内的火 损失系数均随冷凝温度的增大而减小 ， 甩 节流阀 内的炯损失系数随着冷凝温度 的增大而上升。
增加 ，而其 中 ５ ％以上 消耗在冬 季采暖和夏季制冷空调 上。 ０ 因此 ， 节约采暖和空调方 面的耗能意义非常重大。
统。 但还很少有对热泵机组用炯 分析方法既结合炯 效率评估 又结合炯 的损失来评价热泵机组的 。由于将来的社会必须 以 节能为前提 ， 所以此研究 的结果应有一定的学术 价值和一定
摘
要： 用炯分析 法对 热泵供热循环进行 了分析 ， 评价 了热泵 系统 的能质利用和损失状 况 ， 出在环境 指

热泵供热系统的(火用)评价方法

热泵供热系统的(火用)评价方法

热泵供热系统的(火用)评价方法
1热泵供热系统专业评价
热泵供热系统是当前大力发展的环保热水热源采暖方式，可节约能源，安全高效，受到越来越多消费者的青睐。

因此，有必要建立一套专业的热泵供热系统评价标准，来对热泵供热系统的火用能力作出准确的评价。

2专业评价标准
1.燃料热量：由燃料的比热容及其热值来计算。

2.燃料组成：根据燃料的比重分析和比例测定，对燃料的组成成份进行细分。

3.热效率：评价热泵供热系统从燃料至用户使用热水的整个过程中，消耗的热量及转化的热量。

4.动力特性：评价热泵供热系统的能力，确定热泵供热系统的最佳运行状态和工作状态。

5.水质性能：涉及热泵供热系统的水分配、蒸发、换热等各项性能，评估其中污染物控制能力，为热泵供热系统的可靠运行提供评价依据。

3能效评价方法
1.能效比：按照冷、热目标计算系统所释放的各部件能效比，用以评价热泵供热系统的效率和可靠性。

2.热用效率：严格计算系统产生的热量及对用户使用的热水的热能产量，以表征热泵供热系统的热能利用水平。

3.额定耗电量：依据热泵供热系统的运行模式及其用电量，进行综合评估，评价热泵供热系统的运行效率。

4.系统控制：考察系统控制部件及其控制能力，及特性控制条件评价某种热泵供热系统的可靠性。

热泵供热系统的评价方法针对不同的系统火用情况，需要进行综合考核，把火用能力、能源利用率、耗能及运行质量等方面系统地汇总起来，以便为使用者提供准确的热泵供热系统的评价结果。

探究回收循环水余热的热泵供热系统热力性能

探究回收循环水余热的热泵供热系统热力性能随着我国经济建设的不断发展，逐渐出现了能源短缺的现象。

我国因此提出节能减排的政策，同时也加强了对火电厂的丰富余热资源的关注度。

如若能够通过循环水，利用热泵技术将余热回收再利用，将能够极大的提高资源利用效率。

本文将对热电厂余热回收技术类型以及回收循环水余热的热泵供热方法与节能机理进行简要的分析，并对回收循环水余热的热泵性能的关键部件数学模型加以阐述。

标签：回收循环水；余热资源；热泵供热系统；热力性能0 引言当今时代，能源危机是各个国家需要解决的重点问题。

由于对煤炭、石油、天然气等资源的储备量逐渐减少，并且在对其的利用过程中将会对环境造成一定程度的损害。

因此，当前人们更加注重对能量的梯级利用和余热回收。

尤其是利用大型电热厂进行集中供热并且对于其中的余热利用热泵技术进行回收再利用，将能够提高资源利用效率，实现节能减排。

1 我国热泵供热系统的应用与研究1.1 调节抽汽式供热机组目前，我国各地区进行集中供热主要采用的机组就是调节抽汽式供热机组。

但是它并不是完美无缺的，它存在的问题有很多，例如它是直接利用汽轮机抽汽的方式在热网中对热网返回水进行加热，通常热网中返回水的温度约为55℃，在经过它的加热之后将能够达到130℃左右，使得热网中的温差过大，将会对热网造成一定的损害，并且抽汽中的人呢过并没有实现高效的利用。

此外，汽轮机排汽中的余热通常会随着循环水流走，在空气中消散，使循环水的余热没有得到良好的利用，产生大量的浪费。

1.2 吸收式热泵吸收式热泵具有有效利用低品位热能的优点，它可以对太阳能、地热能等废弃热量进行再利用，从而降低对环境的污染。

它将利用电站的循環水来作为热源，利用吸收式热泵对其功能进行优化，从而实现向用户进行供热。

在此过程中，它既实现了对循环水余热的回收，提高了供热系统的供热量，解决了由于供热量不足而产生的供需矛盾。

同时，流入热网的水温基温较高，使其产生的温差变小，从而降低了对热网的损害程度，使抽汽热能得到了有效的利用。

带余热回收的中温热泵热水系统[火用]分析及实验研究


Ｄｅ ｇ Ｙｕ ｙ ｎ Ｄｉ ｇ Ｌ —ｉ ｇ ， ｉ ｕ ｎ ． ｏ 。 ｎ ｉ ｎ ＨＥ Ｌ ． ｎ ｘ ｑ
，
（ ． ｈｎｋ ｉ ｎｖｒｉ ｆ ｇｉ ｌ ｒ ａｄＴ ｃ ｎｌ ｙ ｕ ｎｚｏ ２ ５ Ｃ ｉ ； １Ｚ ｏ ｇａ Ｕ ｉｅｓｙｏ ｒ ｕｔ ｅ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｇ ａｇｈ ｕ５０ ２ ， ｈｎ ｔ Ａ ｃ ｕ ｏ １ ａ ２ ｎｖｒｔ ｏ ｉ ｃ ｎ ｅｈｏｏｙｏ ｈｎ ， ｅｅ ２０ ２ ， ｈｎ ） ．Ｕ ｅ ｉ ｆ ｃｅ ｅａ ｄＴ ｃｎｌｇ ｆ ｉａ Ｈ ｆｉ ３ ０ ６ Ｃ ｉ ｉ ｓｙ Ｓ ｎ Ｃ ａ
１ 前言
火 方法中 ， 用 用 火 传递分析 能对 系统动态特性进行 分析 ， 揭示系统不平衡势特有 的过程动力与传递
热泵是一项以节能、 环保为主要特征的技术 ， 阻力的性质 ， 确定系统循环中的薄弱环节 ， 为高效 在空调领域中已得到广泛的应用… 。但在工艺用 节能 提供 思路 和技术 手段 。 为了考察热泵热水系统的用能水平 ， 本文将 热方面 ， 仍然倾 向于采用传统的燃煤、 燃油 、 燃气
中图分类号 ： Ｔ ６ Ｂ５ 文献标 识码 ： Ａ 。
Ｅｘ ｒ ｙ Ａｎ ｌ ｓｓ ａ ｄ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｔ ｄ ｆＭ ｏ ｅ ａ ｅ Ｔｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｔＰｕ ｐ Ｗ ａ ｅ ｅ ｇ ａ ｙ ｉ ｎ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌＳ ｕ ｙ ｏ ｄ ｒ ｔ ｍ ｅ ａ ｕ ｅ Ｈ ａ ｍ ｔ ｒ Ｈｅ ｔｎ ｙ ｔ ｍ ｔ ａ ｔ ａ ｃ ｖ ｒ ａ ｉｇ Ｓ ｓ ｅ ｗｉ Ｗ ｓ ｅ Ｈｅ ｔＲｅ ｏ ｅ ｙ ｈ
摘
要 ： 应用炯 分析理论 ， 过对具有余热 回收功能的中温热 泵热水 系统进 行了实验及火 和火 通 用 用传递计 算分析 ， 揭示

基于烟气余热回收的热泵供热系统热力学分析

基于烟气余热回收的热泵供热系统热力学分析摘要：随着能源资源日益稀缺和环境保护的重要性日益凸显，热泵供热系统和废热回收技术成为了研究和应用的热点领域。

工业过程中产生的废热通常被浪费掉，而热泵技术可以将这些废热有效地转化为有用的热能。

本文旨在研究和分析基于烟气余热回收的热泵供热系统的性能和效益，该系统结合了废热回收技术和热泵技术，用于捕获工业过程中的废热，并将其转化为有用的热能，以供暖和热水供应等用途，旨在为热泵供热系统的烟气余热回收可持续能源利用提供有效解决方案。

关键词：热力学分析；热泵供热；烟气余热；控制前言：随着全球能源需求的不断增长和能源资源的日益稀缺，以及环境保护的重要性不断上升，寻找高效、可持续的供热解决方案变得尤为迫切。

传统的供热系统往往依赖于燃煤、燃油或天然气等化石燃料，其高能耗和温室气体排放对环境造成了严重影响。

在这一背景下，热泵供热系统和废热回收技术崭露头角，成为了解决能源和环境问题的有力工具。

废热回收是指将工业过程中产生的废热重新利用，以减少能源浪费。

而热泵技术则是一种能够将低温热能转化为高温热能的能源转换技术，其工作原理类似于制冷循环，但反过来，将热能从低温源抽取并升温。

将这两种技术结合，即基于烟气余热回收的热泵供热系统，可以有效地捕获工业过程中的废热，并将其转化为有用的热能，以供暖、热水供应或其他热能需求。

1热力学分析方法的概述热力学分析是一种用于研究能量转移、工作和热效率的科学方法。

它广泛应用于各种领域，包括物理学、化学、工程和环境科学等，热力学是一门研究能量、热和工作之间相互关系的科学，其基本概念包括能量、热、功、熵和温度等。

首先，热力学分析通常将系统与其周围的环境分开考虑，系统是研究对象，环境是系统以外的一切，并且热平衡指的是系统和环境之间没有热能的净交换，而热传导是热能通过温度梯度从热的区域传递到冷的区域的过程。

其次，热力学过程描述了系统的状态如何随时间而变化。

常见的过程包括等温过程、等压过程、等容过程和绝热过程等，而状态变量是热力学系统的性质，如温度、压力、体积和内能等。

基于低温多效蒸馏再生的热源塔热泵系统构建及其热力性能分析

泵 防 冻 溶 液 ，但 冷 冻 分 离 产 物 存 在 较 严 重 的 冰 晶 溶 质 夹 带 问 题 [1921]，难 以 满 足 热 源 塔防冻液的高质量再生需求。
虽然目前有关热源塔热杲防冻液再生的研究已 有一定基础，但 所 实 现 的 GOJ? 不 高 ，再生能耗较 大 ，仍不完善。本文综合热源塔热泵运行特性及各 种 溶 液 浓 缩 技 术 特 点 ，提 出 了 一 种 耦 合 低 温 多 效 蒸 傭 （L o w temperature multi-effect distillation,L T M E ：D )的 H T H P 系统 ，本文称之为低温多效再生热 泵系统，其环境适应能力强、再生 效 率 高 、对热泵系 统影响小。本文建立了该系统的热力学模型，利用 M a t l a b 对 其 进 行 计 算 ，分 析 低 温 多 效 再 生 热 泵 系 统 的流程结构(效数、有无凝水闪蒸)和设计条件(蒸发 温 度 、冷凝温度、首效循环倍率、设计潜热比、进料溶 液冰点及进料溶液种类)对系统热力学性能的影响规 律 ，为该新型系统的设计、运行提供理论指导和依据。
ZH A N G Guohui, WANG L i, CUI Haijiao, L I Bin
(School of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018，China)
Abstract：In order to solve the problem of antifreeze regeneration in winter and realize the efficient and stable operation of heat-source tower heat pump (H T H P) system, we proposed a H TH P system based on low temperature multi-effect distillation (LT-M ED ), which is also called low temperature multi-effect regenerative heat pump system. By establishing a thermodynamic model for each subsystem and the overall system, we analyzed the impact of structural parameters (number of effects, presence of flash evaporation of condensed w ater) and operating parameters ( first-effect cycle rate, evaporation/condensation temperature， designed latent heat ratio, freezing point and type of solution) on system performance indexes, such as gained output ratio, heat exchange temperature difference between effects, regeneration heating efficiency, regeneration loss coefficient, etc. The results show that by taking the regeneration performance and heat exchange temperature difference into overall account, the triple-effect distillation
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2.2 2.2.1
螺杆式热泵机组制冷剂回路 压缩机 方程 功率：
分析
1) 外部输入压缩机
EX in,com Wcom
式中： EXin,com —— 外部输入 2) 压缩机获得的 功率， J/s
（ 4）
功率 ：
（ 5）
EX com mr [(h2 h1 ) T0 ( s2 s1 )]
膨胀阀处节流降压，成为低温低压下的湿蒸汽，进 入蒸发器中，在蒸发器中，低温低压的制冷剂与通 过循环泵输送进来的载冷剂进行换热，制冷剂液体 在压力不变的情况下，吸收载冷剂的热量而汽化， 形成的低温低压蒸汽再回到压缩机，如此反复循环。 载冷剂通过循环泵在 RUWCT 中进行循环喷淋，与 空气进行显热和潜热交换，不断吸收外界大气环境 中热量。
进行进一步分析，采用
分析方法，分析过程中采
用 4 项评价指标进行综合评价，结合实验测试数据 分析系统运行过程中主要设备的能源利用率，诊断 出系统主要设备的薄弱环节，并能对系统的节能潜 力做出判断，为进一步优化系统指明方向。
1 实验台工作原理
开式横流冷却塔逆用的热泵制热系统实验台的 工作原理如图 1 所示，主要由三部分组成：空调末 端热水 循环系统、螺 杆式热泵制冷 剂循环系统和 RUWCT 载冷剂（水）循环系统。
1 Q W T

T0
s
EX L
（ 3）
EX 2 mr [(h2 h0 ) T0 ( s2 s0 )]
2) 制冷剂传递给空调末端热水的 功率：
（ 10）
EX cr mr [(h2 h3 ) T0 ( s2 s3 )]
式中： EX cr —— 制冷剂传递给末端热水的 h3 —— 冷凝器出口制冷剂比焓， J/kg s3 —— 冷凝器出口制冷剂比熵， J/kg oC 3) 空调末端热水所获得的 功率：
文章编号：
基于冷却塔逆用的热泵制热系统 分析
吴加胜 1 周晋 1* 张国强 1 张泉 1
1
湖南大学土木工程学院 湖南省长沙市 410082
摘
要：冷却塔逆用已经在热泵制热系统中得到实际应用并取得了一定的节能效果。本文从热力学第二定律的角
度，对冷却塔逆用作为低温热源的热泵制热系统进行了 分析。构建了系统各部件 分析数学模型，并结合实验 系统现场测试数据进行分析，分析过程中采用 损失、 效率、 损失率、 损失系数评价指标综合评价。结果 表明在系统制热工况下，末端空气处理机组与压缩机 损失、 损失率明显高于整个系统中其他设备及部件， 损失率分别为 14%和 12%，是整个系统改进的主要对象。该研究有助于诊断出系统主要设备的薄弱环节，并能对 系统的节能潜力做出判断，为进一步优化系统指明方向。 关键词：冷却塔逆用；热泵；制热； 分析
图1
实验台工作原理图
I: 螺杆式热泵 II: 冷凝器 III: 膨胀阀 IV: 蒸发器 V: 逆用式冷却塔 VI: 水泵 VII: 空调末端 AHU VIII: 流量计
实验系统制热运行时，从压缩机排出的高压气 态制冷剂进入冷凝器，在冷凝器内，高压气态制冷 剂与通过空调循环泵输送进来的空调用水进行换 热，加热空调用水，在压力不变的情况下，冷凝器 内制冷剂蒸汽温度降低，凝结成液体从冷凝器流经
3) 压缩机
h0 —— 系统所在环境的比焓， （ J/kg ） s0 —— 系统所在环境的比熵， （ J/kg oC） 2) 系统过程 的变化值：
（ 2）
com EX com EX com,in
4) 压缩机不可逆 损失 ：
EX com,L EX com,in EX com
5) 压缩机 功率损失率 ：
（ 7）
EX (hout hin ) T0 ( sout sin )
式中： Ex——系统过程单位质量
EX,com EX com,L EX sys
的变化量， （ J/kg ） 式中： EXsys ——系统制热工况不可逆 6) 压缩机 损系数 ：
（ 8）
hin —— 系统过程中始点的比焓， （ J/kg ） hout —— 系统过程中终点的比焓， （ J/kg ） sin —— 系统过程中始点的比熵， （ J/kg oC） sout —— 系统过程中终点的比熵， （ J/kg oC） 3) 循环系统的 平衡方程
功率损失， J/s
com EX com,L EX sys,in
式中： EXsys,in —— 系统制热工况总输入功率， J/s 2.2.2 冷凝器 方程 功率：
（ 9）
对于整个热泵循环系统而言，由于工质完成循环而 作为状态参数的 并没有变化， 根据 平衡方程的一
般关系式，故而有：
1) 压缩机输入冷凝器
Exergy analysis of a heat pump heating system with a reversibly used cooling tower
Jiasheng Wu1 Jin Zhou 1* Guoqiang Zhang1 Quan Zhang 1
Abstract: A mechanical draft cooling tower may be reversibly used, as part of a heat pump system for service hot water, to extract free heat from ambient air. It is advantageous in minimizing the total installation and operating cost. The research focused on the analysis and the evaluation of the exergy performance of the heating system and its components. The second law of thermodynamics performance analysis, also called the exergy performance analysis, can point out the inefficient components of the system with great improvement potential more accurately. And experimental study of a heat pump system is presented, and the analytical formulas of exergy loss, exergy efficiency, exergy loss rate and exergy loss coefficient were derived, respectively. According to the comparison, the most exergy is consumed by the AHU and the compressor, whose exergy destruction ratios are about 14% and 12%, respectively. To achieve better whole system's exergy performance, the recommend improvements should focus on these two kind of components, Furthermore, the results can draw an engineer's attention towards the components where the most availability is being destroyed and quantify the extent to which modification of one component affects, favorably or unfavorably, the performance of other components of the system. Key words: Reversibly used cooling tower; Heat pump; Heating; Exergy analysis
引言
冷却塔作为传统的散热冷却设备，其研究工作 在我国始于上世纪七十年代末，鼎盛于九十年代中 末期，在此期间，我国的冷却塔技术的理论与实践 的基础得以奠定并开始迅速发展。但是，将冷却塔 作为吸热设备（ RUWCT 或热源塔） ，国内外在这方
周晋 副教授 博士 † E-mail: zhoujin_y@
（ 11）
式中： EX4——输出膨胀阀的 3) 膨胀阀的不可逆 功率， J/s 损失 ：
（ 19）
功率， J/s
EX exp,L EX 3 EX 4
EXexp,L ——膨胀阀不可逆 4) 膨胀阀的 损失率 ： 损失
EX cw mcw [(h2w h3w ) T0 ( s 2w s3w )]
h1 —— 压缩机入口制冷剂比焓， J/kg h2 —— 压缩机出口制冷剂比焓， J/kg s1 s2 —— 压缩机入口制冷剂比熵， J/kgoC —— 压缩机出口制冷剂比熵， J/kgoC 效率 ：
（ 6）
—— 系统中任意一点的比焓， （ J/kg ） —— 系统中任意一点的比熵， （ J/kg oC）
2 热泵制热系统 分析
2.1 系统 分析物理基础 值可定义为：
（ 1）
式中： EXcom —— 压缩机获得的 mr 功率， J/s
1) 系统中任意一点的
—— 制冷剂质量流速， J/kg
EX i (hi h0 ) T0 ( si s0 )
式中： EX i —— 系统中任意一点的 hi si 值， （ J/塔在过渡季节 逆用已经在一些空调制热系统中得到实际应用并取 得了良好的节能效果 [1]。 文献 [2, 3]分析了开式热源塔的结构特点及工作 原理，认为热源塔设备应用于空调热泵系统中可使 得冷热源合一，且该冷热源方案非常具有前景。