本發(fā)明涉及到集中供暖的
技術領域：
，尤其涉及到一種評估溴吸收式熱泵系統(tǒng)和電壓縮式熱泵性能的方法。
背景技術：
：傳統(tǒng)方法：采用cop評估溴吸收式熱泵系統(tǒng)和電壓縮式熱泵系統(tǒng)性能的方法。在評判集中供暖系統(tǒng)中溴吸收式熱泵和電壓縮式熱泵的性能優(yōu)劣時，一般只評估兩者的cop，而忽略了兩者運行過程中的能源品位的變化和質量的損耗，以及裝置內部各個部件的不可逆損失，造成評估效果不準確。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種評估溴吸收式熱泵系統(tǒng)和電壓縮式熱泵系統(tǒng)性能的方法，用以提高評估兩種系統(tǒng)的準確性。本發(fā)明提供了一種評估溴吸收式熱泵系統(tǒng)和電壓縮式熱泵系統(tǒng)性能的方法，該方法包括以下步驟：建立集中供暖系統(tǒng)中溴吸收式熱泵系統(tǒng)和電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型；計算溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型中各個設備的損失；獲取溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型中各個設備的物性參數和熱力性能參數，并根據獲取的各個設備的物性參數和熱力性能參數及計算的各個設備的損失計算所述溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型的流模型的效率；計算電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型中各個設備的損失；獲取電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型中各個設備的物性參數和熱力性能參數，并根據獲取的各個設備的物性參數和熱力性能參數及計算的各個設備的損失計算所述電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型的流模型的效率；對比溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型與電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型的效率。在上述方法中，通過效率更確切地評判采用吸收式熱泵和電壓縮式熱泵在集中供暖系統(tǒng)中應用的優(yōu)劣，為集中供暖系統(tǒng)中對這兩種熱泵系統(tǒng)的選擇提供依據，可達到更優(yōu)的節(jié)能效果和更好的經濟效益。其中的所述建立的溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型為：通過循環(huán)管道連接的發(fā)生器和吸收器，所述循環(huán)管道上設置有溶液熱交換器；與所述吸收器連接的蒸發(fā)器，與所述發(fā)生器連接的冷凝器，且所述冷凝器與所述吸收器連接；所述冷凝器與所述蒸發(fā)器通過帶節(jié)流閥的管道連接；所述建立的電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型為：通過循環(huán)管道連接的壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器，且所述蒸發(fā)器與所述冷凝器之間的管道上設置有節(jié)流閥。其中的計算溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型中各個設備的損失具體為：根據溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型中各個設備的平衡原理計算得到各個設備的損失；所述計算電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型中各個設備的損失具體為：根據電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型中各個設備的平衡原理計算得到各個設備的損失。在具體計算時，所述溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型中的發(fā)生器、吸收器、冷凝器和蒸發(fā)器及所述電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型中的冷凝器及蒸發(fā)器均為換熱器，所述換熱器的損失依照以下公式計算：π＝gh[hh1-hh2-t0(sh1-sh2)]+gc[hc1-hc2-t0(sc1-sc2)]式中：gh-經過換熱器的熱物流的質量流量；hh1-流入換熱器熱物流的比焓值；sh1-流入換熱器熱物流的比熵值；hh2-流出換熱器熱物流的比焓值；sh2-流出換熱器熱物流的比熵值；gc-經過換熱器的冷物流的質量流量；hc1-流入換熱器冷物流的比焓值；sc1-流入換熱器冷物流的比熵值；hc2-流出換熱器冷物流的比焓值；sc2-流出換熱器冷物流的比熵值。所述電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型中的壓縮機的損失依照以下公式計算：π＝g(h2-h1)/(1/ηc-1)+gt0(s2-s1)式中：g-循環(huán)工質質量流量；h1-流入壓縮機循環(huán)工質比焓值；s1-流入壓縮機循環(huán)工質比熵值；h2-流出壓縮機循環(huán)工質比焓值；s2-流出壓縮機循環(huán)工質比熵值；ηc-壓縮機的效率；t0-環(huán)境溫度。所述溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型及電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型中的節(jié)流閥的損失依照以下公式計算：π＝gt0(s2-s1)其中，g-循環(huán)工質的質量流量；s1-流入節(jié)流閥循環(huán)工質的比熵值；s2-流出節(jié)流閥循環(huán)工質的比熵值。上述方法中，還包括以下步驟：計算集中供暖管道的效率；根據計算的集中管道的效率及溴吸收式熱泵系統(tǒng)和電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型的效率計算溴吸收式熱泵系統(tǒng)組成的集中供暖系統(tǒng)和電壓縮式熱泵系統(tǒng)組成的集中供暖系統(tǒng)的效率。具體的，所述計算集中供暖管道的效率具體為：δet＝qg+qh+δep其中，δet-供暖管道損失，qg、qh-供暖管道供回水熱損失，δep-定壓泵功耗。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例提供的評估溴吸收式熱泵系統(tǒng)和電壓縮式熱泵系統(tǒng)性能的方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型；圖3為本發(fā)明實施例提供的電壓縮式熱泵系統(tǒng)性能的方法的流模型；圖4為本發(fā)明實施例提供的換熱器的分析模型；圖5為本發(fā)明實施例提供的壓縮機的分析模型；圖6為本發(fā)明實施例提供的節(jié)流閥的分析模型；圖7為本發(fā)明實施例提供的電壓縮式熱泵循環(huán)各個設備損率對比圖；圖8為本發(fā)明實施例提供的溴吸收式熱泵循環(huán)各個設備損率對比圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明實施例提供了一種評估溴吸收式熱泵系統(tǒng)和電壓縮式熱泵系統(tǒng)性能的方法，該方法包括以下步驟：建立集中供暖系統(tǒng)中溴吸收式熱泵系統(tǒng)和電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型；計算溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型中各個設備的損失；獲取溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型中各個設備的物性參數和熱力性能參數，并根據獲取的各個設備的物性參數和熱力性能參數及計算的各個設備的損失計算所述溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型的流模型的效率；計算電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型中各個設備的損失；獲取電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型中各個設備的物性參數和熱力性能參數，并根據獲取的各個設備的物性參數和熱力性能參數及計算的各個設備的損失計算所述電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型的流模型的效率；對比溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型與電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型的效率。在上述方法中，通過效率更確切地評判采用吸收式熱泵和電壓縮式熱泵在集中供暖系統(tǒng)中應用的優(yōu)劣，為集中供暖系統(tǒng)中對這兩種熱泵系統(tǒng)的選擇提供依據，可達到更優(yōu)的節(jié)能效果和更好的經濟效益。為了方便理解本實施例提供的評估方法，下面結合具體的實施例對其進行詳細的描述。如圖1所示，本實施例提供的評估方法包括以下步驟：步驟001：建立集中供暖系統(tǒng)中溴吸收式熱泵系統(tǒng)和電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型；具體的，如圖2所示，圖2為建立的溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型，該流模型具體包括：通過循環(huán)管道連接的發(fā)生器和吸收器，所述循環(huán)管道上設置有溶液熱交換器；與所述吸收器連接的蒸發(fā)器，與所述發(fā)生器連接的冷凝器，且所述冷凝器與所述吸收器連接；所述冷凝器與所述蒸發(fā)器通過帶節(jié)流閥的管道連接。在溴吸收式熱泵循環(huán)中，工質從蒸發(fā)器回收循環(huán)水的低溫余熱，產生冷劑蒸汽，低溫循環(huán)水從35℃降到20℃；冷劑蒸汽進入吸收器，釋放大量熱，加熱30℃的供暖熱媒水，供暖熱媒水完成初次加熱，；工質經由溶液泵注入發(fā)生器，壓力升高；在發(fā)生器中，蒸汽驅動熱源加熱稀溶液，產生冷劑蒸汽和濃溶液，冷劑蒸汽進入冷凝器，濃溶液流回吸收器；冷劑蒸汽在冷凝器冷凝，釋放熱量進一步加熱供暖熱媒水，供暖熱媒水溫度達到80℃，進入集中供暖管道輸送給用戶；冷凝后的工質經膨脹閥節(jié)流膨脹，壓力降低；工質重新回到蒸發(fā)器進入下一個循環(huán)。通過此循環(huán)，低溫熱源中的余熱被回收用于產生中溫熱媒水。如圖3所示，圖3為建立的電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型，該模型包括：通過循環(huán)管道連接的壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器，且所述蒸發(fā)器與所述冷凝器之間的管道上設置有節(jié)流閥。電壓縮式熱泵循環(huán)中，工質從蒸發(fā)器中回收低溫循環(huán)水的余熱，低溫循環(huán)水從35℃降到20℃，工質蒸發(fā)后經壓縮機壓縮，工質的壓力增大，溫度升高，壓縮機消耗電能；在冷凝器中，高溫高壓的工質冷凝，釋放的熱量被供暖熱媒水吸收，供暖熱媒水從30℃升溫到80℃，通過集中供暖管道向外界供暖；工質再進入膨脹閥節(jié)流膨脹，壓力降低；工質重新回到蒸發(fā)器進入下一個循環(huán)。步驟002：根據各個設備的平衡原理計算得到各個設備的損失。具體的，在該步驟中，在溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型及電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型中都具有的部件的分析模式相同。如：溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型中的發(fā)生器、吸收器、冷凝器和蒸發(fā)器及所述電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型中的冷凝器及蒸發(fā)器均可統(tǒng)稱為換熱器，如圖4所示，圖4為換熱器的分析模型，該換熱器的平衡方程如(3-1)所示：eh1+ec1＝eh2+ec2+π(3-1)式中：eh1-流入換熱器熱物流的值，kw；eh2-流出換熱器熱物流的值，kw；ec1-流入換熱器冷物流的值，kw；ec2-流出換熱器冷物流的值，kw；π-換熱器的損失，kw。通過式(3-1)可以導出換熱器的損失按式(3-2)計算π＝gh[hh1-hh2-t0(sh1-sh2)]+gc[hc1-hc2-t0(sc1-sc2)](3-2)式中：gh-經過換熱器的熱物流的質量流量，kg/s；hh1-流入換熱器熱物流的比焓值，kj/kg；sh1-流入換熱器熱物流的比熵值，kj/(kg·k)；hh2-流出換熱器熱物流的比焓值，kj/kg；sh2-流出換熱器熱物流的比熵值，kj/(kg·k)；gc-經過換熱器的冷物流的質量流量，kg/s；hc1-流入換熱器冷物流的比焓值，kj/kg；sc1-流入換熱器冷物流的比熵值，kj/(kg·k)；hc2-流出換熱器冷物流的比焓值，kj/kg；sc2-流出換熱器冷物流的比熵值，kj/(kg·k)。即在上述方法中，溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型中的發(fā)生器、吸收器、冷凝器和蒸發(fā)器及所述電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型中的冷凝器及蒸發(fā)器均可以按照式(3-2)來計算。再如溴吸收式熱泵系統(tǒng)的流模型及電壓縮式熱泵系統(tǒng)的流模型中節(jié)流閥，如圖6所示，圖6為節(jié)流閥的流模型，式(3-3)為平衡方程：e1＝e2+π(3-3)式中：e1-流入節(jié)流閥循環(huán)工質的值，kw；e2-流出節(jié)流閥循環(huán)工質的值，kw。由于絕熱節(jié)流過程為等焓過程，節(jié)流前后循環(huán)工質的焓值不變，則節(jié)流閥的損失按式(3-4)計算：π＝gt0(s2-s1)(3-4)式中：g-循環(huán)工質的質量流量，kg/s；s1-流入節(jié)流閥循環(huán)工質的比熵值，kj/(kg·k)；s2-流出節(jié)流閥循環(huán)工質的比熵值，kj/(kg·k)。此外，針對電壓縮式熱泵系統(tǒng)中的壓縮機，該壓縮機在熱泵循環(huán)中的作用是將電能轉換為機械能，輸入機械功，為系統(tǒng)提供驅動力。壓縮機的流模型如圖5所示，該壓縮機的平衡方程：e1+w＝e2+π(3-5)式中：e1-壓縮機進口循環(huán)工質值，kw；e2-壓縮機出口循環(huán)工質值，kw；w-壓縮機輸入功，kw；π-壓縮機的損失，kw。壓縮機輸入功按式(3-6)計算w＝g(h2-h1)/ηc(3-6)結合式(3-5)和式(3-6)，可得壓縮機的損失表達式，按式(3-7)計算π＝g(h2-h1)/(1/ηc-1)+gt0(s2-s1)(3-7)式中：g-循環(huán)工質質量流量，kg/s；h1-流入壓縮機循環(huán)工質比焓值，kj/kg；s1-流入壓縮機循環(huán)工質比熵值，kj/(kg·k)；h2-流出壓縮機循環(huán)工質比焓值，kj/kg；s2-流出壓縮機循環(huán)工質比熵值，kj/(kg·k)；ηc-壓縮機的效率；t0-環(huán)境溫度，k。步驟003：模擬計算分析兩種熱泵系統(tǒng)的各個設備的物性參數和熱力性能；具體的，參考表3-1，表3-1為熱泵循環(huán)設計工況表；通過計算和模擬過程得到兩種熱泵系統(tǒng)所有環(huán)節(jié)點熱力參數的計算結果，一并參考圖2及圖3，圖2及圖3示出了所要計算的環(huán)節(jié)點，計算的結果如表3-2和表3-3所示。表3-1熱泵循環(huán)設計工況表表3-2電壓縮式熱泵循環(huán)各環(huán)節(jié)點熱力參數模擬結果表3-3單效型溴吸收式熱泵各環(huán)節(jié)點熱力參數計算結果步驟004：計算兩種熱泵各個設備環(huán)節(jié)的損失狀況，計算兩種熱泵的效率根據熱泵循環(huán)各狀態(tài)點的熱力參數以及前文所述各設備的分析模型和損失計算表達式，可以計算出電壓縮式熱泵循環(huán)和蒸汽單效型溴吸收式熱泵循環(huán)的各環(huán)節(jié)設備的損失和整個熱泵循環(huán)效率，計算結果如表3-4和3-5所示。表3-4電壓縮式熱泵循環(huán)分析表3-5蒸汽單效型溴吸收式熱泵循環(huán)分析根據表3-4和表3-5的分析計算結果，可作出電壓縮式熱泵循環(huán)和蒸汽單效型溴吸收式熱泵循環(huán)各個環(huán)節(jié)設備的損率圖，見圖7和圖8。根據表3-4和表3-5的分析計算結果，得到以下結論：從基于熱力學第一定律的供暖系數指標來看，電壓縮式熱泵循環(huán)獲得的熱量為150.647kw，壓縮機輸入功約為62.569kw，則電壓縮式熱泵循環(huán)的供暖系數cop約為2.4；而蒸汽單效型溴吸收式熱泵循環(huán)獲得熱量為5804.542kw，熱源蒸汽輸入的總熱量為3626.854kw，單效型溴吸收式熱泵循環(huán)的供暖系數cop約為1.6。所以，電壓縮式熱泵循環(huán)的cop遠大于單效型溴吸收式熱泵循環(huán)。但從基于熱力學第二定律的效率來看，電壓縮式熱泵循環(huán)的效率為34.30％，單效型溴吸收式熱泵循環(huán)的效率為60.50％，單效型溴吸收式熱泵循環(huán)的效率遠高于電壓縮式熱泵循環(huán)。步驟005：分析集中供暖管道的效率定壓泵功耗按式(3-8)計算式中：δep-定壓泵功耗，kw；δpt-供暖管道總壓力損失，kpa；g-供暖熱媒水質量流量，kg/s；ρ-供暖熱媒水的密度，kg/m3。供暖管道熱損失按(3-9)、(3-10)計算qg＝qgl(3-9)qh＝qhl(3-10)式中：qg、qh-供暖管道供回水熱損失，kw；qg、qh--單位長度供回水管道熱損失，kw/m；l-管道直管段長度，m。供暖管道損失按(3-11)計算δet＝qg+qh+δep(3-11)式中：δet-供暖管道損失，kw。供暖管道的熱阻包括多種熱阻，其中保溫層導熱熱阻、土壤導熱熱阻和雙管鋪設的附加熱阻為主要熱阻，遠遠大于其他熱阻。因此，本文進行供暖管道熱力計算時只考慮這三項熱阻。供回水管道土壤熱阻，按式(3-12)計算式中：hz-管道中心的折算埋深，m；h-管道頂部的覆土埋深，m；λe-土壤的導熱系數，w/m·℃；αg-土壤表面的表面?zhèn)鳠嵯禂担瑆/m·℃；dc-保溫管的外保護層直徑，m。保溫材料的熱阻，按式(3-13)計算式中：ds-保溫材料外表面直徑，m；d2-鋼管外徑，mλs-保溫材料的導熱系數，w/m·℃。附加熱阻，按式(3-14)計算式中：s0-供回水管道中心線間的距離，m。供暖管道供回水管路的單位管長熱損失，按式(3-15)、(3-16)計算式中：qg、qh-單位長度供回水管道熱損失，w/m；tg、th-供回水管道熱媒溫度，℃；rs1、rs2-供回水管道保溫材料熱阻，m·℃/w；re1、re2-供回水管道土壤熱阻，m·℃/w；rf-附加熱阻，m·℃/w。集中供暖管道設計工況參數匯總如表3-6所示。表3-6集中供暖管道設計工況參數步驟006：采用上述計算方法分別計算采用兩種熱泵的集中供暖系統(tǒng)損失情況。集中供暖系統(tǒng)分析結果見表3-7。表3-7集中供暖系統(tǒng)分析結果集中供暖系統(tǒng)中供暖保溫管道的效率在98％以上，集中供暖管道的保溫材料厚度選為15mm時，管道投資最經濟。當保溫材料厚度為15mm時，采用溴吸收式熱泵的集中供暖系統(tǒng)的效率為59.50％，而采用電壓縮式熱泵的為33.66％。步驟007：分析兩種熱泵的集中供暖系統(tǒng)進行技術經濟性假定項目運營正常平穩(wěn)，項目每年收益相同。項目每年凈收益記為平均凈收益，動態(tài)投資回收期按式(3-17)計算式中：c′t-動態(tài)回收投資期，年；ic-固定投資費用，元；ie-年均能源投資費用，元；ir-年均維修費用，元；y-年等額凈收入；i-貸款利率。其中固定投資費用包括熱泵建設費用、輸水鋼管建設費用、保溫層投資費用和定壓水泵造價；年均能源投資費用包括年蒸汽消耗費用和年耗電量；年均維修費用占固定投資費用的2％。取年貸款利率為0.0655。本文取居民用平均熱價為59元/gj，年平均凈收益為實際供暖負荷與供暖時長和平均熱價的乘積。日均折算滿負荷供暖時間為10h，年總供暖時長為1200h。由于供暖管道熱耗損，年實際供暖負荷為239.9mw。年均供暖收益為6117萬元。集中供暖管道輸送距離為5km，管道采用螺旋焊接鋼管，dn900的管道單價為2200元/t，則管道的投資為587萬元；厚度為15mm的保溫層投資費用為115.3萬元。輸送距離為5km的供回水管路總壓降為388kpa，熱媒水輸送泵功耗為0.612mw，輸水泵的投資為1萬元。取工業(yè)平均電價為0.5元/kw·h，輸水泵耗電費用為36.7萬元。根據現(xiàn)有技術中的設備報價，蒸汽溴吸收式熱泵造價約為320～350元/kw，按照350元/kw計算，則吸收式熱泵的投資約為8400萬元。溴吸收式熱泵采用的是0.79mpa，200℃的高溫蒸汽作為驅動熱源，蒸汽價格為190元/t，則年投資的蒸汽費用為4302.78萬元。根據國內水源熱泵的綜合報價，電壓縮式熱泵造價約為670～700元/kw，按照700元/kw計算，則電壓縮式熱泵的投資約為16800萬元，電壓縮式熱泵的年均用電費用為5980.8萬元。根據上文所述系統(tǒng)投資與收益情況，分別計算兩種熱泵的集中供暖系統(tǒng)動態(tài)投資回收期，計算結果如表3-8所示。表3-8電壓縮式熱泵和蒸汽單效型溴吸收式熱泵動態(tài)投資回收期對比溴吸收式熱泵電壓縮式熱泵年凈收益/萬元6117.06117.0熱泵造價/萬元840016800年均高溫蒸汽費用/萬元4302.8-年均耗電費用/萬元36.76017.6管道投資費用/萬元587.2587.2保溫層投資費用/萬元115.3115.3熱媒水輸水泵價格/萬元11固定投資費用/萬元9103.517472.4能源投資費用/萬元4339.56017.6貸款年利率0.06550.0655動態(tài)回收期/年7.38-如表3-8所示，溴吸收式熱泵的經濟回收期為7.38年。在溴吸收式熱泵中，固定投資費用為9103.5萬元，能源年投資費用為4339.5萬元。高溫蒸汽費用和熱泵系統(tǒng)的造價是系統(tǒng)總投資費用的主要部分，吸收式熱泵的造價占固定投資的92％。在電壓縮式熱泵中，固定投資費用為17472.4萬元，能源年投資費用為6017.6萬元。占系統(tǒng)總投資費用比重較大的是電壓縮式熱泵造價和電功耗費用，電壓縮式熱泵的造價占固定投資的96％。電壓縮式熱泵由于年均電功耗費用過大，幾乎與年收益持平，難以盈利。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。當前第1頁12